Вестник Кольского научного центра РАН. 2011, №1.

комплексная задача теории кристаллизации реальных процессов, относящейся к общей теории тепло- и массопереноса. Процессы кристаллизации жидкой фазы и минералообразования в природных условиях протекают при постоянно меняющихся термодинамических параметрах. Движущейся силой процесса кристаллизации является нарушение равновесия между химическими потенциалами фаз за счет снижения температуры и появления переохлаждения в кристаллизующейся системе. При подъеме расплава в верхние горизонты (условия более низкого литостатического давления) происходит выделение содержащегося в нем флюида. Вследствие этого снижается температура расплава, увеличивается его вязкость, повышается температура солидуса [2], причем чем меньше флюида в расплаве, тем слабее этот эффект, т.к. с началом кристаллизации вязкость расплава возрастает очень быстро. В зависимости от свойств кристаллизующихся компонентов разность между химическими потенциалами фаз изменяется в широких пределах. При этом желательно учитывать факт изменения объемных характеристик расплава и образующейся твердой фазы. Изменение структуры вещества при кристаллизации (плавлении) ведет к резкому уменьшению (увеличению) объемных характеристик (до 12%) [3]. В результате изменяется давление в объеме кристаллизующейся системы, что способствует выделению флюида из расплава и изменению температуры кристаллизации расплава. В переходном слое толщиной в несколько молекулярных расстояний термодинамические параметры постепенно меняются от значений, соответствующих жидкой фазе, до значений, соответствующих твердой фазе. Между твердыми и жидкими областями существует однородная фаза (слой) с отличными от них свойствами. На это указывают измерения межфазного пространства методом высокотемпературной спектроскопии комбинационного рассеяния света. Полученные результаты исследования этого слоя показали, что его размеры значительно превышают постоянную решетки кристалла, а коэффициент температуропроводности в нем равен 10-8 см2/с (например, для воды - 10-3 см2/с) [4]. Это означает, что температурные флуктуации в этом слое затухают очень медленно, а переход жидкость - твердое тело вызывает продвижение фронта кристаллизации и способствует появлению потока тепла за пределы границы раздела фаз. Скорость кристаллизации лимитируется (контролируется) скоростью теплоотвода [5], поэтому необходимо учитывать зависимость скорости кристаллизации от скорости удаления скрытой теплоты кристаллизации из системы, т.е. от теплофизических свойств (теплопроводности) вмещающей расплав окружающей среды. Из этого следует, что кристаллизация магматического расплава и образование твердой фазы связаны с продолжительностью процесса удаления тепла (остывания) из кристаллизующейся системы. С изменением величины переохлаждения жидкой фазы скорость кристаллизации может резко возрасти с образованием первой порции твердой фазы и интенсивным выделением скрытой теплоты кристаллизации. Следует отметить, что первой попыткой учесть скрытую теплоту кристаллизации расплава на распределение температуры в дайках установлено, что скрытая теплота кристаллизации и тепло радиоактивного распада (величина незначительная) увеличивают время кристаллизации интрузива [6]. В зависимости от свойств кристаллизующихся компонентов разность между химическими потенциалами жидкой и твердой фазами может изменяться в широких пределах. Образование твердой фазы сопровождается интенсивным выделением скрытой теплоты кристаллизации (АНпл), величина которой может достигать значительных величин (рис. 1, табл. 1). При этом в районе фронта кристаллизации происходит незначительное повышение температуры. В результате кристаллизация расплава приостанавливается. Чтобы процесс возобновился, необходимы условия для рассеяния выделенной теплоты кристаллизации. Это должно определить характер последующего протекания процесса кристаллизации. Простая модель перехода между различными состояниями (фазами) в системе с положительным уровнем обратной связи определяется отношением количества выделяемой скрытой теплоты кристаллизации магматического расплава к количеству удаляемого тепла во вмещающую (окружающую) среду. С увеличением температуры в двухфазной области связано изменение температурного градиента, величина которого теперь в кристаллизующейся системе будет зависеть от скорости оттока выделяемого тепла во внешнюю среду. Эта взаимосвязь определит характер последующего протекания процесса кристаллизации. В зависимости от условий оттока или распределения теплоты в окружающую среду, фронт кристаллизации, устойчивость которого связана с локально-равновесной 31