Сила разуплотнения поверхностного слоя воды и ее роль в геологических процессах (стр. 33 )

Для доказательства большой силы кристаллизационного дав­ления обычно приводится пример роста линз льда в почве, соз­дающего так называемое морозное пучение грунтов, способное разрушать дороги, строения, бетонные опоры мостов и т. д. Но не­обходимо иметь в виду, что большая сила давления, проявляется здесь не в кристаллизационном росте льда, а в уникальной спо­собности жидкой фазы (воды) переходить в твердую фазу (лед) с увеличением объема, чего в горных породах земной коры с сили­катными минералами не наблюдается. Мной ранее показано (Ша­балин, 2001), что морозное пучение обусловлено действием Т–СРПС в процессе перехода пленочной воды в лед при условии увеличения объема последнего как новой фазы, но не в процессе кристаллизационного давления. Поэтому в целом представление о большой силе кристаллизационного роста минералов так и оста­ется пока чисто теоретическим, не имеющим однозначного экспе­риментального обоснования.

Сторонники идеи о кристаллизационном давлении считают, что оно способствует завоеванию растущими метасоматическими кристаллами пространства путем растворения и (или) раздвижения матрицы через постоянно существующую граничную флюидную питающую пленку. По мнению одних исследователей, это давле­ние приводит к увеличению химического потенциала минералов матрицы и переходу их компонентов во флюидную пленку на кон­такте кристалла и матрицы с дальнейшим выносом за пределы этого контакта. Одновременно увеличивается и химический потен­циал растущего кристалла. Поэтому устанавливается стационар­ное значение кристаллизационного давления, которое поддержи­вает определенную толщину флюидной пленки (Остапенко, 1984, 2001; Ланда, 1979). По мнению других, свойства флюидной пленки и, следовательно, условия питания растущих кристаллов опреде­ляются зависимостью поверхностного натяжения этой пленки от различных параметров: толщины этой пленки, являющейся функ­цией кристаллизационного давления на нее, температуры кри­сталлизации, концентрации вещества и т. д. (Хаимов-Мальков, 1959). Некоторые исследователи считают кристаллизационное давление дополнительным фактором, способствующим проникно­вению жидкости между раздвигающимися зернами металлов (Пер­цев и др., 1974) и горных пород (Поспелов и др., 1965).

(1961) объясняет существование граничной флю­идной пленки между растущим кристаллом и матрицей распадом в ее пределах привносимых из внешнего раствора ацидокомплекс­ных соединений с выделением здесь анионов сильных кислот. По­следние активно разъедают минералы матрицы, тогда как ка­тионы, содержавшиеся в этих же комплексных соединениях, при распаде последних наращивают растущие кристаллы.

и др. (1975) считают возможным участие в формировании питающей флюидной пленки как кристаллизацион­ного давления, так и реакции с высвобождением анионов сильных кислот.

Я считаю, что во всех этих представлениях имеется сущест­венный недостаток. Дело в том, что кристаллизационное давление и появление сильных кислот во флюидной граничной пленке дей­ствует одновременно как на растущий кристалл, так и на вмещаю­щую его породу. Поэтому на то и другое оба этих явления должны действовать не дифференцированно, а одинаково. Иными сло­вами, если повышение кристаллизационного давления способст­вует растворению вмещающей породы, то оно должно способство­вать в той же степени и замедлению роста кристалла или даже его растворению, так как рост и растворение – это обратимые про­цессы. Значит, кристаллизационное давление, едва начав дейст­вовать, сразу же вызовет противодействие того же самого кри­сталла, который его создал, т. е. это давление должно прекра­титься, так и не начавшись. То же должно происходить и при по­вышении кислотности и химической агрессивности раствора в пленке. Поэтому оба этих фактора не могут одновременно способ­ствовать росту кристаллов и растворению матрицы, а значит, они не могут иметь какого-либо существенного значения и в поддержа­нии постоянной толщины тонкой флюидной пленки, т. е. в поддер­жании проницаемости пород в течение метасоматических процес­сов.

Основываясь на представлении об СРПС, я предлагаю прин­ципиально новое объяснение причины поддержания микропор от­крытыми при метасоматозе. Главным фактором в этом процессе является осмотическая составляющая СРПС (О-СРПС), прояв­ляющаяся в виде МДК-эффекта.

МДК-эффект способствует ускорению движения всех раство­ренных молекул по мере сужения микропоры, когда ее диаметр становится меньше среднего расстояния между молекулами. При метасоматозе в тонкой флюидной пограничной пленке между рас­тущим кристаллом и вмещающей породой – разновидности микро­поры – имеются растворенные компоненты как привносимые из­вне, так и растворяемые здесь же из вмещающей породы. Все они одновременно с одинаковой силой будут стремиться удалиться за пределы этой пленки в более широкие ее участки, если толщина этой пленки будет уменьшаться по каким-либо причинам: или вследствие ее сжатия горным давлением, или в результате уско­ренного роста метасоматического кристалла и замедленного рас­творения вмещающей породы. Значит, в этом случае растворение минералов вмещающей породы будет ускоряться, так как будет уменьшаться концентрация растворенных компонентов. При этом рост метасоматического кристалла будет замедляться, так как уменьшится привнос новых веществ извне для его образования. Чем меньше толщина флюидной пленки, тем больше ускорятся эти процессы в соответствии с действием МДК-эффекта и, значит, тем быстрее стенки будут стремиться к расширению, противодей­ствуя сжимающим их силам.

