Плотность магматических расплавов

где ρ
Если взять магматический очаг, в условиях пластического состояния породы, то литостатическое давление в апикальной части камеры Р1lit на глубине Н1 составляет
где ρr– плотность пород, Н1 – глубина от поверхности Земли до вершины камеры, g – ускорение силы тяжести. Литостатическое давление в основании (нижней части) очага Р2lit вычисляется таким же образом по этой же формуле, но только для глубины Н2.
Здесь ρfl – плотность магмы, l – высота магматической камеры. Давление магмы Р2fl в основании магматического резервуара (на глубине Н2) равно литостатическому давлению Р2lit, а давление магмы вверху магматической камеры (на глубине Н1) составляет
Собственное давление магмы в основании камеры с допущением того, что плотность магмы одинакова по всей высоте полости, составляет
Тогда избыточное давление магмы вверху очага равно
Глубина от поверхности Н
Н1
Н2
l
ρr
ρfl

Глубина от поверхности Н
Н1
Н2
l
ρr
ρfl
Н1
Н2
ρr
ρfl
Н1

Плотность сухой перидотитовой магмы на этом участке глубин значительно выше плотности вмещающих пород. Это связано стем, что с повышением давления происходит фазовые превращения в минералах переходной зоны между верхней и нижней мантией (менее плотные минералы превращаются в более плотные) , что связано с переходом железомагнезиальных силикатов из оливиновой структуры в шпинелевую.

Физические свойства вмещающих пород и их влияние на динамику магмы

Физические свойства вмещающих пород и их влияние на динамику магмы
I
а)
b)

ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЕ И МАГМАТИЧЕСКИЕ ФЛЮИДЫ

Основным компонентом эндогенных флюидов является вода, главное свойство которой высокая растворяющая способность, обусловленная во многом водородной связью. Считается, что жидкая вода состоит из группировок (кластеров) с льдоподобной структурой.

К.т.
Жидкость
Газ
Схематическая диаграмма, показывающая структурное состояние
воды в Р-Т координатах (по Ф.Г.Смиту, 1968)

Критическая точка воды
Жидкость
Газ
Переходная зона - «флюид»
Гидротермальные системы платформенных областей
Плутоногенные гидротермальные системы
Субвулканические гидротермальные системы
Приповерхностные гидротермальные системы областей современного вулканизма
Магматические
газы
Паровые и вулканические фумаролы
Солидус гранитной магмы
Солидус базальтовой магмы

Схематическая динамика гидротермальной системы над неглубоким вулканическим (магматическим) очагом
Область прогрева над очагом
Область конвективного
тепломассопереноса
Поверхностные проявления гидротермальной деятельности (фумаролы, гейзеры, котлы и горячие источники)
Магматический очаг с вулканическим каналом
https://www.researchgate.net/publication/283326553_Seismic_and_Aseismic_Deformations_and_Impact_on_Reservoir_Permeability_The_Case_of_EGS_Stimulation_at_The_Geysers_California_USA

Кривая кипения и изолинии плотности воды (г/см3)
К – критическая точка воды 21,982 МПа
374 ,15 С

Кривые плотности
Н2О - синие линии
СО2 - красные линии (г/см3)

Кривые кипения растворов NaCl

РТ состоянию флюидов Н2О+СО2 и Н2О+NaCl

Схематическая диаграмма состояния системы «вода+соль+газ»
Основой гидротермальных
флюидов обычно является вода
Кр. точка Н2О
0 200 400 600 800оС
0
200
600
1000
Р, бар
ЖИДКОСТЬ
Переход от жидкости к газу (надкритический флюид)
Если в воде растворяется СО2, то смещается положение линии равновесия и положение критических точек в область более низких температур и более высоких давлений.
Присутствие в системе NaCl или некоторых других солей «удлиняет» кривую кипения в область более высоких температур и давлений. Соответственно с этим трансформируется кривая критических точек тройной системы Н2О+NaCl+СO2 . На диаграмме появляется поле равновесия пар+кристаллы (NaCl), с границы которой начинаются кривые кипения в бинарной системе вода+соль
Область надкритического флюида (плавного перехода от жидкости к газу также смещается вместе с положением критических точек
ГАЗ (пар)

