Компонент базальта: обычный компонент базальта

История

Интерес человечества к разработке, переработке и технологиям получения изделий из базальта возник еще в девятнадцатом веке.

Базальт – самая, пожалуй, широко распространенная вулканическая порода черного, серого или зеленоватого цвета, основной материал, из которого состоит Земля. Особенности строения и геологические условия залегания базальта указывают на то, что эта горная порода в свое время выступила изнутри Земли в виде лавы от извержения вулканов. Это самый широко распространенный материал на Земле. Именно благодаря химическим, физическим и прочим характеристикам базальта жизнь на планете Земля приобрела именно ту форму, в которой и существует сегодня.

Строение базальта занимает умы людей последние пару веков – с тех самых пор, как в 1822 году американские геологи на Гавайских островах в вулканических пещерах обнаружили странную субстанцию, напоминающую человеческие волосы, – стеклянные нити длиной до двух метров. Странную находку назвали «волосы Пеле», по имени гавайской богини огня.

Почти целый век спустя похожие «волосы» нашли русские исследователи на Камчатке. Волокна не впитывали воду, не горели, не смачивались водой, при этом были очень гибкие и упругие. Развитие приборной базы и химической науки того времени (уже появилась таблица Менделеева) позволило сделать заключение о том, что эти «волосы» состоят из камня. Было доказано, что волокна образуются при прохождении вулканических газов сквозь лавовый расплав.

Чуть позже было замечено, что строение волокон дает возможность комбинировать их с широчайшим рядом композиционных материалов. Из этих нитей можно сделать все, что угодно: текстиль, шнуры различной толщины и назначения, маты, которые будут обладать всеми замечательными свойствами своего праматериала – камня: прочностью, огнеупорностью, долговечностью и так далее.

Тогда же возник интерес к разработке технологии получения базальтового волокна промышленным путем.

В нашей стране серьезно занялись разработкой экономически эффективной технологии производства непрерывных базальтовых волокон в НИИ проблем материаловедения в Киеве, и успешно освоили ее к 70-80м годам. Производимые базальтовые волокна стали основой для различных композитных изделий – например, нержавеющих базальтовых труб, базальтовой ваты и других.

В 1985 году научная группа киевского НИИ, разрабатывая новую технологию производства базальтового волокна, неожиданно получила побочный эффект в виде огромного количества микрочешуек, пластинок базальтового стекла толщиной 1-1,5 микрон.

К изобретению отнеслись как к побочному продукту, однако время от времени пытались пустить его в дело, поскольку это такая же основа для композитов, как и волокно. Впрочем, ничего значительного из чешуек придумано не было. Их закончервировали и забыли.

В 90х годах сразу два министерства России обратились в Академию наук с просьбой разработать защитные покрытия для нужд Министерства обороны и Министерства атомной энергетики. Необходимо было изобрести бюджетное, и в то же время эффективно защищающее от коррозии, огнеупорное вещество для покрытия орудийной упаковки и труб охлаждения реакторов.

Как известно, любое защитное покрытие состоит из двух частей: это арматура, то, что наполняет покрытие, и то, что его склеивает, – связующая субстанция.

В области связующих субстанций никаких революций не предвиделось. Есть алкидные, уретановые, битумные, эпоксидные, неорганические силикатные покрытия и так далее. Каждый из этих материалов обладает своими достоинствами и недостатками. Перебрав все плюсы и минусы, ученые сделали таблицу сравнительных свойств, достоинств и недостатков разных типов связующих и стали искать наполнитель.

Выяснилось, что наполнители для защитных покрытий-красок делятся на две группы.

• Наполнители сферической формы, осуществляющие наполнение по механическому признаку. Если в клей насыпать песка, то он, застыв, будет значительно прочнее, нежели клей без песка. Примеры таких наполнителей – тальк, кварцевый песок, молотые металлические порошки, которые обеспечивают совершенно иные свойства конечных материалов.
• Наполнители пластинчатой формы. Они преследуют другую цель и выводят конечный материал в класс барьерных покрытий. Пластинки при нанесении под давлением ложатся друг на друга и образуют градиентную структуру, как листы в книге. Применение пластинчатых наполнителей позволяет создать слоистую структуру, которая может перераспределять нагрузки.

Таким образом, ученые пришли к выводу о том, что если и можно придумать в этой области что-то новое, так это найти пластинчатый наполнитель, который обеспечит механическое усиление свойств и желательно химическую защиту. В ходе экспериментов вспомнили о базальте. Возникла идея: взять микропластинчатые чешуйки, разработать широкую гамму разных связующих для разных нужд – например, для подводного нанесения, для огнезащиты, – и пустить в жизнь, получив таким образом дешевое защитное покрытие. Таким образом, собственно, родилась идея того, что впоследствии стало называться защитными покрытиями Базалит.

Вновь изобретенные покрытия испытали на полигонных базах Росэнергоатома, Смоленской и Кольской АЭС, полигонах Министерства обороны. Покрытие зарекомендовало себя с лучшей стороны, и концерн «Росэнергоатом» инициировал продолжение разработки. Атомщики попросили зарегистрировать компанию с говорящим названием, которое отражало бы суть деятельности. Тогда родилось название Базальтопластик, под шапкой которого собрали все изыскания и патенты в 2000 году.

Для производства этих материалов на основе микрочешуек в 2008 году был построен завод в городе Новомосковске Тульской области. Поскольку микропластинчатые базальтовые чешуйки ранее специально не производились, параллельно строительству завода шли эксперименты по разработке технологии их выпуска. В ходе подготовки производства к запуску специалисты ООО «Базальтопластик» сделали несколько запатентованных открытий – например, специально сконструировали плавильные печи, которые комбинируют электрический способ плавления посредством омического сопротивления расплава с газовым способом. Сегодня на заводе действует уже седьмое поколение печей с момента начала разработок технологии.

Производственный процесс на новом заводе был запущен 8 августа 2008 года.

Параллельным курсом шли работы по разработке бренда. После обсуждений и голосований было принято решение назвать производимое покрытие Базалит. Сегодня Базалит – торговая марка, все права на которую принадлежат компании «Базальтопластик». Серия защитных покрытий Базалит насчитывает уже порядка десятка различных модификаций для защиты производственных помещений и оборудования от того или иного вида нагрузок в различных областях промышленности.

Производственный процесс на заводе максимально механизирован и автоматизирован.

Базальтовая микропластинчатая чешуйка, а также все необходимые компоненты для базалитов разных сортов всей линейки серии защитных покрытий, объединенных торговой маркой Базалит, содержатся в системе бункеров. Автоматизированная система, которой задается программа, подает с разных бункеров заданное количество наполнителей, смол, пластификаторов, затвердителей, деодораторов нашей композиции, смешивают это в диссольверных установках, которые потом автоматически дозируют продукт в соответствующую упаковку, маркируют. Отдел технического контроля мониторит на разных этапах процесса качество и количество выпускаемого. Конечно, все производство максимально автоматизировано.

Сегодня на заводе В городе Новомосковске Тульской области работает 50 человек, которые производят в год порядка 300 тонн покрытий при расчетной мощности завода в 1200 тонн.

Новости: Базальт вместо стекла – Эксперт

Компания по производству спортивных сноубордов BPLsnowboards выпустила экспериментальную линейку сноубордов из базальтового полотна, которое заменит традиционный в производстве сноубордов слой из стеклоткани. Этот материал предоставил «Русский базальт» — другая российская компания, пока что без оплаты.

Новое базальтовое полотно прочнее, его растяжимость и эластичность намного лучше, чем у стеклополотна, сам по себе материал легче; кроме того, преимущество базальта — в его экологичности: «Если использовать базальт вместо стеклоткани, то на производстве нет стеклянной стружки, которая очень нежелательна для легких», — говорит Игорь Богданов, сооснователь компании BPLsnowboards. При этом на конечную стоимость продукта замена компонентов не повлияет: в себестоимости сноуборда стоимость стеклополотна, как и базальтового, занимает небольшую долю, и разница в цене между этими материалами несущественна (дорогое стеклополотно BPLsnowboards не использует).

Базальт в сноуборде станет связующим материалом, который соединяет три компонента: нижний слой (пластик), средний (деревянную пластину), который, в свою очередь, новый слой базальта соединяет с верхней частью — лаком или пластиком. Поэтому важно, чтобы такой материал обладал хорошей пропитывающей способностью. Стеклоткань сложнее пропитать нужным клеем или смолой, базальт в этом плане более восприимчив.

«Спортсменам нужно, чтобы изделие, на котором они катаются, было прочным и не сильно сгибалось, имело минимальный коэффициент растяжения, сжатия и изменения геометрии во время нагрузок. Базальт хорошо подходит для этих целей: он проще в производстве и, если сравнивать его с наиболее близким по свойствам материалом —карбоном, дешевле», — говорит Максим Захаров, глава отдела корпоративных коммуникаций компании «Русский базальт».

В производстве сноубордов традиционно все мировые производители используют стеклоткань. Базальтовое полотно для этих целей — новый материал, его в основном применяют в строительстве, например добавляют в бетонные растворы для крепости, поэтому примеров использования базальта в других сферах не так много. Этот материал уже использовала известная американская компания Lib Tech, производящая сноуборды: на ее топовых и самых дорогих досках — базальтовое полотно; правда, там оно используется вместе со стеклотканью. Другой пример — клюшки из базальта «Заряд», которыми играет сборная Чехии, производит в России хоккеист Данис Зарипов. Но насколько этот материал в чистом виде окажется подходящим для сноубордов, оценить пока не получится: его эффективность покажут итоги эксперимента.

Полная версия этого материала доступна только подписчикам

Читать материалы из печатного выпуска журнала в полном объеме могут только те, кто оформил платную подписку на ONLINE-версию журнала.

Изотопный состав железа VLT-базальта с «Луны-24» и происхождение Луны

Эрик Галимов
«Природа» №7, 2020

Об авторе Эрик Михайлович Галимов — академик РАН, доктор геолого-минералогических наук, научный руководитель Института геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского РАН (директор в 1992–2015 гг.), почетный профессор Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова, член Президиума РАН (2002–2013), президент Международной ассоциации геохимии и космохимии IAGC (2000–2004). Геохимик. Награжден медалью Альфреда Трейбса (2004) и золотой медалью В. И. Вернадского (2018), лауреат Государственной премии РФ по науке и технологиям (2016).

Недавно мы вместе с японскими учеными измерили изотопный состав железа в образцах лунного грунта, доставленного советскими автоматическими станциями «Луна-16, -20 и -24». Результаты исследования доложены на состоявшемся в прошлом году изотопном симпозиуме в Москве [1] и опубликованы в специализированном журнале [2].

Выполненное впервые исследование изотопного состав железа в отечественной коллекции лунных образцов — интересный факт, но рядовое научное событие, если учесть, что уже много данных по изотопному составу железа лунного грунта было получено раньше при исследовании образцов обширной американской коллекции «Аполлон».

Более интересно и более значимо то, что проанализирована лунная порода, которая ранее не исследовалась. Это образец очень низкотитанистого базальта (very low titanium), или VLT-базальта. Подобные породы редки на поверхности Луны. Так называемые лунные моря заполнены более высокотитанистыми базальтами. Именно они чаще и отбирались американскими астронавтами. VLT-базальт определен в образцах только одной («Аполлон-17») из шести лунных экспедиций «Аполлон». Но и он не исследовался, поскольку, видно, не ставилась специальная задача.

Такая задача возникла в связи с проблемой происхождения Луны, точнее, системы Земля — Луна. При этом по счастливой случайности VLT-базальт оказался в составе грунта, отобранного нашей беспилотной станцией «Луна-24». Вот об этой научной задаче и о том, как ее решение связано с исследованием изотопного состава железа лунного VLT-базальта, и пойдет речь.

Изотопия железа

Для начала несколько слов об изотопии железа. Геохимия изотопов уже давно стала одним из наиболее эффективных инструментов изучения природных процессов. Определение соотношений изотопов таких элементов, как углерод (¹³С/¹²C), кислород (¹⁸O/¹⁶O, ¹⁷O/¹⁶O), водород (D/H), вошло в практику геологических исследований с 1950–1960-х годов. Эти элементы входят в состав живого вещества, воды, атмосферы, земных минералов, многих полезных ископаемых. Установление происхождения вещества и условий его образования сегодня, как правило, трактуется в рамках изотопной аргументации.

Сравнительно недавно появилась возможность при помощи нового поколения масс-спектрометров с индуктивно-связанной плазмой с высокой точностью определять изотопный состав железа (⁵⁷Fe/⁵⁴Fe, ⁵⁶Fe/⁵⁴Fe) в породах и минералах. Железо относится к числу наиболее распространенных элементов. Оно образует ядра планет, участвует в процессах планетарного масштаба. Первые прецизионные определения изотопного состава железа появились в конце 1990-х — начале 2000-х годов.

