023 4

22

stopu o składzie toleitu oliwinowego maleje od 10,7 Pa • s przy ciśnieniu 10⁵ Pa i temperaturze 1240°C do 0,8 Pa • s przy ciśnieniu 30 • I0⁸ Pa i temperaturze 1500°C (Kushiro, 1979). Natomiast lepkość suchego stopu andezytowego zmniejsza się od 500 Pa • s przy ciśnieniu 10⁵ Pa do około 90 Pa • s przy ciśnieniu 20 • 10^a Pa.

Znaczenie lepkości stopów dla petrologii skał magmowych jest ogromne. Tylko nieliczne dziedziny tej nauki nie są w jakiś sposób powiązane z lepkością magmy. Lepkość magmy (lawy) ma istotny wpływ na szybkość wzrostu kryształów, opadanie grawitacyjne lub wznoszenie się faz stałych lub banieczek gazu, sposób erupcji wulkanicznej, płynięcie lawy, naturalną konwekcję i szybkość stygnięcia intruzji magmowych i law. Ilościowa ocena każdego z tych procesów jest niemożliwa bez znajomości lepkości stopów w szerokim zakresie temperatury i składu naturalnych stopów. Metoda Bottingi i Weilla (1972) pozwala obliczyć lepkość każdego stopu oraz zmianę lepkości wieloskładnikowego stopu magmowego lub syntetycznego w miarę rozwijającej się krystalizacji.

1.3. Gazy i lotne składniki magm

Niektóre skały magmowe ujawniają tekstury porowate, których powstanie wiąże się z obecnością fazy gazowej. Najbardziej ewidentnymi przykładami tego typu skał są bazalty pęcherzykowate i pumeks. Również z magm stygnących na pewnej głębokości w skorupie ziemskiej może wydzielić się faza gazowa. Następuje to wtedy, gdy suma ciśnień cząstkowych wszystkich lotnych składników jest równa lub większa od ciśnienia wywieranego na magmę. Lawy podmorskie z pęcherzykami spotykane są na głębokościach do około 4000 m (Moore, 1965). Próbki bazaltów pobrane kolejno z coraz większych głębokości morza z podmorskiej części wschodniej strefy ryftowej wulkanu Kilauea zawierają coraz mniej liczne i mniejsze pęcherzyki. Do głębokości 800 m bazalty zawierają ponad 10% pęcherzyków, których przeciętna średnica jest większa od 0,5 mm. Poniżej tej głębokości pęcherzyki stają się mniej liczne i praktycznie zanikają na głębokości 4000 m, gdzie mają średnicę mniejszą od 0,1 mm. W hawajskich magmach pęcherzyki zaczynają się tworzyć zazwyczaj na głębokości mniejszej od 600 m, licząc od obecnej powierzchni Ziemi.

W granitach i granofirach spotykane są druzy i miarole z kryształami kwarcu i skaleni o pięknie wykształconych ścianach. W równoziarnistych granitach pojawiają się niekiedy gruboziarniste pegmatyty, których obecność tłumaczy się połączoną krystalizacją magmy krzemianowej i wydzielonego w odrębną fazę roztworu wodnego lub gazu o dużej gęstości i znacznie mniejszej lepkości. Rozdział składników pomiędzy stop i roztwór wodny, szybka dyfuzja składników w fazie wodnej i grawitacyjne wznoszenie się tego roztworu w układzie kryształ—stop mogą przyczynić się do powstania stref o niezwykłym składzie i strukturze (Jahns i Burnham, 1969). Najbardziej spektakularnymi dowodami występowania gazów magmowych są chmury gazowe towarzyszące erupcjom wulkanów. Wielu wulkanologów uważa, że erupcje wulkaniczne następują pod wpływem gazów będących przypuszczalnie siłą napędową katastroficznych opadów popiołu wulkanicznego.

Lotnymi składnikami nazywamy te składniki magmy, które w sprzyjających warunkach mogą wejść w skład fazy gazowej. W stopie występują one w znacznym rozproszeniu. Udział składników lotnych (w % wag.) w budowie skał magmowych jest niewielki. Istnieją jednak podstawy do przypuszczeń, że nawet stosunkowo niewielka ilość lotnych składników może mieć istotny wpływ na sposób zachowania się stopów krzemianowych.

Odróżnienie gazu od cieczy w zwyczajnych warunkach nie nastręcza żadnych trudności, gdyż ciecz ma gęstość większą od gazu. Na przykład para wodna przy ciśnieniu 10⁵ Pa i temperaturze 520°C jest gazem, lecz przy ciśnieniu 10 ■ 10⁸ Pa ta sama para wodna ma gęstość 1,0 • 10³ kg/m³, co zbliżone jest bardziej do gęstości cieczy, aniżeli do gęstości gazu. Można się więc spodziewać, iż właściwości tego gazu o dużej gęstości są bliskie właściwościom cieczy. W środowisku geologicznym gęstość fazy gazowej mieści się w dużym przedziale, od gęstości gazu przy bardzo niskim ciśnieniu do gęstości silnie sprężonej cieczy.

Ciśnienie krytyczne (PJ i temperatura krytyczna (T_c), to takie ciśnienie i temperatura, przy których zanika różnica między fazami gazową i ciekłą. Przy ciśnieniu lub temperaturze większych od ciśnienia krytycznego lub temperatury krytycznej substancję można przeprowadzić w sposób ciągły, bez zmiany fazy, od stanu gazu doskonałego do stanu, w którym jej gęstość jest zbliżona do gęstości cieczy, a jej współczynnik aktywności jest bardzo różny od 1. W takim stanie „ciecz” jest przypuszczalnie podobna do zwyczajnej cieczy, lecz nie można jej nazwać cieczą, gdyż możliwe jest przeprowadzenie jej w sposób ciągły w stan gazowy. Dlatego też będziemy mówić o nadkrytycznych fazach jako o gazach, lecz należy pamiętać, że „gazy” te mogą zachowywać się jak zwyczajne ciecze przy ciśnieniu wystarczająco wysokim i temperaturze odpowiednio niskiej. Ciśnienie krytyczne wody wynosi tylko 221,1 • 10⁵ Pa. Taką wartość można uzyskać na głębokości poniżej l km w skorupie ziemskiej. Na głębokości większej od 1 km czysta woda znajduje się w stanie nadkrytycznym bez względu na temperaturę.

1.3.1. Gazy wulkaniczne

Tylko wulkany umożliwiają bezpośrednie pobieranie próbek gazów magmowych, chociaż inkluzje płynne uwięzione w minerałach mają również duże znaczenie dla poznania gazów magmowych. Skład chemiczny gazów wulkanicznych zmienia się w dużym zakresie bez względu na miejsce pobrania.