ПАРОВЫЕ ЗОНЫ В ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ

Кривая кипения
Критическая точка
Температура
Давление
p
p
Эффективность геохимического барьера жидкость-пар падает с уменьшением разности плотностей сосуществующих жидкого и парового флюида. Плотности этих субстанций выравниваются ближе к критической точке.
В гидротермальных системах с паровыми зонами на границе между зонами жидкости и пара возникает геохимический барьер.
Перепад плотности флюида на на фазовой границе жидкость-пар на изотермических сечениях
Перепад плотности флюида на фазовой границе жидкость-пар на изобарических сечениях
ЖИДКОСТЬ
ПАР
Надкритический флюид

Модель формирования паровой зоны при снижении пъезометрического уровня гидротерм

Модель формирования паровой зоны при увеличении температуры в нижней части разреза

Геохимический барьер на границе паровой зоны (отложение кремнезема и адуляризация исходных туфов)
R-1
K-16
K-14
K-13

Распределение SiO2, Li, Rb, Au, Ag, As и отношение 87Sr/86Sr в разрезе скважины
К-13 Верхнего термального поля Паужетского месторождения парогидротерм
Граница паровой зоны, являющаяся геохимическим барьером, перемещается от поверхности на глубину, что связано с понижением пьезометрического уровня термальных вод (гидротерм). На этом геохимическом барьере происходит отложение растворенных в гидротермах компонентов, с чем и связаны очень большие колебания их содержаний в породе.

Р-Т диаграмма (изоплеты в мас.%) растворимости кремнезема в воде по Кеннеди [1950] с незначительной экстраполяцией.
Общая тенденция такова, что растворимость SiO2 в воде падает с понижением температуры и давления
Пик растворимости наблюдается в жидкой воде вблизи зоны перехода воды в газообразное состояние.
Минимальная растворимость наблюдается в области пара.
ПАР (ГАЗ)
очень низкая растворимость SiO2
ЖИДКОСТЬ
ЗОНА ПЕРЕХОДА

Диаграмма изменения растворимости SiO2 при прорыве из пластичной зоны в хрупкую (интерпретация данных Кеннеди [ 1950].
Растворимость SiO2 во флюиде в зоне пластических деформаций равна 0,2 мас.%, а при прорыве в хрупкую зону становится 0,1, т.е. уменьшается в два раза.
Предполагаемая траектория движения флюида на Р-Т диаграмме
При дальнейшем подъеме гидротермального раствора в зону пара сброс SiO2 происходит постепенно.

РЕОЛОГИЯ КОРЫ И МАНТИИ

1
3
2
Последовательность изменения реологических свойств литосферы в процессе распада континента – рифтообразования (Corti et al., 2003)
1- профиль молодой стабильной четырехслойной литосферы
σм - прочность нижней части литосферной мантии.
2 - утоненной трехслойной литосферы
3 - океанизированной утоненной литосферы.
Растяжение утонение и океанизация литосферы
Без исключения для всех эндогенных процессов важны реологические свойства коры мантии и всей Земли в целом. Для каждых конкретных геодинамических обстановок характерны свои реологические условия
РЕОЛОГИЯ (от греческого ρέος, «течение, поток» и -логия) — раздел физики изучающий деформации и текучесть вещества. Любой кристалл или агрегат кристаллов при определённых условиях может быть пластически деформирован. Пластическая деформация кристаллов реализуется посредством направленного движения в нём дислокаций и вакансий. Под действием на кристалл внешней силы в объёме кристалла появляются напряжения, которые снимаются дефектами. Если сила превышает некий порог, то происходит хрупкое разрушение объекта.
Точки на графиках и вертикальные штриховые линии показывают максимальную прочность литосферных слоев. Горизонтальные штриховые линии — их глубину от поверхности.
C - мощность коры; L- мощность литосферы.