Изотопный состав железа (⁵⁷Fe/⁵⁴Fe) принято указывать величиной (δ), представляющей собой (как и в случае других стабильных изотопов) отклонение в тысячных долях (‰) полученного значения от значения ⁵⁷Fe/⁵⁴Fe в условном стандарте. В качестве международного стандарта принято железо IRMM-014 (⁵⁶Fe/⁵⁴Fe = 15,69, ⁵⁷Fe/⁵⁴Fe = 0,3625). В некоторых статьях данные приводятся в величинах δ⁵⁶Fe. Измеряются отношения ⁵⁶Fe/⁵⁴Fe. Обе нотации связаны между собой соотношением δ⁵⁷Fe = 1,48 · δ⁵⁶Fe и могут быть легко пересчитаны. Воспроизводимость анализа составляет ±0,03‰. Многократными измерениями доверительную точность можно довести до ±0,01‰. В нашем случае измерения производились в Японии, в Токийском университете, на масс-спектрометре с индуктивно-связанной плазмой (MC-ICP-MS, Nu Plazma II, Nu Instrument, UK).

Проблема происхождения Луны

До сих пор в геологической науке дискутируется проблема происхождения Луны. Наиболее известна модель мегаимпакта, согласно которой на заключительной стадии аккреции Земля столкнулась с другим небесным телом планетного (размером с Марс) масштаба. В результате катастрофы на околоземную орбиту был выброшен расплав, который в конечном счете конденсировался в спутник Земли Луну. Эта концепция была выдвинута американскими астрономами У. Хартманом и В. Девисом [3]. Она объясняла избыточный угловой момент системы Земля — Луна, дефицит железа на Луне по сравнению с Землей, обогащение Луны тугоплавкими элементами и обеднение летучими. Модель сразу получила широкое признание и поддержку. Потом выявились сложности. В числе ее главных слабостей — невозможность совместить удивительное сходство изотопных составов элементов Земли и Луны с динамическими расчетами, из которых следует, что вещество Луны должно было при ударе унаследовать главным образом вещество ударника, а не Земли [4]. К тому же Земля и Луна отличаются содержанием летучих, что обязательно сказалось бы на различии их изотопного состава. А он одинаков. Модель неоднократно модифицировалась [5, 6] и, хотя содержит до сих пор не устраненные слабости, продолжает оставаться в повестке дня [7].

В качестве альтернативы выдвинута модель образования системы Земля — Луна путем фрагментации исходного газопылевого облака. Наиболее полно эта модель изложена в нашей с А. М. Кривцовым книге [8]. Но в разное время в ее разработке принимали участие ученые ряда академических институтов: академики Т. М. Энеев, В. П. Мясников, член-корреспондент А. В. Забродин, А. М. Кривцов, а также Ю. А. Сидоров, М. С. Легкоступов и др. [9, 10].

Наша модель предполагает образование Земли и Луны из общего исходного газопылевого облака в результате его сжатия и фрагментации (рис. 1). Твердые частицы имеют состав, отвечающий веществу углистых хондритов. Последние рассматриваются как наиболее примитивное вещество Солнечной системы. Железо в них представлено в виде FeO. Газовая составляющая — в основном первичный водород, на который изначально приходилось более 90% вещества газопылевого облака.

Температура внутренней части облака увеличивается по мере сжатия, что приводит к частичному испарению летучих компонентов, в том числе FeO. Испарение играет решающую роль в динамике процесса. Теоретически фрагментация становится возможной (при том угловом моменте, который характерен для системы Земля — Луна), если в уравнения динамики включен член, учитывающий испарение. В результате фрагментации образуются две неравные части, которые становятся зародышами Земли и Луны. При испарении породообразующих оксидов раньше всего теряются оксиды щелочных металлов K и Na, а сразу за ними — FeO (рис. 2, внизу). Тугоплавкие же оксиды (Al₂O₃, CaO и TiO₂), напротив, концентрируются. Это экспериментальные данные А. Хашимото [11]. Из экспериментов следует, что при испарении приблизительно 40% вещества углистых хондритов остаток приобретает состав, отвечающий Луне (рис. 2, вверху).

Компьютерное моделирование показывает, что если зародыши не равны по массе, то при последующей аккреции больший фрагмент собирает на себя почти все оставшееся вещество первичного облака, а меньшему достается лишь незначительная часть. Например, если массы фрагментов относятся как 4:1, то больший (будущая Земля) увеличивает массу в процессе последующей аккреции в 26 раз, в то время как меньший (будущая Луна) — только в 1,3 раза.

Первоначально оба зародыша имеют одинаковый состав. Они в равной степени обеднены железом. Однако ввиду последующей различной скорости роста Луна сохраняет высокотемпературный облик своего зародыша, обогащенного тугоплавкими окислами Al, Ca, Ti и обедненного Fe и летучими, в то время как Земля забирает почти весь исходный материал и приближается к составу исходного облака. Это объясняет различие в химическом составе Земли и Луны и известный дефицит железа в Луне по сравнению с Землей.

При аккреции дисперсное состояние вещества определяет особенности изотопного фракционирования. В дисперсной системе испарение происходит в пространство между частицами, и оно обратимо. В этом случае изотопное фракционирование пренебрежимо мало. Вещество, находящееся в газовой фазе, удаляется в потоке газа-носителя и потому также не сопровождается изотопным эффектом. Отсюда наблюдаемое удивительное сходство изотопных составов большинства элементов Земли и Луны (несмотря на различное содержание летучих).

Железо, как следует из нашей концепции, должно вести себя иначе. Его оксид FeO, испаряющийся из частиц, восстанавливается водородом. Кислород удаляется в виде воды, а свободные атомы Fe собираются в кластеры, образуя частицы, которые осаждаются к центру масс, формируя металлическое ядро. Таков механизм формирования ядра в нашей модели.

Поскольку при испарении атомы железа образуют новую металлическую фазу, этот процесс необратим. Он сопровождается кинетическим изотопным эффектом. Поэтому металлические частицы, осаждающиеся в ядро, должны быть обогащены легким изотопом, а железо, остающееся в силикатных частицах, напротив, — тяжелыми. Следовательно, железное ядро планеты в этом случае должно быть обогащено легким изотопом железа ⁵⁴Fe. Из модели мегаимпакта это никак не следует. Определение изотопного состава железа ядра может стать сильным аргументом в пользу той или иной модели.

Фракционирование изотопов железа

Изотопный состав железа земных пород. Вещество железного ядра недоступно для непосредственного исследования. Но данных об изотопном составе земных пород достаточно много. Наиболее представительным продуктом плавления мантии считаются базальты срединно-океанических хребтов, так называемые MORB (middle ocean ridge basalts). Их изотопный состав в среднем определяется величиной δ⁵⁷Fe = 0,1‰. На Земле почти все мантийные субстраты показывают положительные значения δ⁵⁷Fe. Образцы мантийных коматиитов и лерцолитов имеют значения δ⁵⁷Fe = 0,05‰, дунитов — δ⁵⁷Fe = 0,035‰ [12]. П. А. Сосси с соавторами оценивают средний изотопный состав железа мантии величиной δ⁵⁷Fe = 0,05‰ [13]. Это отличается от изотопного состава железа хондритов (δ⁵⁷Fe = −0,01‰) [14] в сторону обогащения тяжелым изотопом ⁵⁷Fe. Обычно изотопный состав элементов Земли близок к изотопному составу тех же элементов в хондритах. Если изотопный состав железа Земли в целом соответствует данной величине (δ⁵⁷Fe = −0,01‰), то это говорит в пользу отрицательных величин δ⁵⁷Fe в ядре (исходя из баланса с положительными величинами δ⁵⁷Fe в мантии), что согласуется с нашей моделью. Но данные соображения нельзя рассматривать как доказательство, так как есть другая возможность: железо Земли в целом отличается от железа хондритов, т.е. оно в целом имеет изотопный состав δ⁵⁷Fe = 0,05‰. А между изотопным составом железа ядра и мантии различий нет. К такому выводу исследователей склоняло также то, что теоретически и экспериментально было показано: в расплаве между металлическим железом и железом в силикатах фракционирование изотопов практически отсутствует.

Механизм формирования ядра, который мы рассматриваем в нашей модели, отличается от общепринятого.

Принятое классическое представление образования ядра состоит в том, что в первичном магматическом океане металлическое железо выделяется из силикатного расплава [15]. Если аккреция происходит путем падения небольших тел, их железные ядра эмульгируются. В таком состоянии происходит возможный изотопный обмен. Капли металлического железа объединяются в более крупные глобулы. Они скапливаются на дне магматического океана, где мантия становится достаточно твердой, а затем быстро проваливаются сквозь нижнюю мантию к ядру — без дальнейшего обмена или фракционирования. Эксперименты показали, что в системе металл — силикатный расплав при тех температурах и давлениях, когда происходит сепарация железа из расплава (Т ~ 2000 К, Р до 25 ГПа), железо, выделяющееся в металлическую фазу, не обогащается легким изотопом [16, 17]. При соударении Земли с крупными дифференцированными астероидами их ядра тонут в образовавшемся расплаве и присоединяются к растущему ядру Земли. А ядра астероидов (как показывает исследование железных метеоритов) относительно хондритов обогащены скорее тяжелым изотопом Fe, а не легким (δ⁵⁷Fe = 0,01–0,32‰) [18].

Таким образом, в принятой модели образования земного ядра отсутствует механизм разделения между изотопами железа мантии и ядра. Следуя этой модели, нужно принять, что по каким-то причинам изотопный состав железа Земли (в отличие от всех других элементов) иной, чем в хондритах.

По некоторым данным, при сверхвысоких давлениях (свыше 130 ГПа) существует возможность обогащения металлического железа легким изотопом в равновесии с силикатным железом [19]. Но это не меняет дела, поскольку такие давления намного превосходят те, при которых, как полагают, происходит сепарация железа из расплава. Подобные давления достигаются на границе ядра и мантии уже сформировавшейся планеты.

Иначе говоря, в рамках классической модели нет оснований рассчитывать на обеднение ядра легким изотопом железа в процессе его образования.

Изотопный состав железа лунных пород. Есть ли какой-либо другой путь к оценке изотопного состава железа земного ядра? Здесь мы обращаемся к Луне. Логика рассуждений следующая: исходим из того, что Земля и Луна совпадают или близки по изотопному составу исходного железа (как это имеет место в случае других элементов). При этом Земля обладает массивным ядром, составляющим 32% ее массы, а Луна — лишь небольшим. Если ядро Земли обогащено легким изотопом железа, это заметно скажется на изотопном составе мантии Земли в сторону обогащения ее тяжелыми изотопами, в то время как изотопный состав железа силикатной части Луны почти не будет отличаться от исходного. Иначе говоря, признаком обогащения земного ядра легким изотопом служило бы обогащение пород земной мантии тяжелым изотопом по сравнению с мантией Луны, т.е. должно соблюдаться условие δ⁵⁷Fe_{земной мантии} > δ⁵⁷Fe_{лунной мантии}.

Изучение данных по изотопному составу железа Луны, полученных в результате исследования образцов лунного грунта, которые доставили американские астронавты, поначалу разочаровывает. На первый взгляд, они не поддерживают нашу модель. Отношения ⁵⁷Fe/⁵⁴Fe в лунных базальтах оказались значимо выше, чем в земных. Правда, частично это было связано с изотопным эффектом космического выветривания — бомбардировкой поверхности лунного грунта микрометеоритами [20]. Но и свободные от эффекта выветривания типичные лунные базальты характеризуются высокими значениями δ⁵⁷Fe.

Есть одна особенность лунной геохимии. Базальты Луны, как мы уже упоминали, обогащены тугоплавкими элементами. Из числа породообразующих это Ca, Al, Ti. Титансодержащий минерал ильменит (FeTiO₃) — распространенный компонент лунных базальтов. Содержащие его базальты заметно обогащены тяжелыми изотопами железа. Эта связь не прямая. Сам ильменит не обогащен тяжелым изотопом относительно фаялита Fe₂SiO₄ [21]. Но базальты, включающие ильменит, — наиболее поздние в эволюционном ряду кристаллизации магматических пород [22]. При этом известно, что расплав обогащается тяжелыми изотопами железа по мере кристаллизации [23]. На Земле нет базальтов, в такой степени обогащенных титаном (рис. 3).

Среди лунных базальтов выделяют три категории: высокотитанистые (HT — high titanium), низкотитанистые (LT — low titanium) и очень низкотитанистые (VLT — very low titanium). Аналогом земных пород типа базальтов срединно-океанических хребтов (MORB) могут быть лунные VLT-базальты.

На нашей планете базальты срединно-океанических хребтов представляют собой прямой продукт плавления мантии Земли. Это наиболее высокомагнезиальные и низкотитанистые земные базальты. Аналогично этому лунные VLT-базальты генетически наиболее близки к первичному источнику [22]. Они также высокомагнезиальные и наиболее низкотитанистые [24].

Учитывая особенности лунной геохимии, нужно сравнивать изотопный состав железа земных MORB не с типичными высокотитанистыми лунными базальтами, а с очень низкотитанистыми. Именно их сравнение может ответить на вопрос, остается ли земная мантия изотопно более тяжелой, чем лунная. И содержит ли земное ядро повышенную концентрацию легкого изотопа железа.

Так возникла задача исследования лунных VLT-базальтов.

Исследование VLT-базальтов

Очень низкотитанистые базальты мало распространены на поверхности Луны. Как указывают С. Тейлор и П. Джейкс, их источник находится на глубине 200–400 км [25].

