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地球科學 · 地質學·地球內部

岩漿冷卻與結晶結構

晶體結構是由新晶體的形成以及現有晶體的生長共同作用而產生。冷卻速率決定了這兩個過程可用的時間。

相關實驗:岩漿冷卻與晶體大小 →
岩漿冷卻與晶體大小
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意義與機制

存在一種生長過程,涉及形成穩定的核,這與核的形成過程,即物質持續附加到這些核上,是不同的。在描述最終尺寸時,這兩種過程必須同時考慮。

緩慢冷卻可以減少晶體生長的所需時間,而快速冷卻可能導致形成小的晶體或玻璃狀材料。實際結果取決於組成和超冷卻的程度。

關係與條件

該實驗比較在預定的溫度範圍內,成核速率和生長時間。透過改變冷卻速率,同時保持相同的初始條件,來考察數量和尺寸分佈。

虛擬核形成的速率以及生長速率,並非適用於所有真實岩漿的定律。 僅僅透過考慮冷卻速率,是無法確定岩石的礦物成分的。

觀察實驗中需要注意的事物

快速冷卻在結構上,表現出一種玄武岩型別細晶結構特徵;而緩慢冷卻則表現出一種花崗岩型別粗晶結構特徵。

這是一個虛擬規則。設定 1000~700 ℃ 的範圍,以及在進入後 10 秒的核化視窗,核化速率設定為 3 單位/秒,線性增長速率設定為 0.02 單位/秒。我們不考慮決策衝突、生長競爭以及化學成分。我們不預測實際的礦物型別、岩石或晶體尺寸。

關鍵關係與符號

核化速率 = 3v, 晶體生長量 ∝ 結晶部分內的停留時間

符號及公式中使用的單位
符號含義單位
冷卻速率溫度隨時間降低的速度°C/s
成核速率單位時間內形成的新的核數量個/s

透過範例確認

為什麼緩慢冷卻會產生較大的晶體?

在 1000~700℃的結晶區域,生長時間變長。 假設有一個固定的 10 秒成核視窗,成核速率與冷卻速率成比例。

常見誤解

  • 不能明確地說,在緩慢冷卻時,晶體的數量和尺寸總是會增加。

透過實驗探索這個概念

參考文獻

BCcampus · 物理地質 (英文)