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地球科学 · 地质学·地球内部

岩浆冷却与结晶结构

晶体结构是由新晶体的形成以及现有晶体的生长共同作用而产生。冷却速率决定了这两个过程可用的时间。

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意义与机制

存在一种生长过程,涉及形成稳定的核,这与核的形成过程,即物质持续附加到这些核上,是不同的。在描述最终尺寸时,这两种过程必须同时考虑。

缓慢冷却可以减少晶体生长的所需时间,而快速冷却可能导致形成小的晶体或玻璃状材料。实际结果取决于组成和超冷却的程度。

关系与条件

该实验比较在预定的温度范围内,成核速率和生长时间。通过改变冷却速率,同时保持相同的初始条件,来考察数量和尺寸分布。

虚拟核形成的速率以及生长速率,并非适用于所有真实岩浆的定律。 仅仅通过考虑冷却速率,是无法确定岩石的矿物成分的。

观察实验中需要注意的事物

快速冷却在结构上,表现出一种玄武岩类型细晶结构特征;而缓慢冷却则表现出一种花岗岩类型粗晶结构特征。

这是一个虚拟规则。设定 1000~700 ℃ 的范围,以及在进入后 10 秒的核化窗口,核化速率设定为 3 单位/秒,线性增长速率设定为 0.02 单位/秒。我们不考虑决策冲突、生长竞争以及化学成分。我们不预测实际的矿物类型、岩石或晶体尺寸。

关键关系与符号

核化速率 = 3v, 晶体生长量 ∝ 结晶部分内的停留时间

符号及公式中使用的单位
符号含义单位
冷却速率温度随时间降低的速度°C/s
成核速率单位时间内形成的新的核数量个/s

工作实例

为什么缓慢冷却会产生较大的晶体?

在 1000~700℃的结晶区域,生长时间变长。 假设有一个固定的 10 秒成核窗口,成核速率与冷却速率成比例。

常见误解

  • 不能明确地说,在缓慢冷却时,晶体的数量和尺寸总是会增加。

通过实验探索这个概念

参考文献

BCcampus · 物理地质 (英文)