На Земле проявления базальтов срединно-океанических хребтов обширны. Они занимают огромные пространства дна океана. Но лунная геология сложилась иначе. Крупные ударные бассейны, которые возникли в результате гигантской бомбардировки Луны 4,0–3,3 млрд лет назад (известные нам как лунные моря), были заполнены лавой, представлявшей собой остаточную от фракционной кристаллизации высокотитанистую жидкость. Поэтому высокотитанистые базальты оказались типичными базальтами на лунной поверхности (хотя и занимают не более 1% объема лунной коры), а действительно представительные для Луны VLT-базальты мало проявлены на поверхности. В обширной американской коллекции они очень редки, встречаются только в образцах Apollo-17. Изотопный состав железа в них не измерялся. Но в нашей лунной коллекции в грунте с «Луны-24» описаны очень низкотитанистые базальты [26, 27]. «Луна-24» отобрала образец в базальтовом покрове моря Кризисов — одном из наиболее древних бассейнов Луны [28].

Я задался целью исследовать изотопный состав железа VLT-базальтов из коллекции «Луны-24». К сожалению, у нас не было масс-спектрометра нужного типа. Несколько лет назад представители Японского космического агентства и Токийского университета обратились в Российскую академию наук с просьбой предоставить им для показа на выставке образцы лунного грунта, полученного советскими автоматическими станциями. Образцы мы предоставили, но в ходе переговоров я попросил их исследовать в них изотопный состав железа. И вот в начале этого года японские ученые прислали результаты анализов. Мы изучали целый ряд образцов грунта, доставленного всеми тремя станциями: «Луна-16, -20 и -24». Эти данные представляют самостоятельную ценность. Мы обсуждаем их в статье, опубликованной в специализированном журнале [2]. Здесь я остановлюсь лишь на анализе VLT-базальта «Луны-24».

Изотопный анализ VLT-базальта «Луны-24» показал величину δ⁵⁷Fe = 0,08‰, что меньше величины (δ⁵⁷Fe = 0,1‰), характеризующей земные базальты срединно-океанических хребтов (рис. 4). Это свидетельствует о том, что железо лунной мантии (которое мы отождествляем с исходным железом для Луны и Земли) действительно изотопно легче железа земной мантии. Поскольку изотопный состав железа Земли и Луны в целом одинаков, наблюдаемый избыток тяжелого изотопа в мантии нашей планеты должен быть уравновешен повышенным содержанием легкого изотопа в ее ядре.

Помимо того что железо лунных VLT-базальтов изотопно легче земных базальтов, многие мантийные лунные материалы показывают отрицательные значения δ⁵⁷Fe. Вулканические зеленые стекла близки к хондритам (δ⁵⁷Fe = −0,029 — −0,014‰) [31]. Кстати, Тейлор и Джейкс считали, что тугоплавкие зеленые вулканические стекла представляют вещество глубинных магм — источников VLT-базальтов [25]. По данным К. Вонга с соавторами, значительную отрицательную величину (δ⁵⁷Fe = −0,50‰) показал и лунный дунит [32].

Основываясь на этих материалах, можно предположить, что изотопный состав железа Луны в целом близок или совпадает с изотопным составом железа хондритов. Как отмечалось выше, на Земле почти все мантийные субстраты (гарцбургиты, коматииты и лерцолиты) имеют положительные значения δ⁵⁷Fe. Все это указывает на обогащение земной мантии тяжелым изотопом железа по отношению к Луне и хондритам. И с высокой степенью вероятности можно говорить об обогащении земного ядра легким изотопом железа, что, в свою очередь, хорошо согласуется с нашей моделью и с ее предсказанием.

Литература
1. Галимов Э. М., Okabayashi S., Yokoyama T. и др. Проблема изотопного состава железа Земли и Луны. Измерения δ⁵⁷Fe в образцах лунного грунта «Луна-16, -20, -24» (доклад на ХХ симпозиуме по геохимии стабильных изотопов, М., 29–31 октября 2019) // Геохимия. 2020; 11: 1041–1060.
2. Okabayashi S., Yokoyama T., Hirata T., Terakado K., Galimov E. Iron isotopic composition of very low-titanium basalt deduced from iron isotopic signature in Luna 16, 20 and 24 soils // Geochim. Cosmochim. Acta. 2020; 269: 1–14.
3. Hartmann W. K., Davis D. R. Satellite-sized planets and Lunar origin // Icarus. 1975; 24: 504–515.
4. Canup R. M., Asphaug E. Origin of the Moon in a Giant impact near the end of the Earth’s formation // Nature. 2001; 41(6848): 708–712.
5. Canup R. M. Forming a Moon with an Earth-like composition via a giant impact // Science. 2006; 338: 1052–1055.
6. Cuk M., Stewart S. T. Making the Moon from a Fast-Spinning Earth: A Giant Impact Followed by Resonant Despinning // Science. 2012; 338: 1047–1052.
7. Бялко А. В., Кузьмин М. И. Осколки образования Луны: геофизические следствия гигантского столкновения // ЖЭТФ. 2019; 156(4): 603–614.
8. Galimov E. M., Krivtsov A. M. Origin of the Moon. New Concept: Geochemistry and Dynamics. Berlin; Boston, 2012.
9. Galimov E. M., Krivtsov A. M., Zabrodin A. V. et al. Dynamic Model for the Formation of the Earth — Moon System // Geochem. International. 2005; 43(11): 1045–1055.
10. Galimov E. M. Formation of the Moon and the Earth from a common supraplanetary gas-dust cloud (lecture presented at the XIX all-Russia symposium on isotope geochemistry on November 16, 2010) // Geochemistry Int. 2011; (49): 537–554.
11. Hashimoto A. Evaporation metamorphism in the early solar nebula. Evaporation experiments on the melt FeO — MgO — SiO₂ — CaO — Al₂O₃ and chemical fractionations of primitive materials // Geochem. J. 1983; (17): 111–145.
12. Dauphas N., Teng F. Z., Arndt N. T. Magnesium and iron isotopes in 2.7 Ga Alexo komatiites: Mantle signatures, no evidence for Soret diffusion, and identification of diffusive transport in zoned olivine // Geochim. Cosmochim. Acta. 2010; (74): 3274–3291.
13. Sossi P. A., Nebel O., Foden J. Iron isotope systematics in planetary reservoirs // Earth Planet. Sci. Lett. 2016; 452: 295–308.
14. Craddock P. R., Dauphas N. Iron Isotopic Compositions of Geological Reference Materials and Chondrites // Geostand. Geoanalytical Res. 2011; 35: 101–123.
15. Stevenson D. J. Models of the Earth’s Core // Science. 1991; 214(4521): 611–619.
16. Roskosz M., Watson H. C., Mysen B. O. et al. Experimental quantification of the fractionation of Fe isotopes during metal segregation from a silicate melt // Earth Planet. Sci. Lett. 2006; 248: 851–867.
17. Hin R. C., Schmidt M. W., Bourdon B. Experimental evidence for the absence of iron isotope fractionation between metal and silicate liquids at 1 GPa and 1250–1300°C and its cosmochemical consequences // Geochim. Cosmochim. Acta. 2012; 93: 164–181.
18. Williams H. M., Markowski A., Quitté G. et al. Fe isotope fractionation in iron meteorites: New insights into metal-sulphide segregation and planetary accretion // Earth Planet. Sci. Lett. 2006; 250: 486–500.
19. Polyakov V. B. Equilibrium iron isotope fractionation at core-mantle boundary conditions // Science. 2009; 323(5916): 912–914.
20. Weisly R. A., Beard B. L., Taylor L. A., Johnson C. M. Space weathering processes on airless bodies: Fe isotope fractionation in the lunar regolith // Earth Planet. Sci. Lett. 2003; 216: 457–465.
21. Sossi P. A., O’Neill H. S. C. The effect of bonding environment on iron isotope fractionation between minerals at high temperature // Geochim. Cosmochim. Acta. 2017; 196: 121–143.
22. Snyder G. A., Taylor L. A., Neal C. R. A chemical model for generating the sources of mare basalts: Combined equilibrium and fractional crystallization of the lunar magmasphere // Geochim. Cosmochim. Acta. 1992; 56: 3809–3823.
23. Weyer S., Ionov D. A. Partial melting and melt percolation in the mantle: The message from Fe isotopes // Earth Planet. Sci. Lett. 2007; 259: 119–133.
24. Vaniman D. T., Papike J. J. Very low TI/VLT/basalts — a new mare rock type from the Apollo 17 drill core // 8th Lunar and Planetary Science Conference. Houston, 1977; 1444–1449.
25. Taylor S. R., Jakes P. The geochemical evolution of the moon // Lunar Science Conference, 5th, Houston, Tex., March 18–22. N.Y., 1974; 2: 1287–1305.
26. Barsukov V. L. Preliminary data for the regolith core brought to the Earth by the automatic lunar station Luna 24 // 8th Lunar and Planetary Science Conference. Houston, 1977; 3303–3318.
27. Grove T. L. Cooling histories of Luna 24 very low Ti (VLT) ferrobasalts: An experimental study // Proc. Lunar Sci. Conf. 1978; 9: 565–584.
28. Вассербург Дж., Папанастасиу Д. А., Мак-Каллок М. Т. и др. Петрология, химия, возраст и история облучения образцов «Луны-24». Лунный грунт из Моря Кризисов / Ред. В. Л. Барсуков. М., 1980; 219–230.
29. Elardo S. M., Shahar A. Non-chondritic iron isotope ratios in planetary mantles as a result of core formation // Nat. Geosci. 2017; 10: 317–321.
30. Schoenberg R., Blanckenburg F. von. Modes of planetary-scale Fe isotope fractionation // Earth Planet. Sci. Lett. 2006; 252: 342–359.
31. Poitrasson F., Halliday A. N., Lee D. C. et al. Iron isotope differences between Earth, Moon, Mars and Vesta as possible records of contrasted accretion mechanisms // Earth Planet. Sci. Lett. 2004; 223: 253–266.
32. Wang K., Jacobsen S. B., Sedaghatpour F. et al. The earliest Lunar Magma Ocean differentiation recorded in Fe isotopes // Earth Planet. Sci. Lett. 2015; 430: 202–208.

ОСОБЕННОСТИ ПЛАВЛЕНИЯ В КАНАЛЕ ТЕРМОХИМИЧЕСКОГО ПЛЮМА И ТЕПЛОМАССООБМЕН ПРИ КРИСТАЛЛИЗАЦИОННОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ БАЗАЛЬТОВОГО РАСПЛАВА В ГРИБООБРАЗНОЙ ГОЛОВЕ ПЛЮМА | Кирдяшкин

1. Annen C., Blundy J.D., Sparks R.S.J., 2006. The genesis of intermediate and silicic magmas in deep crustal hot zones. Journal of Petrology 47 (3), 505–539. https://doi.org/10.1093/petrology/egi084.

2. Bell P.M., Roseboom E.H., 1969. Melting relationships of jadeite and albite to 45 kilobars with comments on melting diagrams of binary systems at high pressures. In: J.J. Papike, F.R. Boyd, J.R. Clark, W.G. Ernst, W.T. Holser (Eds.), Pyroxenes and amphiboles: crystal chemistry and phase petrology. Mineralogical Society of America Special Paper, vol. 2, p. 151–161.

3. Bowen N.L., 1913. The melting phenomena of the plagioclase feldspars. American Journal of Science 35 (210), 577–599. https://doi.org/10.2475/ajs.s4-35.210.577.

4. Brückner R., 2003. Silicon dioxide. In: G.L. Trigg (Ed.), Encyclopedia of Applied Physics. Wiley, New York, p. 101–131. https://doi.org/10.1002/3527600434.eap432.

5. Condie K.C., 2016. Earth as an Evolving Planetary System. Elsevier, Amsterdam, 418 p. https://doi.org/10.1016/C2015-0-00179-4.

6. Cranmer D., Uhlmann D.R., 1981. Viscosities in the system albite-anorthite. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 86 (B9), 7951–7956. https://doi.org/10.1029/JB086iB09p07951.

7. Cross W., Iddings J.P., Pirsson L.V., Washington H.S., 1902. A quantitative chemicomineralogical classification and nomenclature of igneous rocks. Journal of Geology 10 (6), 555–690. https://doi.org/10.1086/621030.

8. Доусон Дж. Кимберлиты и ксенолиты в них. М.: Мир, 1983. 300 с.

9. Dobretsov N.L., Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., Vernikovsky V.A., Gladkov I.N., 2008. Modelling of thermochemical plumes and implications for the origin of the Siberian traps. Lithos 100 (1–4), 66–92. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2007.06.025.

10. Dobretsov N.L., Kirdyashkin A.G., Kirdyashkin A.A., 2005. Parameters of hot spots and thermochemical plumes. Geologiya i Geofizika (Russian Geology and Geophysics) 46 (6), 589–602.

11. Ernst R.E., 2014. Large Igneous Provinces. Cambridge University Press, Cambridge, 653 p. https://doi.org/10.1017/CBO9781139025300.

12. Fedortchouk Y., Matveev S., Carlson J.A., 2010. h3O and CO2 in kimberlitic fluid as recorded by diamonds and olivines in several Ekati Diamond Mine kimberlites, Northwest Territories, Canada. Earth and Planetary Science Letters 289 (3–4), 549–559. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2009.11.049.

13. Минералогическая энциклопедия / Ред. К. Фрей. Л.: Недра, 1985. 512 с.

14. Gladkov I.N., Distanov V.E., Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., 2012. Stability of a melt/solid interface with reference to a plume channel. Fluid Dynamics 47 (4), 433–447. https://doi.org/10.1134/S0015462812040023.

