Теория процесса метаморфизма

/>Теория процесса метаморфизма

Деструктивный метаморфизм. О процессах, которые происходят при деструктивном метаморфизме, известно немногое. Некоторые авторы (Де Кервен, Накая) считают, что на поверхности ледяных кристаллов существует тонкая пленка жидкости, благодаря которой перемещение вещества происходит, минуя газообразную фазу. Течение процесса во времени, казалось бы, подтверждает это предположение. С другой стороны, кристаллы свежего снега, помещенные в гидрофобную жидкость типа вазелинового масла или этилфталата, способны сохраняться в течение длительного времени, не подвергаясь каким-либо изменениям; все же при этом следует иметь в виду, что, возможно, упомянутые выше жидкости оказывают стабилизирующее действие на поверхность кристалла, и поэтому отсутствие миграции вещества у кристаллов, погруженных в вазелиновое масло или этилфталат, не может служить доказательством, что такая миграция вообще отсутствует. Однако участие в процессе водяного пара не вызывает сомнений. Молекулярная энергия в различных, по-разному ориентированных частях кристалла, и в частности на его ребрах и углах, различна. Поэтому кристаллы, которые морфологически не находятся в состоянии равновесия, стремятся изменить свою форму.

Конструктивный метаморфизм. Основной механизм конструктивного метаморфизма более прост: благодаря температурному градиенту в пористом теле, каким и является снежная толща, возникает градиент концентрации водяного пара. Если поры мелкие, мы можем допустить, что пар находится в состоянии, близком к насыщенному. Поскольку концентрация пара неодинакова во всех точках внутри снежного покрова (чем выше температура, тем больше концентрация), пар мигрирует из точек, где концентрация больше, в точки с более низкой концентрацией (и температурой); при этом происходит перенасыщение пара, и он конденсируется на кристаллах снега, увеличивая их размеры.

Могут возникнуть сомнения, действительно ли передача водяного пара происходит в процессе диффузии. Теоретически этот вопрос решается при рассмотрении простых структурных моделей.

Сначала мы исследуем модель, представляющую собой образец льда, в котором поры имеют форму цилиндров и расположены параллельно друг другу; температура в этом образце T(z) распределяется по направлению расположения пор, как это показано.

В том случае, если условия насыщения всегда и везде сохраняются благодаря непосредственно испарению льда или конденсации пара, изменение плотности т струи пара во времени может быть рассчитано по градиенту концентрации (без учета термодиффузии):

Возрастает плотность медленно (максимально 0,001 г/сж3, или 1 кг/ж3, за 80 дней), причем максимальное увеличение плотности наблюдается в наиболее теплой зоне. В условиях природного снежного покрова в альпийской зоне это обычно придонный слой, где, как правило, следует ожидать разрыхления структуры.

Упрощения, использованные в расчетах, требуют введения определенных поправок. В частности, следует учитывать: термодиффузию, влияние температуры на коэффициент диффузии и механизм переноса вещества между стенками и порами.

В результате диффузия пара может стать вдвое больше. Потери массы происходят не только на поверхности нагрева, но также и в некоторой определенной зоне возле нее. Основные расхождения между действительным и предполагаемым формированием глубинной изморози в конечном счете определяются геометрией модели.

Нами проведено исследование второй модели, структура которой представляет собой пакет ледяных пластинок, установленный перпендикулярно по отношению к направлению температурного градиента. Чтобы структурная плотность этой модели была бы такой же, как и у первой, толщина ледяных пластинок должна составлять 1 мм, а слой воздуха между ними- 1,5 мм. Температурный градиент (в среднем принятый таким же, как и у первой модели) обусловливается в основном скачками температуры в воздушных прослойках, и его величина составит

Переход вещества (льда) из одного физического состояния в другое, наблюдавшийся во второй модели, имеет некоторые особенности по сравнению с первой. Здесь имеет место полная сублимация всего пара на нижней стороне каждой пластинки и соответствующая возгонка на верхней. Таким образом, можно сказать, что здесь на каждом «этаже» происходит полная регенерация струи пара — испарение с верхней плоскости ледяной пластинки и конденсация на нижней поверхности, следующей по высоте. Например, при 0° С пластинка толщиной 1 мм возгоняется и одновременно сублимирует струю пара 2,7-9 X ХЮ-9 г/см2-сек; несложный расчет показывает, что промежуток времени, в течение которого произойдет полный обмен веществ, равен

Схема, использованная в расчете, также не вполне соответствует тому, что происходит в природных условиях. Следствием испарения и конденсации, происходящих в каждой ячейке модели, является уменьшение температурного градиента в воздушных промежутках и увеличение его в ледяных прослойках; это в свою очередь уменьшает миграцию водяного пара. Во второй модели происходят активная термодиффузия и конвекция.

Для моделирования структуры снега, максимально приближающейся к реально существующей в естественных условиях, необходимо создать модель, которая представляла бы собой комбинацию двух процессов, описанных выше. В такой модели движение пара может происходить разными способами: поток, образовавшись в нижней части, проходит через всю модель; в то же время отдельные струйки пара, возникающие внутри ячеек, здесь же и конденсируются в соответствии с тем, что Иосида называет «разноска по сторонам».

При такой структуре часть пара, проходящего по вертикальным каналам, может задерживаться в боковых ответвлениях. На некоторых участках возгоняется льда больше, чем сублимируется. В особенно благоприятном положении находятся те кристаллы, направление роста которых совпадает с направлением движения пара. В конечном счете это приводит к тому, что вся структура оказывается ориентированной в одном определенном направлении. В соединенных между собой порах возникает местный температурный градиент, от которого зависит состояние связанной ледяной решетки. Выступающие из стенок пор кристаллы оказываются в более или менее благоприятном положении относительно этого местного температурного градиента. Холодные точки «притягивают» пар, который, конденсируясь, быстро наращивает лед. В теплых точках лед испаряется и место испарения постепенно меняет свое положение. Оба эффекта показаны на диаграмме, на которой мы видим, как одно из ответвлений кристалла растет (левая ветвь), другое испаряется (правая). Поэтому рост кристаллических соединений не пропорционален росту зерен. С учетом этих поправок и доработок условия расчетных моделей приближаются к условиям, реально существующим в снежном покрове. Отсюда можно сделать вывод, что конструктивный метаморфизм во многом зависит от диффузии пара.

/> />

Читайте так же:

Комментарии запрещены.

Свежие записи