Без исключения для всех эндогенных процессов важны реологические свойства коры мантии и всей Земли в целом. Для каждых конкретных геодинамических обстановок характерны свои реологические условия
РЕОЛОГИЯ (от греческого ρέος, «течение, поток» и -логия) — раздел физики изучающий деформации и текучесть вещества. Любой кристалл или агрегат кристаллов при определённых условиях может быть пластически деформирован. Пластическая деформация кристаллов реализуется посредством направленного движения в нём дислокаций и вакансий. Под действием на кристалл внешней силы в объёме кристалла появляются напряжения, которые снимаются дефектами. Если сила превышает некий порог, то происходит хрупкое разрушение объекта.
Хрупкая кора
Пластичная кора
и мантия
В пределах хрупкой коры флюид находится в открытых на поверхность тектонических нарушениях и, чаще всего, под собственным гидростатическим давлением
В пределах пластичной коры и пластичной мантии поровый флюид находится под литостатическим давлением.
Разломы, возникающие в результате напряжений в хрупкой коре могут временно проникать в область пластических деформаций. Однако там они достаточно быстро «залечиваются».
Флюид, находящий в крупных замкнутых полостях, имеющих достаточную вертикальную протяженность, может находиться под давлением превосходящим литостатическое, что обеспечивает миграцию полостей вверх. При прорыве в область хрупких деформаций происходит декомпрессия, адиабатическое охлаждение и сброс растворенного вещества.

Без исключения для всех эндогенных процессов важны реологические свойства коры мантии и всей Земли в целом. Для каждых конкретных геодинамических обстановок характерны свои реологические условия
РЕОЛОГИЯ (от греческого ρέος, «течение, поток» и -логия) — раздел физики изучающий деформации и текучесть вещества. Любой кристалл или агрегат кристаллов при определённых условиях может быть пластически деформирован. Пластическая деформация кристаллов реализуется посредством направленного движения в нём дислокаций и вакансий. Под действием на кристалл внешней силы в объёме кристалла появляются напряжения, которые снимаются дефектами. Если сила превышает некий порог, то происходит хрупкое разрушение объекта.
Хрупкая кора
Пластичная кора
и мантия
В пределах хрупкой коры флюид находится в открытых на поверхность тектонических нарушениях и, чаще всего, под собственным гидростатическим давлением
Разломы, возникающие в результате напряжений в хрупкой коре могут временно проникать в область пластических деформаций. Однако там они достаточно быстро «залечиваются».
В пределах пластичной коры и пластичной мантии поровый флюид находится под литостатическим давлением.
Флюид, находящий в крупных замкнутых полостях, имеющих достаточную вертикальную протяженность, может находиться под давлением превосходящим литостатическое, что обеспечивает миграцию полостей вверх. При прорыве в область хрупких деформаций происходит декомпрессия, адиабатическое охлаждение и сброс растворенного вещества.
Декомпрессия, адиабатическое охлаждение и сброс растворенного вещества.

Очаг
Зона хрупких
деформаций
Гидростатическое давление флюида
Зона пластичных деформаций
Литостатическое
давление флюида
II
Зона хрупких
деформаций
Гидростатическое давление флюида
Зона пластичных деформаций
Литостатическое
давление флюида
Очаг
Конвекция с промыванием
всего пагматического очага при его кристаллизации
Конвекция с промыванием верхней части очага при его кристаллизации
Зона хрупких
деформаций
Гидростатическое давление флюида
Зона пластичных деформаций
Литостатическое
давление флюида
Очаг
I
Конвекция гидротерм над глубинным очагом, находящимся в зоне пластичности
III
Магматогенно-гидротермальные системы областей современного вулканизма
Зона кондуктивного теплопереноса от очага и перенос вещевтва (растворов путем миграции флюидных полостей)

Геотерма 30о/км
Плотность водного флюида при прорыве из зоны пластических деформаций в зону хрупкости пород резко уменьшается, что, соответственно, уменьшит и его растворяющуя способность. Произойдет мгновенный сброс растворенного минерального вещества и, вероятнеее всего, в коллоидной форме.

Геотерма 30о/км

Δρ=0.18 г/см3
Геотерма 30о/км
С увеличением глубины упруго-пластического перехода, соответственно увеличивается и перепад давлений и плотности при прорыве флюида в зону хрупкости.

Паровые зоны
и их динамика
СОВРЕМЕННЫЕ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЕ
СИСТЕМЫ

Физические свойства вмещающих пород и их влияние на динамику магмы