15. Граменицкий E.H., Котельников А.Р., Батанова A.M., Щекина T.И., Плечов П.Ю. Экспериментальная и техническая петрология. M.: Научный мир, 2000. 416 с.

16. Huppert H.E., Sparks R.S.J., 1988. The generation of granitic magmas by intrusion of basalt into continental crust. Journal of Petrology 29 (3), 599–624, https://doi.org/10.1093/petrology/29.3.599.

17. Kerr A.C., Menzies M.A., 2012. Phanerozoic volcanism. In: D.G. Roberts, A.W. Bally (Eds.), Regional geology and tectonics: principles of geologic analysis. Vol. 1A. Elsevier, Amsterdam, p. 41–74.

18. Kirdyashkin A.A., Dobretsov N.L., Kirdyashkin A.G., 2004. Thermochemical plumes. Geologiya i Geofizika (Russian Geology and Geophysics) 45 (9), 1005–1024.

19. Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., Distanov V.E., Gladkov I.N., 2016. Geodynamic regimes of thermochemical mantle plumes. Russian Geology and Geophysics 57 (6), 858–867. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2016.05.003.

20. Kirdyashkin A.A., Kirdyashkin A.G., Gurov V.V., 2017. Parameters of thermochemical plumes responsible for the formation of batholiths: results of experimental simulation. Geotectonics 51 (4), 398–411. https://doi.org/10.1134/S0016852117040057. 1

21. Кирдяшкин А.Г., Кирдяшкин А.А. Гидродинамика и тепломассообмен в грибообразной голове термохимического плюма // Геодинамика и тектонофизика. 2018. Т. 9. № 1. С. 263–286. https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-1-0348.

22. Kushiro I., Yoder H.S., Jr., 1966. Anorthite-forsterite and anorthite-enstatite reactions and their bearing on the basalteclogite transformation. Journal of Petrology 7 (3), 337–362. https://doi.org/10.1093/petrology/7.3.337.

23. Kuzmin M.I., Yarmolyuk V.V., Kravchinsky V.A., 2010. Phanerozoic hot spot traces and paleogeographic reconstructions of the Siberian continent based on interaction with the African large low shear velocity province. Earth-Science Reviews 102 (1–2), 29–59. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2010.06.004.

24. Lindsley D.H., 1968. Melting relations of plagioclase at high pressures. In: Y.A. Isachsen (Ed.), Origin of anorthosite and related rocks. Memoir 18, New York State Museum and Science Service, Albany, New York, p. 39–46.

25. MacDougall J.D. (Ed.), 1988. Continental Flood Basalts. Springer, Dordrecht, 341 p. https://doi.org/10.1007/978-94-015-7805-9.

26. MacGregor I.D., 1965. Stability fields of spinel and garnet peridotites in the synthetic system MgO–CaO–Al2O3–SiO2. In: Carnegie Institution of Washington Yearbook, vol. 64, p. 126–134.

27. Marsh B.D., 1981. On the crystallinity, probability of occurrence and rheology of lava and magma. Contributions to Mineralogy and Petrology 78 (1), 85–98. https://doi.org/10.1007/BF00371146. 24

28. Некрасов Б.В. Основы общей химии. Т. I. Л.: Изд-во “Химия”, 1973. 656 с.

29. Pabst W., Gregorová E., 2013. Elastic properties of silica polymorphs – a review. Ceramics – Silikáty 57 (3), 167–184.

30. Персиков Э.С. Вязкость магматических расплавов. М.: Наука, 1984. 160 с.

31. Schairer J.F., Yoder H.S., Jr., 1960. The nature of residual liquids from crystallization, with data on the system nepheline-diopside-silica. American Journal of Science 258-A (Bradley Volume), 273–283.

32. Соболев В.С. Петрология траппов. Новосибирск: Наука, 1986. 209 с.

33. Сурков Н.В. Экспериментальное исследование устойчивости и плавления дивариантных ассоциаций в форстеритнормативной части системы CaO–MgO–Al2O3–SiO2 в связи с петрологией верхней мантии // Материалы по генетической и экспериментальной минералогии. Т. 11 / Ред. Н.В. Соболев. Новосибирск: Изд-во СО РАН, НИЦ ОИГГМ СО РАН, 1995. С. 27–43.

34. Surkov N.V., Doroshev A.M., 1998. Phase diagram of the CaO–Al2O3–SiO2 system at pressures up to 40 kbar. Geologiya i Geofizika (Russian Geology and Geophysics) 39 (9), 1254–1268.

35. Surkov N.V., Gartvich Yu.G., 2012a. Physicochemical model for the crystallization of rocks of the calc–alkaline series. Geochemistry International 50 (10), 799–815. https://doi.org/10.1134/S0016702912100060.

36. Surkov N.V., Gartvich Yu.G., 2012b. Modeling of deep-seated high-alumina parageneses on the basis of the stability fields of corundum- and spinel-normative assemblages of the system CaO–MgO–Al2O3–SiO2. Russian Geology and Geophysics 53 (1), 51–61. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2011.12.004.

37. Вертушков Г.Н., Авдонин В.Н. Таблицы для определения минералов по физическим и химическим свойствам: Справочник. М.: Недра, 1992. 489 с.

38. Войткевич Г.В., Кокин А.В., Мирошников А.Е., Прохоров В.Г. Справочник по геохимии. М.: Недра, 1990. 480 с.

39. Winter J.D., 2014. Principles of Igneous and Metamorphic Petrology. Harlow, Pearson, 739 p.

40. Wyllie P.J., Donaldson C.H., Irving A.J., Kesson S.E., Merrill R.B., Presnall D.C., Stolper E.M., Usselman T.M., Walker D., 1981. Experimental petrology of basalts and their source rocks. In: Basaltic volcanism on the terrestrial planets. Pergamon Press, New York, p. 493–630.

41. Русский перевод: Йодер Х. Происхождение базальтовой магмы. М.: Мир, 1979. 239 с.

42. Йодер Г.С., Тилли К.Э. Происхождение базальтовых магм (результаты экспериментального изучения природных образований и синтетических систем). М.: Мир, 1965. 248 с. https://doi.org/10.1093/petrology/3.3.342

К вопросу о щелочестойкости базальтовой фибры в цементной системе Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Бабаев. В. Б., аспирант, Строкова В. В., д-р техн. наук, проф., Нелюбова В. В., канд. техн наук, доц., Савгир Н. Л., студент

Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова

К ВОПРОСУ О ЩЕЛОЧЕСТОЙКОСТИ БАЗАЛЬТОВОЙ ФИБРЫ В ЦЕМЕНТНОЙ

СИСТЕМЕ*

[email protected]

В статье приведены результаты исследований по изучению щелочной стойкости базальтового волокна, используемого для микроармирования цементных систем. Предложена методика изучения щелочестойкости, основанная на моделировании процессов, протекающих в среде цементного камня.

Ключевые слова: коррозионная стойкость, базальтовое волокно, щелочь, цементный камень, микроармирование, фибра._

В настоящее время потенциал дисперсного армирования полностью не реализуется, ввиду малой эффективности, или из-за чрезвычайно высокой стоимости компонентов для микроармирования бетонов. Существуют ряд непреодолимых факторов, ограничивающих использование этих компонентов в массовом строительстве, в числе которых малая удельная поверхность, невысокая адгезия к цементному камню или высокая стоимость этих материалов. Очевидно, что наиболее эффективным компонентом для микроарамирования цементоных композитов, может стать базальтовое волокно. Это связано с его природными свойствами, простотой производства, химическим сродством с цементным камнем, а так же высокими прочностными характеристикам.

Однако, вопрос о разрушении базальтового волокна в агрессивных средах достаточно неоднозначен и в настоящее время в отрасли строительного материаловедения существуют крайне противоположные точки зрения о влиянии агрессивной среды на структуру и поверхность волокна [1-7].

Учеными установлено, что снижение прочности различных по химическому составу стеклянных и базальтовых волокон после воздействия на них щелочных сред в течение некоторого времени, является результатом сложных многостадийных физико-химических процессов взаимодействия компонентов стекла с окружающей его водной щелочной средой. Первым и самым быстрым (а иногда основным) из этих процессов является адсорбция воды и других составляющих агрессивной среды на поверхности волокна, которая, как правило, является довольно развитой [9]. Адсорбционное заполнение дефектов поверхности волокон (пор, микротрещин) жидкой агрессивной средой сопровождается существенным снижением прочности волокна (эффект Ребиндера). Параллельно протекают и более медленные реакции, приводящие к

растворению всех или части оксидных компонентов стекла или базальта, в основном кремнеземного каркаса [9, 10].

Согласно модели, предложенной учеными [11-12], быстрое старение ровингов в щелочной среде связано в основном с удалением (отмывкой) замасливателя и быстрым протеканием процессов адсорбции агрессивной среды на дефектах поверхности волокон (в порах и микротрещинах), приводящих к снижению их прочности (разрушающей нагрузки). Адсорбционные процессы на поверхности волокон и соответствующее снижение разрушающей нагрузки подчиняются кинетическому закону первого порядка [13-15]. На этом этапе старения потери массы и уменьшения диаметра волокон за счет химического растворения собственно базальта незначительны и их вкладом в снижение прочности можно пренебречь [16-17].

В настоящее время в нормативной литературе отсутствует описание методики испытаний волокон на щелочестойкость.

В связи с этим для определения коррозионной стойкости базальтового волокна в щелочной среде, в работе предложено опытное моделирование естественных процессов, протекающих в течение гидратации цементного камня в сопряжении с процессами изменения поверхностной структуры базальта. В качестве способа эмпирического контроля за состоянием повреждения распушенного базальта, использовалось сравнение остаточной массы проб волокна.

Как было установлено ранее [18], канцерогенные волокна наиболее устойчивые в щелочных средах, следовательно, могут быть использованы в цементных композициях более эффективно, тогда как более основные волокна могут быстрее взаимодействовать с агрессивными растворами. Установлено, что базальтовое волокно ООО «Машзавод БАСК» [18] обладает повышенными исходными свойствами, связанными с более крупным строением и оптимальным соот-

ношением химического состава. Это означает, что растворение этих волокон будет происходит послойно без заметной диффузии катионов из объёма образца.

Стоит отметить, что для достижения оптимального пластично-агрегатного состояния мик-

роармирующего компонента в смеси, следует отбирать исходные компоненты с оптимальным соотношением длины и диаметра [10]. Это так же подтверждает целесообразность выбора базальтового волокна производства ООО «Машза-вод БАСК» (рис. 1).

Рис. 1. Общий вид базальтового волокна производства ООО «Машзавод БАСК»

В качестве агрессивной щелочной среды использовали цементное молочко, характеризующееся достаточной щелочной средой (рН = 11,9). В указанный раствор вводилось распушенное волокно. Концентрация базальтового волокна в растворе соответствовала оптимальному содержанию фибры в цементом композите. Данное соотношение позволяет с уверенностью предполагать, что в процессе растворения базальтовых волокон в цементном молочке при соблюдении постоянства условий замкнутости опытной системы, концентрации свободных ионов водорода в среднем не будет колебаться выше границ 1-5% , что не отразится на агрессивности щелочной среды даже в длительный промежуток времени.

Образцы подвергли выдержке при комнатной температуре на 7, 14, 28, 72 сутки. По истечению срока выдержки для удаления остатков цементных составляющих волокно промывали слабым раствором серной кислоты 0,1% через фильтровальную бумагу. Для удаления посторонних примесей в последствии образец промывали 1 л дистиллированной воды. Далее оставшееся на фильтровальной бумаге базальтовое волокно просушивали при комнатной температуре. Растворимость волокна определяли по разности масс первоначальной навески и сухого остатка в результате выдержки в щелочной среде; потерю массы выражали в процентах (табл. 1).

Результаты исследования щелочной стойкости базальтового волокна

Таблица 1

№ Время испытания, сут Масса исходная, гр. рН исх. Масса после выдержки Раств., % рН после выдержки Цвет

1 7 4,87 11,9 4,22 13,4 11,9 норм

2 14 5,12 11,9 3,67 28,3 11,5 норм

3 28 5,06 11,9 3,49 30,9 11,5 слабо-осветл.

4 72 4,96 11,9 2,04 58,8 11,3 осветл.

В процессе наблюдения на 7 сутки на поверхности волокна обнаружилось незначительное выпадение белого осадка, вероятно, связанное с кристаллизацией СаО на ороговевшей поверхности базальта. В период с 14 до 28 суток в результате утоньшения более мелких ворсинок волокна общая масса базальта виде сгустка по-

степенно рассыпалась с медленным осаждением мелких частиц волокна (до 20 %). На 28 сутки количество белого осадка возросло, и покрывало собой уже все наиболее крупные волокна. При осмотре образца на 72 сутки обнаружено изменение цвета поверхности волокна – от слабо-

осветленного для малых ворсинок, до серого для более крупного волокна.

Последующая медленная стадия разрушения связана с химическим растворением волокон, протекающем на поверхности в диффузи-онно-контролируемом режиме, т. е. в условиях внешней диффузионно-кинетической области, что подтверждает проведенные ранее исследования [19-20].

Установлено, что изменение рН цементного раствора существенно зависит от времени нахождения в нем образцов волокна. Так, на 7 сутки прирост рН не зафиксирован, на 14 – отмечено уменьшение на 2 %, и в период с 28 до 72 суток достиг уменьшения на 4,3% относи-

а

б

тельно исходного. Полученные изменения значений рН находится в пределах значения прогнозируемой нормы.

