Войти
Этот разрез иллюстрирует модель внутренней части Юпитера с каменным ядром, перекрытым глубоким слоем металлического водорода.в планетология, летучие - это группа химических элементов и химических соединений с низкими температурами кипения, которые связаны с планетой или луной корой или атмосферой. Примеры включают азот, воду, диоксид углерода, аммиак, водород, метан. и диоксид серы. В астрогеологии эти соединения в их твердом состоянии часто составляют большую часть корок лун и карликовых планет.
В отличие от летучих веществ, элементы и соединения с высокими температурами кипения известны как огнеупорные вещества.
Ученые-планетологи часто классифицируют летучие вещества с исключительно низкой температурой плавления, такие как водород и гелий, как газы (как в газовый гигант ), тогда как летучие вещества с точкой плавления выше примерно 100 K (–173 ° C, –280 ° F ) именуются льдом . Термины «газ» и «лед» в этом контексте могут относиться к соединениям, которые могут быть твердыми, жидкостями или газами. Таким образом, Юпитер и Сатурн - газовые гиганты, а Уран и Нептун - ледяные гиганты, хотя Подавляющее большинство «газа» и «льда» в их недрах - это горячая, очень плотная жидкость, которая становится плотнее по мере приближения к центру планеты.
На Луне очень мало летучих веществ: ее кора содержит кислород, химически связанный с горными породами (например, в силикатах ), но незначительное количество водорода, азота или углерода.
В магматической петрологии термин более конкретно относится к летучим компонентам магмы (в основном водяному пару и диоксиду углерода), которые влияют на внешний вид и взрывоопасность вулканов. Летучие вещества в магме с высокой вязкостью, обычно кислые с более высоким содержанием кремнезема (SiO 2), имеют тенденцию вызывать взрывные извержения. Летучие вещества в магме с низкой вязкостью, обычно основной с более низким содержанием кремнезема, имеют тенденцию выделяться и могут давать фонтан лавы.
Некоторые извержения вулканов являются взрывоопасными, потому что при смешении воды и магмы, достигающей поверхности, энергия внезапно высвобождается. Более того, в некоторых случаях извержение вызвано летучими веществами, растворенными в магме. При приближении к поверхности давление уменьшается, и летучие вещества выделяются, создавая пузырьки, которые циркулируют в жидкости. Пузырьки соединены вместе, образуя сеть. Это особенно увеличивает фрагментацию на маленькие капли или брызги или коагулирующие сгустки в газе.
Обычно 95-99% магмы составляют жидкие породы. Однако небольшой процент присутствующего газа представляет собой очень большой объем, когда он расширяется при достижении атмосферного давления. Газ - преобладающая часть в системе вулканов, потому что он вызывает взрывные извержения. Магма в мантии и нижней коре содержит много летучих веществ, а вода и углекислый газ - не единственные летучие вещества, которые выделяют вулканы.. Также они пропускают сероводород и диоксид серы. Диоксид серы обычно можно найти в базальтовых и риолитах породах. Вулканы также выделяют большое количество хлористого водорода и фтористого водорода в виде летучих веществ.
Есть три основных фактора, которые влияют на дисперсия летучих веществ в магме: ограничивающее давление, состав магмы, температура магмы. Давление и состав - наиболее важные параметры. Чтобы понять, как ведет себя магма, поднимаясь на поверхность, необходимо знать роль растворимости в магме. Эмпирический закон был использован для различных комбинаций магмы и летучих веществ. Например, для воды в магме уравнение равно n = 0,1078 P, где n - количество растворенного газа в процентах по массе (мас.%), P - давление в мегапаскалях (МПа), который действует на магму. Значение изменяется, например, для воды в риолите, где n = 0,4111 P, а для диоксида углерода n = 0,0023 P. Эти простые уравнения работают, если в магме есть только один летучий. Однако на самом деле ситуация не так проста, потому что в магме часто бывает несколько летучих веществ. Это сложное химическое взаимодействие между различными летучими веществами.
Упрощенно говоря, растворимость воды в риолите и базальте является функцией давления и глубины под поверхностью в отсутствие других летучих веществ. И базальт, и риолит теряют воду с понижением давления по мере подъема магмы на поверхность. Растворимость воды в риолите выше, чем в базальтовой магме. Знание растворимости позволяет определить максимальное количество воды, которое может быть растворено в зависимости от давления. Если магма содержит меньше воды, чем максимально возможное количество, она недонасыщена водой. Обычно в глубокой коре и мантии недостаточно воды и углекислого газа, поэтому магма часто бывает недосыщенной в этих условиях. Магма становится насыщенной, когда достигает максимального количества воды, которое может быть растворено в ней. Если магма продолжает подниматься на поверхность и растворяется больше воды, она становится перенасыщенной. Если в магме растворяется больше воды, она может выбрасываться в виде пузырьков или водяного пара. Это происходит из-за того, что в процессе уменьшается давление и увеличивается скорость, и в процессе также необходимо балансировать между уменьшением растворимости и давлением. Сравнивая с растворимостью углекислого газа в магме, она значительно меньше, чем вода, и имеет тенденцию выделяться на большей глубине. В этом случае вода и углекислый газ считаются независимыми. На поведение магматической системы влияет глубина выброса углекислого газа и воды. Низкая растворимость углекислого газа означает, что он начинает выделять пузырьки еще до того, как достигнет магматического очага. К этому моменту магма уже пересыщена. Магма, обогащенная пузырьками углекислого газа, поднимается на крышу камеры, и углекислый газ имеет тенденцию просачиваться через трещины в вышележащую кальдеру. В основном, во время извержения магма теряет больше углекислого газа, чем вода, которая в очаге уже перенасыщена. В целом, вода является основным летучим веществом во время извержения.
Зарождение пузырьков происходит, когда летучий становится насыщенным. На самом деле пузырьки состоят из молекул, которые имеют тенденцию к спонтанной агрегации в процессе, называемом гомогенным зародышеобразованием. Поверхностное натяжение действует на пузырьки, сокращая поверхность, и заставляет их вернуться в жидкость. Процесс зародышеобразования сильнее, когда пространство для размещения нерегулярно, и летучие молекулы могут ослабить эффект поверхностного натяжения. Зарождение может происходить благодаря наличию твердых кристаллов, которые хранятся в магматическом очаге. Они являются идеальными потенциальными центрами зарождения пузырьков. Если в магме нет зародышеобразования, пузырьки могут появиться очень поздно, и магма станет значительно перенасыщенной. Баланс между давлением пересыщения и радиусами пузырька выражается этим уравнением: ∆P = 2σ / r, где ∆P равно 100 МПа, а σ - поверхностное натяжение. Если зарождение начинается позже, когда магма сильно пересыщена, расстояние между пузырьками становится меньше. По сути, если магма быстро поднимается на поверхность, система будет больше не равновесной и перенасыщенной. Когда магма поднимается, возникает конкуренция между добавлением новых молекул к существующим и созданием новых. Расстояние между молекулами характеризует эффективность агрегирования летучих веществ на новом или существующем сайте. Кристаллы внутри магмы могут определять, как пузырьки растут и зарождаются.
