Дифференциация расплавов в условиях верхней мантии

Abstract

Теоретичні уявлення, розроблені у статті, слугують основою для методики визначення глибини розміщення астеносфери за складом магматичних порід. Узагальнено уявлення петрології, геофізики, а також загальної і фізичної хімії, враховано геодинамічні й фізико-хімічні процеси, що відбуваються під час диференціації глибинних розплавів. Запропоновано використання аналогії поведінки розплаву в РТ-умовах мантії і водного розчину електороліту в РТ-умовах поверхні, що дає змогу в першому наближенні описувати взаємодії між структурними одиницями розплаву. Поділ нерівноважного процесу на послідовність елементарних стадій дає можливість описувати поведінки розплаву в категоріях рівноважної термодинамики. Показано, що хімічний склад породи у першому наближенні визначається фазовими реакціями у розплаві за даними тиску і температури, хімічний склад розплаву — прямуванням до нуля вільної енергії Ґіббса в системі зі сталими тиском і температурою, мінеральний склад породи, зумовлений структурою розплаву, — прямуванням до нуля вільної енергії Гельмгольца в системі сталого об’єму за заданої температури.

Theoretical concepts developed in the paper are the base for the method to determine the depth of asthenosphere location by the composition of magmatic rocks. Concepts of petrology, geophysics as well as general and physical chemistry have been generalized, geodynamic and physical-chemical processes taking place during deep melts differentiation have been taken into account. Application of analogy of melt behavior under mantle PT conditions and electrolyte water solution under surface PT conditions has been proposed, which allows description in the first approximation of interactions between structural units of the melt. Subdivision of unbalanced process into succession of elementary stages permits to describe melt behavior in the categories of balanced thermodynamics. It has been shown that chemical composition of rock in the first approximation is determined by phase reactions in the melt under specified pressure and temperature. Chemical composition of the melt is determined by free Gibbs energy approaching to zero in the system with constant pressure and temperature, mineral composition of rock specified by the melt structure is determined by approaching to zero of free Helmholtz energy in the system of constant volume under specified temperature.

Разрабатываемые в данной статье теоретические представления служат основой для методики определения глубины размещения астеносферы по составу магматических пород. Обобщены представления петрологии, геофизики, а также общей и физической химии, учтены геодинамические и физико-химические процессы, происходящие при дифференциации глубинных расплавов. Предложено использование аналогии поведения расплава в РТ-условиях мантии и водного раствора электролита в РТ-условиях поверхности, позволяющее в первом приближении описывать взаимодействия между структурными единицами расплава. Разделение неравновесного процесса на последовательность элементарных стадий дает возможность описывать поведение расплава в категориях равновесной термодинамики. Показано, что химический состав породы в первом приближении определяется фазовыми реакциями в расплаве при заданных давлении и температуре, химический состав расплава - стремлением к нулю свободной энергии Гиббса в системе с постоянными давлением и температурой, минеральный состав породы, задаваемый структурой расплава, - стремлением к нулю свободной энергии Гельмгольца в системе постоянного объема при заданной температуре.