Анализ микроструктуры базальтового волокна, выдержанного в щелочной среде в течение 28 суток показал существенное влияние щелочной среды на его структуры. Волокна в исходном состоянии характеризуется гладкой поверхностью без существенных дефектов на поверхности (рис. 2, а, б). Активность фибры в щелочной среде приводит к корродированию ее поверхности. При этом общая цельность волокна не нарушена. Такая структура волокна будет способствовать лучшей адгезии цементного камня.

в

г

БЕМ НУ: 8.0 кУ WO: 15.32 тт 1 1 1 1 1 ИШАЗ ТЕБСАН

V 1с\л/ (1с1й: 21.4 мт Оо1. БЕ 5 рт

БЕМ МАО: 13.0 кх БГТУ им. В.Г. Шухова

ЭЕМ НУ: 8.0 кУ \ЛГО: 21.57 тт | | М1ЯАЗ ТЕЭСАЫ

У!е*¥ ЯеЮ: 21.3 |яп Ое1: БЕ 5 нт

ЭЕМ МАв: 13.0 кх БГТУ им. В.Г Шухова

Рис. 2. Микроструктура базальтового волокна а, б – в исходном состоянии; в, г – выдержанное в щелочной среде в течение 28 суток

(Исследования выполнены с помощью растрового электронного микроскопа с системой энергодисперсионного микроанализа Тезеап в Центре высоких технологий БГТУ им. В.Г. Шухова)

Отмечено образование кристаллических форм новообразований на поверхности корродированного волокна. Это свидетельствует о том, что при введении в цементный камень юве-нильная поверхность корродированного волокна

будет выступать в роли центров кристаллизации.

В результате исследований установлено, что волокно, находящееся в растворе в течение гидратации цемента, характеризуется достаточной щелочестойкостью. Однако, как отмечено

по результатам исследовании, длительное хранение (72 дня) фибры в растворе способствует ее растворению.

Таким образом, дальнейшее изучение процессов протекающих в концентрированных растворах, моделирующих поведение волокна в структурах, аналогичных естественным или гиперболизированным, является целесообразным и обоснованным. Так, очевидным решением проблемы растворения волокна может стать поиск различных способов модификации базальтового волокна, как путем воздействия на технологический процесс производства, так и на пост-производтсвенную обработку, модификацию или изменение структуры. Авторы данной статьи уверены, что при обеспечении надлежащего контроля за изучением всех вышеперечисленных условий к производству и получению волокна, в дальнейшем позволит вывести на рынок высокопрочный, недорогой и перспективный строительный материал

Данная работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации: соглашение 14.B37.21.1218, программа стратегического развития БГТУ им. В.Г. Шухова; РФФИ, договор № 12-08-97603.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Клюев С.В., Лесовик Р.В. Дисперсно-армированный мелкозернистый бетон с использованием полипропиленового волокна // Бетон и железобетон. – 2011. – № 3. – С. 7-9.

2. Velde K., Kiekens P., Van Langenhove L. Basalt fibers as reinforcement for composites // Van de Department of Textiles, Ghent University, Technologiepark 907. – B-9052 Zwijnaarde.

3. Алфимова Н.И., Вишневская Я.Ю., Трунов П.В. Влияние сырья вулканического происхождения и режимов твердения на активность композиционных вяжущих // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2011. – № 1. – С. 52 – 55.

4. Кнотько А.В., Путляев В.И., Иванов В.К., Гаршев А.В., Третьяков Ю.Д. Химические процессы при термообработке базальтового волокна // Сборник трудов Строительное материаловедение – теория и практика. Всероссийская научно-практическая конференция. – Москва. – 2006.

5. Клюев С.В. Высокопрочный фибробетон для промышленного и гражданского строительства // Инженерно-строительный журнал. – 2012. – №8(34). – С. 61 – 66.

6. Юрьев А.Г., Лесовик Р.В., Панченко Л.А. Дисперсно-армированный мелкозернистый бетон с использованием техногенного песка // Известия высших учебных заведений. –

Строительство. – 2008. – № 11. – С. 121 – 125.

7. Клюев С.В. Экспериментальные исследования фибробетонных конструкций // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. – 2011. – № 4. – С. 71 – 75.

8. Клюев С.В. Ползучесть и деформативность дисперсно-армированных мелкозернистых бетонов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. В.Г. Шухова. – 2010. – № 4. – С. 85.

9. Асланова М.С., Колесов Ю.И., Хазанов

B.Е. Стеклянные волокна. – М.: Химия, 1979. –

C. 597 – 604.

10. Пащенко А.А., Сербин В.П. Физико-химические основы композиции неорганическое вяжущее – стекловолокно // Вища школа. -Киев. – 1979 – 224 с.

11. Артеменко С. Е., Волков Ю. П., Васильева О. Г., Байбурин В. Б., Кадыкова Ю. А., Леонтьев А. Н. Заводская лаборатория // Диагностика материалов. – 2003. – Т. 69. – № 11. – С. 36-39.

12. Гончарова Т.П., Артеменко С.Е., Кадыкова Ю.А. Фиброконструкционные изделия // Перспективные материалы. – 2007. -№ 1. – С. 66—68.

13. Даленкевич А.А., Гумаргалиева К.С., Мараховской С.С., Суханова А.В. Современные базальтовые волокна и полимерные композиционные материалы на их основе // Конструкции из композиционных материалов. -2010. – №3.

14. Розенталь Н.К., Чехний Г.В. Коррозионно-стойкие бетоны особо малой проницаемости // Бетон и железобетон. – 1988. -№1. – С. 27 – 29.

15. R.F. Cooper, J.B. Fanselow, D.B. Poker. Geocbim.CosmocbimActa, 1996, v.60.N17.p3253-3256.

16. Джигирис Д.Д., Махова М.Ф. Основы производства базальтовых изделий и волокон. -М.: Теплоэнергетик, 2002. – 407 c.

17. Пащенко А.А. Использование стеклянных волокон для армирования неорганических вяжущих. – Киев. – 1976.

18. Кнотько А.В., Гаршев А.В., Давыдова И.Б., Путляев В.И., Иванов В.К., Третьяков Ю.Д. Химические процессы при термообработке базальтового волокна // Коррозия: материалы, защита. – 2007. – №3.

19. Моисеев Ю.В., Заиков Г.Е. Химическая стойкость полимеров в агрессивных средах // Химия – М.:, 1977. – С. 162-165.

20. Франк-Каменецкий М. Д. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. – М.: Наука, 1967. – 486 с.

«Базальт СПО» и «БАРС Груп» создали российскую среду сборки прикладных решений

13 апреля 2021

«БАРС Груп», дочерняя компания Национального Центра Информатизации (НЦИ, входит в Госкорпорацию Ростех), и разработчик российских операционных систем «Базальт СПО» обеспечили совместимость платформы BarsUp.Net с защищенной операционной системой «Альт 8 СП». Корректная работа программных продуктов подтверждена двусторонним сертификатом. Созданный программный комплекс будет полезен организациям, участвующим в государственной программе построения технологически независимых цифровых платформ. Он позволяет организациям развернуть у себя сборочную среду на основе российских программных компонентов и создавать прикладные решения, совместимые с отечественной ОС «Альт 8 СП».

«Тестирование, проведенное совместными усилиями, подтвердило, что разработки компании способны функционировать на операционных системах нового поколения и поддерживать кроссплатформенность. Совместимость продуктов наших компаний открывает возможности для создания более продвинутых отечественных цифровых экосистем», – прокомментировал Тимур Гизатулин, руководитель отдела разработки BarsUp.Net компании «БАРС Груп».

            Технологическая low-code платформа BarsUp.Net от «БАРС Груп» включает в себя фреймворк и конструктор приложений для ускорения процесса разработки систем. Продукт позволяет собирать прикладные решения из готовых блоков без привлечения разработчиков. Платформа вошла в реестр отечественного ПО и регулярно получает обновления.

            Защищенная операционная система «Альт 8 СП» для серверов и рабочих станций применяется для построения доверенной цифровой среды. Это первая в стране ОС для семи аппаратных платформ, которая сертифицирована ФСТЭК России. «Альт 8 СП» развивается на основе российского технологически независимого репозитория «Сизиф», одного из крупнейших в мире репозиториев свободного ПО. Среди поддерживаемых аппаратных платформ – почти все российские и наиболее популярные зарубежные. «Базальт СПО» – лидер по размеру экосистемы прикладных программ из Единого реестра, совместимых ОС «Альт». Эта экосистема насчитывает более 1000 продуктов, и каждый месяц прибавляются десятки новых. «Альт 8 СП» включена в реестр российского ПО.

«Сегодня российские разработчики софта решают сложную и интересную задачу – обеспечивают технологическую независимость России в сфере ИТ, – отметил Алексей Смирнов, председатель совета директоров «Базальт СПО». – Одно из направлений этой работы – создание заказного программного обеспечения под нужды заказчиков. Нам с коллегами из «БАРС Груп» совместно удалось предоставить российским программистам современную, функциональную и комфортную рабочую среду для разработки российского ПО. Все программы, которые будут созданы на этой цифровой платформе, априори совместимы с операционными системами «Альт», что позволяет потребителям встраивать их в любую цифровую инфраструктуру».

            Выпуск программного стека ОС «Альт 8 СП» – BarsUp.Net стала логичным продолжением сотрудничества «Базальт СПО» и «БАРС Груп» по обеспечению совместимости программных продуктов компаний. Многие организации страны уже используют интегрированные решения на основе ОС «Альт» и совместимых с ней медицинской информационной систем «БАРС.Здравоохранение – МИС» и комплексной системой «БАРС.Образование».

Базальтовые огнезащитные системы воздуховодов в СПб

Огнезащитные системы (ОЗС) — лучший способ повышения пожаробезопасности воздуховодов, трубопроводных магистралей, оборудования или конструкций. Комплексные решения, рассчитанные для конкретных объектов, позволяют достичь максимальной эффективности и длительного срока службы при небольших расходах. При этом также обеспечивается дополнительное улучшение звуко- и теплоизоляции.

Виды огнезащитных систем

С учетом способа монтажа и используемых материалов существует несколько систем для устройства огнезащиты: бетонирование, кирпичная кладка, штукатурка, пористые или волокнистые плиты, особые краски и др. Наиболее эффективными из них считаются два вида на основе базальта:

1. Конструктивные
   Комплексные решения из двух компонентов: рулонный прошивной материал ВМБОР в сочетании с огнестойкой клеящей смесью «ЭЛЕМЕНТ». Базальтовые огнезащитные системы МБОР применяются для улучшения пожаробезопасности сооружений, оборудования, воздуховодов и других металлоконструкций.
    
2. Теплоогнезащитные
   Прошивные маты «ТехБез» на основе базальтовых волокон толщиной 20–70 мм без обшивки либо с алюминиевым, стеклотканевым или базальтовым кэшированием. Используются для повышения огнестойкости зданий, техники, транспорта резервуаров, инженерных коммуникаций и других объектов.

Преимущества ОЗС от ФОБАЗ-СПб

Компания «ФОБАЗ-СПб» предлагает огнезащитные системы воздуховодов и металлоконструкций с доставкой по РФ. Популярность комплексных решений обусловлена следующими достоинствами:

• Высокая эффективность при низкой трудоемкости монтажных операций.
• Длительный срок службы, соизмеримый с ресурсом защищаемых конструкций, без необходимости обслуживания.
• Универсальность применения в широком диапазоне температур. Устройство защиты допускается на морозе не ниже -10 0С.
• Простота раскроя и монтажа рулонных материалов без предварительной подготовки персонала. Клеящая смесь наносится вручную или с использованием безвоздушных машин.
• Безопасность для среды и здоровья благодаря отсутствию токсичных компонентов в структуре базальтовых материалов и клеящих смесей.
• Хорошие тепло- и звукоизолирующие свойства.

Для комплексных систем от «ФОБАЗ-СПб» нет ограничений по применению. Их заказывают не только для защиты технического оборудования или производственных зданий, но и для жилых, административных или коммерческих помещений.

Базальт – Магматические породы

Базальт – очень распространенная вулканическая порода темного цвета, состоящая из кальциевого плагиоклаза (обычно лабрадора), клинопироксена (авгита) и железной руды (титаносодержащего магнетита). Базальт может также содержать оливин, кварц, роговую обманку, нефелин, ортопироксен и т. Д. Базальт является вулканическим эквивалентом габбро.

Базальт – мелкозернистая порода темного цвета. Черный цвет базальту придает минерал группы пироксена авгит. Ширина образца 12 см.

Базальт обычно черный или темно-серый и относительно безликий.Он состоит из минеральных зерен, которые практически невозможно различить невооруженным глазом. Базальт может также содержать вулканическое стекло. Базальт может содержать вкрапленники (более крупные кристаллы в мелкозернистой основной массе) и пузырьки (отверстия, заполненные вулканическими газами).

Черный цвет базальту придают пироксен и магнетит. Оба они содержат железо, поэтому они черные. Итак, это снова железо, которое отвечает за окраску базальта. Плагиоклаз, обычно являющийся наиболее важным компонентом с точки зрения объема, в основном имеет бледно-серый цвет.

Базальтовая лава, текущая на Гавайях (вулкан Килауэа, жерло Пу’у О’о).