Наконец, действие МДК-эффекта достигнет такой величины, что вызванная им скорость расширения стенок флюидной пленки превысит скорость действия факторов, уменьшающих толщину флюидной пленки, т. е. горного давления или физико-химических факторов, ведущих к закупорке пленки осаждающимися компонен­тами. Начиная с этого момента толщина пленки вновь начинает уменьшаться до определенного стабильного размера, когда дейст­вие сжимающих ее факторов выравнивается с действием расши­ряющих.

Кроме того, особенностью МДК-эффекта, как было показано выше, является ускорение химических реакций в микропорах за счет увеличения частоты соударения каждой из молекул со стен­ками микропор. Иначе говоря, каждая молекула за счет более час­того соударения со станками флюидных пленок стремится быстрее встроиться в кристаллическую решетку растущего кристалла. При­чем это делают молекулы как привнесенные извне, так и раство­ренные из вмещающей породы. В результате этого быстрее растет кристалл и быстрее растворяется противоположная стенка вме­щающей породы во флюидной пленке, ускоряя метасоматические процессы по преобразованию одной породы в другую.

Следует отметить, что действие этого эффекта принципи­ально отличается от действия кристаллизационного давления или действия сильных кислот во флюидной пленке тем, что он зависит от толщины пленки и сам активно формирует эту толщину, в то время как кристаллизационное давление, в понимании предло­живших это понятие исследователей, создается ростом кристалла и содействует этим растворению вмещающей породы. Неясно, чем в их представлениях вызвано такое соответствие роста кристалла и растворения вмещающей породы, чтобы толщина межзерновой пленки оставалась все время постоянной.

Все вышеописанное касалось только механизма поддержания микропористости в участке метасоматического роста конкретного кристалла. Известно, что метасоматоз происходит в пределах тек­тонических зон и непосредственно инициируется ими. В этих зонах появляется неравномерная пористость и трещиноватость, вызван­ная механическими деформациями пород. Именно такая зона бла­гоприятна для действия МДК-эффекта, так как здесь возникают трещинные пустоты для «складирования» в них вещества, раство­ренного при метасоматических процессах в ходе поддержания там тонких пленочных флюидопроводников на границе зерен растущих минералов. Если бы не было трещинных пустот и пористость была бы одинакова повсюду, то МДК-эффекту некуда было бы переме­щать избыточные химические компоненты из межзерновых пленок и его действие остановилось бы, не создав метасоматоза.

В отличие от термоосмоса, при котором сама вода переме­щается в пределах поверхностного слоя (Дударев и др., 1982), МДК-эффект диффузионным способом движет растворенные хи­мические компоненты.

Таким образом, МДК-эффект, созданный за счет действия О–СРПС, способствует поддержанию постоянной проницаемости по­род и определенной толщины межзерновых флюидных пленок в течение всего хода метасоматических процессов. Он инициируется за счет тектонических подвижек, создающих трещинные пустоты куда «складируются» все избыточные компоненты химических ре­акций при метасоматозе и выравнивании толщины и удлинении пленочных флюидопроводников.

2.6.2.2. Роль МДК-эффекта в осмотических явлениях

Выше был показан механизм формирования осмоса в резуль­тате действия О-СРПС. Осмос проявляется сквозь микропоры мембран. По существу, он является результатом действия МДК-эффекта, точнее, его составной собственно микропородиффузи­онной части, которая стремиться вытолкнуть диффузионным спо­собом молекулы из микропор. Здесь каталитическая часть эф­фекта не проявляется, так как растворенные молекулы являются химически нейтральными к стенкам микропор.

2.6.2.3. Создание гетерогенного катализа в микропорах цеолитов и других микропористых средах

Цеолиты представляют собой алюмосиликатные минералы, кристаллическая структура которых содержит огромное количество микропор диаметром 0,2–1,0 мм (Брек, 1976). Благодаря этим мик­ропорам, внутри которых расположены каталически активные цен­тры, цеолиты являются прекрасными катализаторами. Например, каталитическая активность цеолитов при крекинге нефти более чем на порядок превышает активность других катализаторов – аморфных алюмосиликатов (Гейтс и др., 1981). Цеолиты также яв­ляются хорошими ионообменниками и сорбентами, регулирую­щими обмен веществ в живых организмах. Поэтому они и другие микропористые минералы являются одними из основных веществ, которые поедают животные в дикой природе на солонцах (кудю­рах), особенно во время гона. Потребление в пищу минеральных веществ, названное литофагией (Бгатов, 1993, 1999), свойствен также и человеку. Эти вещества поглощают и вы­водят через выделительные системы (экскременты, шерсть, рога, перья, кожу и т. д.) избыточные количества одних химических эле­ментов и вводят другие, количества которых недостаточно для фи­зиологических потребностей.