Базальт – это основной тип горных пород, встречающийся практически в любой тектонической обстановке. Базальт, несомненно, является наиболее распространенной вулканической породой на Земле, а базальтовые породы (включая габбро, диабаз и их метаморфизованные эквиваленты) являются наиболее распространенными породами земной коры. ² . Базальт также распространен на Луне и других каменистых планетах Солнечной системы.

Что делает базальт таким распространенным? Базальт – это исходный компонент земной коры, из которого произошли почти все другие типы горных пород.Базальт образуется, когда мантийные породы (перидотит) начинают плавиться. Камни неконгруэнтно тают. По сути, это означает, что образующийся расплав имеет состав, отличный от состава материнских пород. Конечно, это может произойти только при частичном плавлении горных пород, но именно это и происходит в верхней мантии. Он частично тает, образуя базальтовую магму, которая менее плотна и поднимается вверх, образуя новую океаническую кору в срединно-океанических хребтах или вулканах и интрузивах (дайки, силлы) во многих других тектонических режимах. Базальт является материнской породой других более развитых вулканических пород, таких как дацит, риолит и т. Д.

Базальтовая галька у южной оконечности Ла-Пальмы медленно превращается в черный песок, типичный для вулканических океанических островов.

Образец базальта, собранный возле Дороги гигантов, Северная Ирландия. Ширина образца 8 см.

Габбро – крупнозернистый (интрузивный) эквивалент базальта. Этот образец габбро родом из Ла-Плама. Ла-Пальма – это океанический остров, но некоторые его части приподняты, и есть глубокие овраги, такие как Caldera de Taburiente, которые врезаются глубоко внутрь острова и позволяют обнажить интрузивные скалы, такие как габбро.Ширина образца 10 см.

Базальтовые породы могут нести ксенолиты из мантии. Вот ярко-зеленый ксенолит дунита внутри базальта с Гавайских островов. Ширина образца 8 см.

Базальт имеет строгое химическое определение. Это определено на диаграмме TAS, показанной выше. Базальт – это магматическая порода, которая содержит более 45 и менее 52% SiO ₂ и менее пяти процентов от общего количества щелочей (K ₂ O + Na ₂ O) ³ .

Соседние типы пород, такие как андезибазальт, базанит, пикрит (пикробазальт), трахибазальт и даже более отдаленные породы, такие как фонотефрит или андезит, могут иметь очень похожий вид и во многих случаях могут быть легко приняты за базальт.

Базальт широко распространен во многих тектонических режимах, но есть небольшие вариации в химическом составе, которые позволяют более точно классифицировать. MORB – это аббревиатура от «базальт срединно-океанического хребта» и OIB для «базальта с океанических островов». MORB является результатом частичного плавления верхней мантии, которая уже многократно перерабатывалась, в то время как OIB, по крайней мере частично, происходит из более глубокой части мантии (глубинные мантийные шлейфы, питающие горячие точки, такие как Гавайи или Канарские острова) и поэтому менее обеднен несовместимыми химическими элементами.

Андезит похож на базальт, но содержит больше кремнезема и обычно светлее. Белые кристаллы – это вкрапленники плагиоклаза, но они содержат меньше Ca и больше Na, чем плагиоклаз в базальте. Андезиты – очень распространенный продукт вулканизма зоны субдукции. Санторини, греция. Ширина образца 7 см.

Средний химический состав базальта, определенный на основе 3594 химических анализов базальтовых пород ² (числа в массовых процентах, в пересчете на содержание летучих веществ в пересчете на 100%):

SiO ₂ – 49.97
TiO ₂ – 1,87
Al ₂ O ₃ – 15,99
Fe ₂ O ₃ – 3,85
FeO – 7,24
MnO – 0,20
MgO – 6,84
CaO – 9,62
Na ₂ O – 2,96
K ₂ O – 1,12
P ₂ O ₅ – 0,35

Минералы, содержащие эти химические элементы (химический состав магматических пород традиционно выражается в оксидах), включают авгит, плагиоклаз и титаносодержащий магнетит. Эти минералы трудно продемонстрировать, потому что они слишком малы, чтобы их можно было увидеть в типичном базальте, но некоторые базальтовые породы являются порфировыми (здесь можно увидеть много порфировых пород: порфир) и хорошо показывают некоторые из этих минералов (к сожалению, не магнетит). .

Базальтовый порфирит с острова Малл, Шотландия, с множеством вкрапленников плагиоклаза. Камень 8 см в длину.

Порфировые базальтовые породы с Тенерифе. Вкрапленники – плагиоклаз (белый) и авгит (черный). Ширина образца 14 см.

Кристаллы магнетита в базальте всегда микроскопические, но иногда они образуют черные полосы в светлом песке. Здесь тяжелые минералы (в основном магнетит) – остатки выветривания базальтовых пород.Бухта Уайт-Парк, Северная Ирландия.

Базальтовая порода (скорее всего, базанит) из кальдеры де Табуриенте, Ла-Пальма. Черный – это пироксеновый авгит, оранжевый – это оливин, а точнее то, что от него осталось. Оранжевые пятна – это бывшие кристаллы оливина, которые теперь состоят из смеси силикатов и оксидов железа, известной как иддингсит. Оливин – обычный минерал во многих базальтовых породах. Ширина обзора 10 см.

Другой базальт (химически вероятно пикробазальт) с большим количеством оливина (свежий оливин ярко-зеленый, но по мере выветривания он становится все более и более желтым).Оаху, Гавайи. Ширина образца 6 см.

Субаэральный базальт образует лавовые потоки или пирокластические поля и конусы. Два основных типа базальтовых лавовых потоков – это лава и лава пахоева.

Аа лава имеет грубую, шероховатую корку неправильной формы, а пахоеэ – гладкую. Лавовая корка типа аа разбивается на куски, а пахоехо сохраняет непрерывность. Оба типа лавовых потоков массивны под корой, и эта массивная внутренняя часть может быть столбчатой. Колонны отделены друг от друга узкими трещинами, которые образуются из-за сжатия остывающей базальтовой магмы.На поверхности начинают образовываться трещины, которые по мере остывания лавы распространяются глубже. Подводный базальт обычно образует подушки. Подушечка базальта образуется в результате очень быстрого охлаждения. Внешняя часть формирующей подушки очень быстро охлаждается при контакте с холодной морской водой, в то время как внутренняя часть все еще заполняется расплавленной лавой.

Базальт в основном образует потоки лавы, потому что он относится к наименее вязким типам магм и, следовательно, не вызывает взрывных вулканических извержений, но иногда пирокластический материал образуется, когда магма содержит больше вулканических газов.Базальтовые породы могут быть выброшены из вулканических жерл в виде лапилли (в единственном числе: лапиллус) и вулканических бомб. Базальтовые вулканы питаются дайками (плоскими телами интрузивных пород, когда они затвердевают, которые прорезают другие породы) и силлами (похожими на дайки, но в целом параллельными существовавшим ранее плоскостям напластования).

Базальтовые потоки лавы вулкана Килауэа на Гавайях.

А на переднем плане лава. Ла Пальма, Канарские острова.

Пахоехо лава (тягучая лава).Ла Пальма, Канарские острова.

Базальтовые колонны. Дорога гигантов, Северная Ирландия.

Подушка лавы возле Фасулы, офиолит Троодос, Кипр. Подушечная лава очень распространена на Земле, но ее трудно найти, потому что почти вся она находится на дне океана. Примеры обычно можно найти на суше, где бывшее дно океана тектонически зажато между двумя блоками континентальной коры.

Лапиллус чешуйчатый из Этны, Италия. Несмотря на ширину 5 см, он весит всего 15 граммов, потому что наполнен пузырьками газа (пузырьками).Подобный тип породы с кислым составом – пемза.

Иногда дайки расположены так близко друг к другу, что все обнажение состоит из них. Эти покрытые листами дамбы на Кипре когда-то питали вулканы на дне океана.

Дайки сложены базальтами и диабазами. Диабаз – это не что иное, как крупнозернистый базальт. Вот контакт базальта (слева) и диабаза на Кипре. Базальтовая дайка мелкозернистая, потому что она моложе и промерзла (она быстро теряла тепло в сторону диабазовой дайки справа).

Колонны в базальте перпендикулярны фронту охлаждения. В этом случае очевидно, что базальт образовал трубку (заполненный лавовый туннель). Такие каналы являются обычным явлением на вулканических островах и дают возможность вулкану увеличиваться в размерах, потому что магма может течь на большие расстояния внутри таких теплоизолированных труб до затвердевания. Тенерифе, Канарские острова.

Дамбы и пороги часто видны на земле и могут стать заметными формами рельефа. Утесы Солсбери в Эдинбурге – это базальтовый порог.

Базальт в основном состоит из минералов, мало устойчивых к атмосферным воздействиям. Следовательно, базальт в целом также имеет тенденцию распадаться быстрее, чем гранит и другие типы кислых пород. Магнетит – один из наиболее устойчивых минералов базальта, который составляет основную массу тяжелых минеральных песков. Другие минералы распадаются и выделяют свои компоненты в воду в виде ионов или образуют глинистые минералы. Железо и алюминий относятся к наименее мобильным ионам и поэтому склонны к образованию отложений латерита, обогащенных этими элементами.

Базальт превращается в несколько различных типов горных пород в зависимости от давления, температуры и природы летучих соединений, которые вступают в реакцию с минералами базальта. Наиболее распространенными метаморфическими породами с базальтовым протолитом являются хлоритовый сланец, амфиболит, голубой сланец и эклогит.

Черный песок образуется на вулканических островах, когда кварц и биогенные зерна недоступны. Вот базальтовая скала и черный песок на Ла-Пальме, Канарские острова.

Хлоритовый сланец представляет собой низкопробную метаморфизованную магматическую породу основного состава, часто с базальтовым протолитом.Железосодержащий зеленый листовой силикатный минерал хлорит дает трещиноватую породу. Ширина образца 13 см.

Термин «базанит» использовался уже в древности, а «базальт», вероятно, является ошибочной транскрипцией базанита. Немецкий ученый Агрикола (Георг Бауэр) впервые упомянул «базальт» в 1546 году. Он сослался на черные столбчатые породы из Штольпена (недалеко от Дрездена в Германии), которые действительно являются базальтом даже согласно современным принципам классификации ¹ .

1.Tomkeieff, S. I. (1983). Словарь по петрологии. Джон Вили и сыновья.
2. Бест, Майрон Г. (2002). Магматическая и метаморфическая петрология, 2-е издание. Вили-Блэквелл.
3. Ле Мэтр, Р. В. (2005). Магматические породы: Классификация и глоссарий терминов: Рекомендации Подкомиссии Международного союза геологических наук по систематике магматических пород, 2-е издание. Издательство Кембриджского университета.

Базальт: магматическая порода – изображения, определение, использование и многое другое

Базальт: Мелкозернистая магматическая порода, обычно черного цвета.Показанный образец имеет диаметр около двух дюймов (пять сантиметров).

Что такое базальт?

Базальт – это мелкозернистая магматическая порода темного цвета, состоящая в основном из плагиоклаза и минералов пироксена. Чаще всего он образуется в виде экструзионных пород, таких как поток лавы, но может также образовываться в небольших интрузивных телах, таких как вулканическая дамба или тонкий порог. Имеет состав, похожий на габбро. Разница между базальтом и габбро заключается в том, что базальт – это мелкозернистая порода, а габбро – крупнозернистая порода.

Вулкан Олимп-Монс: Этот щитовой вулкан состоит из базальта и имеет огромные кальдеры на вершине. Гора Олимп – это самый высокий топографический объект на Марсе и самый большой известный вулкан в нашей солнечной системе. Его диаметр составляет около 375 миль (600 километров), а высота – 15 миль (25 километров). Изображение камеры орбитального аппарата Марса НАСА.

Самая богатая коренная порода Земли

Базальт лежит в большей части поверхности Земли, чем любой другой тип горных пород.Большинство областей в океанических бассейнах Земли подстилаются базальтом. Хотя базальт гораздо реже встречается на континентах, потоки лавы и паводковые базальты лежат в основе нескольких процентов поверхности суши Земли. Базальт – очень важная порода.

Базальт на Луне и Марсе

Базальт – также распространенный камень на Луне. Большая часть поверхности Луны подстилается потоками базальтовой лавы и базальтами паводков. Эти области Луны известны как «лунные моря». Большие области Луны были покрыты обширными потоками базальта, которые могли быть вызваны крупными ударными событиями.Возраст лунных морей можно оценить, наблюдая за плотностью ударных кратеров на их поверхности. Более молодые базальтовые потоки будут иметь меньше кратеров.

Олимп-Монс – щитовой вулкан на Марсе. Он, как и большинство других вулканических образований на Марсе, образовался из потоков базальтовой лавы. Это самая высокая гора на Марсе и самый большой известный вулкан в нашей солнечной системе.

Базальтообразующие среды: На этой карте показано расположение океанических расходящихся границ и горячих точек.Это места, где образовались большие объемы базальта. Авторские права на карту принадлежат Geology.com и MapResources. Локации обобщены по данным Геологической службы США, карта геологических исследований I-2800: This Dynamic Planet.

Таблица состава магматических пород: Эта диаграмма показывает, что базальт обычно состоит из пироксенов, плагиоклаза, слюды и амфиболов.

Базальтообразующие среды

Большая часть базальта, обнаруженного на Земле, образовалась всего в трех породообразующих средах: 1) океанические расходящиеся границы, 2) океанические горячие точки и 3) мантийные плюмы и горячие точки под континентами.На изображениях на этой странице представлены некоторые из этих базальтообразующих сред.

Базальтовые подушки морского дна на хребте Хуан-де-Фука, граница расходящихся плит, расположенная примерно в 150 милях (240 км) к западу от побережья Вашингтона и Орегона. Этому потоку лавы, образовавшемуся в результате извержения трещины, было около пяти лет, когда была сделана фотография. Изображение NOAA Ocean Explorer.

Гавайские базальтовые потоки: Лавовые потоки сбрасываются в Тихий океан на побережье Гавайев.На этом изображении можно увидеть несколько мест, где потоки раскаленной лавы текут в океан, а также поток раскаленной лавы, пересекающий лавовое поле. На этой фотографии показаны огромные размеры потоков. Они простираются от береговой линии до горизонта. Вулканический шлейф из жерла Пуу О`о можно увидеть на горизонте около центра изображения. Лава в этих потоках происходила из жерла Пуу О`о. Изображение USGS.

Базальты на границах расходящихся океанов

Большая часть базальта Земли производится на расходящихся границах плит в системе срединно-океанических хребтов (см. Карту).Здесь конвекционные потоки доставляют горячую породу из глубины мантии. Эта горячая порода тает, когда расходящаяся граница раздвигается, и расплавленная порода извергается на морское дно. Эти подводные извержения трещин часто приводят к образованию подушечных базальтов, как показано на изображении на этой странице.

Активные срединно-океанические хребты являются местом неоднократных трещинных извержений. Большая часть этой активности остается незамеченной, потому что эти границы находятся на большой глубине. воды. В этих глубоких местах любой пар, зола или газ поглощаются водяным столбом и не достигают поверхности.Землетрясения – единственный сигнал для людей, который дают многие из этих извержений глубоких океанических хребтов. Однако Исландия – это место, где срединно-океанический хребет поднялся над уровнем моря. Там люди могут непосредственно наблюдать за этой вулканической активностью.

Тепловое изображение горячего базальтового потока на склоне вулкана Килауэа на Гавайях. Горячая лава в передней части потока окрашена в желтый, оранжевый и красный цвета. Канал, через который он проходил в предыдущий день, отображается как пурпурно-синяя дорожка.Изображение Геологической службы США.

Океанические горячие точки

Еще одно место, где производится значительное количество базальта, находится над горячими точками океана. Это места (см. Карту выше), где небольшой шлейф раскаленной породы поднимается через мантию из горячей точки в ядре Земли. Гавайские острова являются примером того, где базальтовые вулканы были построены над океанической горячей точкой.

Производство базальта в этих местах начинается с извержения на дне океана.Если горячая точка сохраняется, повторяющиеся извержения могут увеличивать и увеличивать вулканический конус, пока он не станет достаточно высоким, чтобы превратиться в остров. Все острова в цепи Гавайских островов образовались в результате извержений базальта на морском дне.

Считается, что этому острову, который сегодня известен как Гавайи, от 300 000 до 600 000 лет. Это началось как извержение на дне Тихого океана. Вулканический конус рос по мере того, как повторяющиеся извержения создавали слой за слоем базальтовых потоков.Считается, что около 100000 лет назад он стал достаточно высоким, чтобы выйти из океана в виде острова.

Сегодня он состоит из пяти перекрывающих друг друга вулканов. Килауэа – самый активный из этих вулканов. С января 1983 года извержение вулкана практически непрерывно. Базальтовые потоки из Килауэа вытеснили более одной кубической мили лавы, которая в настоящее время покрывает около 48 квадратных миль земли. Эти потоки прошли более семи миль, чтобы достичь океана, покрывая дороги, дома и целые подразделения, которые были на их пути.

Базальты паводков реки Колумбия: Базальты паводков реки Колумбия представляют собой обширную последовательность сложенных потоков лавы, совокупная толщина которых достигает 6000 футов. Все обнажения на переднем плане и вдалеке на этой фотографии состоят из слоистых базальтовых потоков. Хотя базальт обычно представляет собой темно-черный камень, он часто приобретает желто-коричневый цвет, похожий на показанные здесь породы. Изображение общественного достояния от Williamborg.

Карта базальтовых отложений реки Колумбия: Карта области, лежащей в основе базальтовых отложений реки Колумбия в Вашингтоне, Орегоне и Айдахо.Показанная область – это то, что еще не было размыто – первоначальная протяженность этих базальтовых потоков была намного больше. Было идентифицировано более 300 отдельных потоков, и несколько сотен метров базальта покрывают большую часть территории, показанной на карте выше. Авторские права на карту принадлежат Geology.com и MapResources.com.

Плюмы и горячие точки под континентами

Третья базальтообразующая среда – это континентальная среда, где мантийный плюм или горячая точка доставляют огромное количество базальтовой лавы через континентальную кору на поверхность Земли.Эти высыпания могут происходить из отверстий или трещин. Они дали крупнейшие потоки базальта на континентах. Извержения могут происходить неоднократно в течение миллионов лет, создавая слой за слоем базальта, уложенного вертикально (см. Фото обнажения).

Базальты паводков реки Колумбия в Вашингтоне, Орегоне и Айдахо являются примером обширных базальтов паводков на суше (см. Карту ниже). Другие примеры включают ловушки Эмейшан в Китае, ловушки на Декане в Индии, лавы Кевинаван в регионе Верхнего озера, базальты Этендека в Намибии, базальты Карроо в Южной Африке и сибирские ловушки в России.(Слово «ловушки» происходит от шведского слова «лестница», которое описывает профиль обнажения этих слоистых базальтовых отложений, как показано на фотографии обнажения.)

Наборы камней и минералов: Приобретите набор камней, минералов или окаменелостей, чтобы больше узнать о материалах Земли. Лучший способ узнать о камнях – это иметь образцы для тестирования и изучения.

Римский театр: (слева) в Босре, Сирия. Темный строительный камень – базальт.Правообладатель иллюстрации iStockphoto / Стив Эстваник.
Базальтовая брусчатка: (справа) на городской улице в Риме, Италия. Базальтовая брусчатка часто использовалась в районах, близких к вулканам. Правообладатель иллюстрации iStockphoto / Джованни Ринальди.

Применение базальта

Базальт используется для самых разных целей. Чаще всего его измельчают для использования в качестве заполнителя в строительных проектах. Базальтовый щебень используется для изготовления дорожного основания, заполнителя бетона, заполнителя асфальтового покрытия, балласта железных дорог, фильтрующего камня в дренажных полях и для других целей.Базальт также обрабатывается в виде габаритного камня. Тонкие базальтовые плиты режут и иногда полируют для использования в качестве напольной плитки, облицовки зданий, памятников и других каменных предметов.

Найдите другие темы на Geology.com:

Породы: Галереи фотографий вулканических, осадочных и метаморфических пород с описаниями.	Минералы: Информация о рудных минералах, драгоценных камнях и породообразующих минералах.
Вулканы: Статьи о вулканах, вулканических опасностях и извержениях прошлого и настоящего.	Драгоценные камни: Яркие изображения и статьи об алмазах и цветных камнях.
Общая геология: Статьи о гейзерах, маарах, дельтах, перекатах, соляных куполах, воде и многом другом!	Geology Store: Молотки, полевые сумки, ручные линзы, карты, книги, кирки твердости, золотые кастрюли.
	Алмазы: Узнайте о свойствах алмаза, его разнообразных применениях и открытиях.

Basalt – обзор | Темы ScienceDirect

9.4.2 Термостойкость

Термин «термостойкость» обозначает стабильность всех свойств волокна под воздействием тепла, что означает повышение температуры.Фактически, большинство синтетических волокон из органических полимеров плавятся, горят и разлагаются при температурах до 300 ° C. По сравнению с этими синтетическими волокнами базальтовые волокна обладают высокой термостойкостью. Базальтовые волокна – это неорганические волокна, они не горят, а температура плавления составляет около 1350–1450 ° C [14]. По этой причине термостойкость базальтовых волокон можно считать превосходной. Однако, если в качестве вида задано техническое свойство, такое как прочность волокна, даже при более низких температурах сообщается об изменении свойств волокна.

Помимо температуры плавления, в литературе упоминаются и другие температуры, которые, как утверждается, являются термическими ограничениями для использования базальтовых волокон. Обзор различных температур, найденных в литературе, показан на рис. 9.8 [15,41,42]. Хорошо видно, что термическое ограничение значительно ниже температуры плавления. Упомянутая рабочая температура по данным King et al. находится при 700 ° C, что составляет лишь половину температуры плавления [15]. Сильные различия в различных температурах ограничения температуры, вероятно, вызваны двумя причинами.Во-первых, сильная вариативность в различных типах материалов из базальтового волокна. Во-вторых, вариация в приложении и параметр, важный для этого приложения.

Рис. 9.8. Обзор различных температур для базальтовых волокон в качестве теплового ограничения использования. Приведенные температуры взяты из разных источников: температура размягчения из Ref. [41], рабочая температура из справ. [15], а также другие температуры, представленные на рисунке из [15]. [42].

Однако даже воздействие более низких температур может повлиять на свойства базальтовых волокон.Даже температурное воздействие 400 ° C, нанесенное всего на 2 часа, может значительно снизить прочность базальтовых волокон [39,43]. Militiky et al. сообщили даже о значительном снижении прочности базальтовых волокон, нагретых до температуры 300 ° C [32] (рис. 9.9). В этих экспериментах прочность волокна определялась при температуре нагрева и после охлаждения при комнатной температуре, как сообщили Overkamp et al. [28].

Рис. 9.9. Влияние температуры нагрева на долговечность базальтовых волокон [32].

В основном два фактора несут ответственность за снижение прочности базальтовых волокон. Во-первых, разложение нанесенных проклеивающих агентов, как описано выше. Во-вторых, процессы кристаллизации в волокне [44]. В процессе прядения базальтового волокна формируются базальтовые волокна с большим количеством аморфной поверхности для достижения наилучших механических свойств. В случае кристаллизации аморфные участки удаляются, а прочность волокна снижается.

Кристаллизация базальтовых волокон в основном определяется содержанием в них оксида железа.Предполагается, что под действием тепла начинается кристаллизация аморфных участков в присутствии оксида железа. В результате процесс кристаллизации охватывает все волокно, начиная с поверхности волокна и продвигаясь внутрь волокна [45].

Влияние оксида железа связано с процессами окисления, происходящими при более высоких температурах. Оксид железа (II) (FeO) окисляется до оксида железа (III) (Fe ₂ O ₃ ). Вероятно, поэтому кристаллизация базальтовых волокон начинается с поверхности базальтовых волокон, где кислород воздуха присутствует в качестве окислителя [26].Помимо окисления до Fe ₂ O ₃ , образование магнетита (Fe ₃ O ₄ ) также считается частью процесса кристаллизации базальтовых волокон [43].

Одним из основных применений базальтовых волокон является их использование в армированных волокнами композитных материалах. Таким образом, логично обсудить термическую стабильность базальтовых волокон в таких композитах. Соответствующее исследование, в котором сравниваются различные стекловолокна и базальтовые волокна, проведено Cerny et al.[46]. Они утверждали, что в термостойкой матрице базальтовое волокно может выдерживать температуру до 550–600 ° C. Однако даже при более низкой температуре 400 ° C может произойти значительное снижение модуля упругости при растяжении. Это изменение характеристик при растяжении объясняется процессами кристаллизации, но также следует учитывать границу раздела волокон и матрицы [46].

9.4.3 Кислотостойкость

Кислоты могут разрушать базальтовые волокна. Воздействие соляной кислоты (HCl) приводит к выщелачиванию нескольких ионов металлов (например.g., ионы железа, магния, кремния, алюминия и кальция) с поверхности волокна. Эти выщелоченные ионы замещаются протонированием кислоты, что приводит к образованию силанольных групп Si-OH на поверхности волокна [43]. Однако было также высказано предположение, что присутствие силанольных групп также защищает волокно от дальнейшего прогрессирующего гидролиза. Пленка силанольных групп может покрывать микротрещины в волокне и тем самым восстанавливать прочность волокна [43].

Другие исследования с соляной кислотой (HCl) и серной кислотой (H ₂ SO ₄ ) показали, что прочность базальтовых волокон, следовательно, уменьшается в зависимости от увеличения концентрации кислоты и увеличения продолжительности кислотной обработки [28].В этом исследовании сообщается, что кислотная обработка разлагает проклеивающие вещества, присутствующие на поверхности базальтового волокна. Разумеется, удаление размера также устраняет его положительное влияние на свойства волокна [28].

Можно резюмировать, что базальтовые волокна повреждаются кислотами. Однако по сравнению с щелочными химическими веществами под действием кислот базальтовые волокна полностью не разлагаются. В целом для базальтового волокна можно предположить адекватную кислотную стабильность [47]. Однако сообщалось о другом поведении, особенно для щелочно-стойких базальтовых волокон [48].Эти специальные базальтовые волокна были обработаны в сравнительном исследовании 2 М растворами NaOH и HCl путем кипячения в течение 3 часов. Впоследствии снижение веса волокон и остаточная прочность были определены как параметры, указывающие на характеристики волокна. По обоим параметрам базальтовое волокно было больше повреждено HCl по сравнению с обработкой NaOH [48].

9.4.4 Щелочная стабильность

Щелочные химические вещества могут серьезно повредить базальтовые волокна. Причиной этого, вероятно, является чувствительность соединений оксида кремния к гидролизу в щелочных условиях [49].При прямом сравнении базальтовые волокна обрабатывали разными кислотами и щелочными растворами NaOH. Как следствие, прочность базальтового волокна после щелочной обработки дополнительно снижается по сравнению с кислотной обработкой [28].

Однако сообщалось о различном воздействии различных щелочных химикатов на стабильность базальтовых волокон [50]. Особенно сильные повреждения базальтовых волокон были получены при использовании растворов NaOH и KOH. Под воздействием этих щелочных растворов остаточная прочность базальтового волокна составляла <7% [50].Для сравнения, другие щелочные растворы, содержащие Ca (OH) ₂ или аммиак, не повреждают базальтовые волокна так сильно [50]. Тем не менее, базальтовые волокна обладают лучшей устойчивостью к щелочам, чем обычные стекловолокна, даже если оба являются неорганическими и в основном основаны на оксиде кремния. Вероятно, присутствие глинозема определенным образом стабилизирует базальтовые волокна [50].

Базальтовая скала | Формирование, свойства, состав, виды применения

Базальт – самая распространенная порода на поверхности Земли.Экземпляры имеют черный цвет, а по погоде – темно-зеленый или коричневый. Базальт богат железом и магнием и в основном состоит из оливина, пироксена и плагиоклаза. Большинство экземпляров компактные, мелкозернистые, стекловидные. Они также могут быть порфировыми с вкрапленниками оливина, авгита или плагиоклаза. Отверстия, оставленные пузырьками газа, могут придать базальту крупнопористую структуру.

Группа – вулканическая.
Цвет – от темно-серого до черного.
Текстура – афанитовая (может быть порфировидная).
Минеральное содержание – основная масса в основном состоит из пироксена (авгита), плагиоклаза и оливина, возможно с небольшим количеством стекла; если порфировидные, то вкрапленники будут любыми из оливина, пироксена или плагиоклаза.
Содержание кремнезема (SiO ₂ ) – 45% -52%.

Базальтовая скала

Базальт составляет большую часть дна океана. Он может образовывать вулканические острова, когда извергается вулканами в океанских бассейнах. Скала также построила на суше
огромных плато. Темные равнины на Луне, известные как Мария, и, возможно, вулканы на Марсе и Венере сделаны из базальта.

Везикулярные и миндалевидные текстуры Породообразующие базальтовые красивые базальтовые колонны по всему миру Базальтовые горные образования Базальтовые колонны, Исландия Фотография Джона Шоу

Классификация

Базальт имеет строгое химическое определение. Это определено на диаграмме TAS, показанной выше. Базальт – это магматическая порода, которая содержит более 45 и менее 52% SiO2 и менее пяти процентов от общего количества щелочей (K2O + Na2O) 3.

Типы базальтов

Типы базальтов: толеиты и щелочные базальты

Толеитовый базальт относительно богат кремнеземом и беден натрием.В эту категорию входят большинство базальтов дна океана, большинство крупных океанических островов и базальты континентальных паводков, такие как плато реки Колумбия.

Толеитовый базальт Тонкий разрез Толеитовый базальт

Высокотитанистые и низкотитановые базальты. Базальтовые породы в некоторых случаях классифицируются по содержанию титана (Ti) в высокотитанистых и низкотитанистых разновидностях. Высокотитанистые и низкотитанистые базальты были выделены в ловушках Парана и Этендека, ^{и в ловушках Эмейшан.}

Базальт Срединно-океанического хребта (MORB) представляет собой толеитовый базальт, обычно извергающийся только на океанских хребтах, с характерным низким содержанием несовместимых элементов

Базальт с высоким содержанием глинозема может быть недонасыщенным кремнеземом или перенасыщенным кремнеземом (см. Нормативную минералогию) .Он содержит более 17% глинозема (Al ₂ O ₃ ) и по составу занимает промежуточное положение между толеитовым базальтом и щелочным базальтом; относительно богатый глиноземом состав основан на породах без вкрапленников плагиоклаза.

Щелочной базальт относительно беден кремнеземом и богат натрием. Он недонасыщен кремнеземом и может содержать полевые шпаты, щелочной полевой шпат и флогопит.

Щелочной базальт

Бонинит представляет собой высокомагниевую форму базальта, которая обычно извергается в задуговых бассейнах, отличается низким содержанием титана и микроэлементным составом.

Petrology

Минералогия базальта характеризуется преобладанием кальциевого полевого шпата плагиоклаза и пироксена. Оливин также может быть важным компонентом. Вспомогательные минералы, присутствующие в относительно небольших количествах, включают оксиды железа и оксиды железа-титана, такие как магнетит, ульвошпинель и ильменит. Из-за присутствия таких оксидных минералов базальт может приобретать сильные магнитные сигнатуры при охлаждении, и палеомагнитные исследования широко использовали базальт.

Столбчатый базальт

При остывании мощного лавового потока образуются суженные швы или трещины. Если поток охлаждается относительно быстро, возникает значительная сила сжатия. Хотя поток может сжиматься в вертикальном направлении без трещин, он не может легко справиться с усадкой в ​​горизонтальном направлении, если не образуются трещины; Развивающаяся обширная сеть трещин приводит к образованию колонн. Топологию боковых форм этих столбцов можно в целом классифицировать как случайную сотовую сеть.Эти структуры преимущественно шестиугольные в поперечном сечении, но можно наблюдать многоугольники с тремя-двенадцатью или более сторонами. Размер столбцов слабо зависит от скорости охлаждения; очень быстрое охлаждение может привести к очень маленьким (<1 см в диаметре) колонкам, в то время как медленное охлаждение с большей вероятностью приведет к образованию больших колонок.

Столбчатый базальт

Подушечный базальт

Когда базальт извергается под водой или впадает в море, контакт с водой гасит поверхность, и лава образует характерную форму подушки , через которую раскаленная лава разламывается, образуя еще одну подушку.Эта текстура «подушки» очень распространена в подводных базальтовых потоках и является диагностическим признаком подводной среды извержения, когда ее обнаруживают в древних породах. Подушки обычно состоят из мелкозернистой сердцевины со стекловидной коркой и имеют радиальные стыки. Размер индивидуальных подушек варьируется от 10 см до нескольких метров.

Подушечный базальт на мысе Бонита

Изменение

Метаморфизм

Базальтовые структуры в Намибии Базальты являются важными породами в пределах метаморфических поясов, поскольку они могут предоставить важную информацию об условиях метаморфизма в пределах пояса.

Метаморфизованные базальты являются важными носителями для различных гидротермальных рудных месторождений, включая месторождения золота, меди, вулканогенные месторождения массивных сульфидных руд и другие.

Выветривание

По сравнению с другими камнями на поверхности Земли, базальты выветриваются относительно быстро. Обычно богатые железом минералы быстро окисляются в воде и воздухе, окрашивая породу от коричневого до красного цвета из-за оксида железа (ржавчины). Химическое выветривание также высвобождает легко растворимые в воде катионы, такие как кальций, натрий и магний, которые придают базальтовым областям сильную буферную способность против подкисления.Кальций, выделяемый базальтами, связывает CO ₂ из атмосферы, образуя CaCO ₃ , действуя таким образом как ловушка CO ₂ . К этому следует добавить, что само извержение базальта часто связано с выбросом в атмосферу больших количеств CO ₂ из вулканических газов.

Использование базальта

Базальт используется в строительстве (например, в качестве строительных блоков или в качестве основы), для изготовления булыжников (из столбчатого базальта) и для изготовления статуй.При нагревании и прессовании базальта образуется каменная вата, которая считается отличным теплоизолятором.

Связывание углерода базальтом было изучено как средство удаления из атмосферы углекислого газа, образующегося в результате индустриализации человека. Подводные базальтовые отложения, разбросанные в морях по всему земному шару, имеют дополнительное преимущество, заключающееся в том, что вода служит барьером для повторного выброса CO ₂ в атмосферу.

базальт | Определение, свойства и факты

Базальт , экструзионная магматическая (вулканическая) порода с низким содержанием кремнезема, темного цвета и сравнительно богатая железом и магнием.

Британская викторина

Скалы: факт или вымысел?

Каков возраст самых старых горных пород на Земле? Камни и минералы одинаковы? Узнайте больше о скалах от окаменелостей до вулканов в этой викторине.

Некоторые базальты довольно стекловидные (тахилиты), а многие очень мелкозернистые и компактные.Однако чаще они имеют порфировую структуру с более крупными кристаллами (вкрапленниками) оливина, авгита или полевого шпата в мелкокристаллической матрице (основной массе). Оливин и авгит – самые распространенные порфировые минералы в базальтах; Встречаются также порфировые полевые шпаты плагиоклаза. Базальтовые лавы часто губчатые или пемзовые; паровые полости заполняются вторичными минералами, такими как кальцит, хлорит и цеолиты.

Базальты по химическому и петрографическому признаку можно в общих чертах разделить на две основные группы: толеитовые и щелочные базальты.Толеитовые базальтовые лавы характеризуются кальциевым плагиоклазом с авгитом, пижонитом или гиперстеном и оливином (редко) в качестве доминирующих основных минералов; также широко представлены базальты без оливина. Толеитовые базальты, содержащие от 45 до 63 процентов кремнезема, богаты железом и включают толеиты (базальты с бедным кальцием пироксеном). Они преобладают среди лав горных поясов; их потоки могут образовывать огромные плато, как на северо-западе Соединенных Штатов, на Декане в Индии и в бассейне Парана в Южной Америке.Действующие вулканы Мауна-Лоа и Килауэа на Гавайях извергают толеитовые лавы.

Нормальный щелочной базальт содержит оливин и, как правило, диопсидовый или титаносодержащий авгит. Щелочные базальты преобладают среди лав океанических бассейнов и обычны среди основных лав форландов и глубин горных поясов. В Брито-Исландской провинции палеогеновые и неогеновые лавовые потоки Внутренних Гебридских островов, Антрима и Фарерских островов включают большие последовательности как толеитовых, так и щелочных базальтов.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Минералы группы фельдшпатоидов встречаются в большом количестве базальтовых пород, принадлежащих к группе щелочей; нефелин, анальцим и лейцит являются наиболее распространенными, но иногда присутствует гайнит. Если нефелин полностью заменяет полевой шпат, порода известна как нефелин-базальт; если замещение частичное, используется термин нефелин-базанит. Также встречаются анальцим- и лейцит-базальты и лейцит-базаниты.Большинство нефелин-базальтов представляют собой мелкозернистые породы очень темного цвета и относятся к ранней кайнозойской эре (65,5 миллионов лет назад по настоящее время). Они довольно распространены в некоторых частях Германии, а также в США (например, в Нью-Мексико), Ливии, Турции и других местах. Лейцит-базальты встречаются в основном в Италии, Германии, Восточной Африке, Австралии и в США в Монтане, Вайоминге и Аризоне.

Базальтовый компонент | SpringerLink

• Naama Goren-Inbar
• Nira Alperson-Afil
• Gonen Sharon
• Gadi Herzlinger

Chapter

First Online: 16 марта 2018

Часть Палеобиология и палеоантропология позвоночных Книжная серия (VERT)

Abstract

Глава 7 призвана дать всестороннее описание базальтовых комплексов, основного компонента археологических горизонтов Гешер Бенот Яаков.Анализы состоят из тафономических, морфологических, технологических и типологических наблюдений, которые позволяют охарактеризовать и реконструировать функциональные последовательности базальта. Сюда входят ударные инструменты (наковальни, перкуссоры и камни с ямками) и использование гигантских ядер для производства крупных чешуек, что требовало минимальной модификации для их преобразования в бифасы.

Ключевые слова

Наковальни, базальтовые бифасы, ручные топоры, ножницы, гигантские стержни, большие хлопья, ударные, камни с ямками

Информация об авторских правах

© Springer International Publishing AG, часть Springer Nature 2018

Авторы и аффилированные лица

• Naama Goren Альперсон-Афил
• Гонен Шарон
• Гади Херцлингер

1. 1.Институт археологии Еврейский университет Иерусалима, Израиль,
2. 2. Мартин (Шуш), Департамент исследований Земли Израиля и археологии, Университет Бар-Илан, Рамат-Ган, Израиль,
3. 3. Лаборатория предыстории, междисциплинарные исследования, Восточный кампус, Колледж Тель-Хаи, Колледж Тель-Хай,1, 9058, Магистр, Колледж, Верхняя Галилея,100, 900 При плавлении при этой температуре образуется жидкость состава «Расплав 2». Дальнейшее плавление и удаление этой жидкости в конечном итоге приводит к Энстатит израсходован.На данный момент все, что осталось в камне, – это форстерит. Форстерит плавится при гораздо более высокой температуре, поэтому дальнейшее плавление не может происходить до тех пор, пока температура достигает температуры плавления чистого форстерита. Эта жидкость будет имеют тот же состав, что и чистый форстерит («Расплав 3»).

   Мы видели в нашем обсуждение того, как генерируются магмы, которые достаточно сложно определить температуру на Земле над солидусом перидотита, не говоря уже о гораздо более высоких температурах. Таким образом, частичное плавление на Земле маловероятно.

   Микроэлементы как ключи к свитам, образованным при различных степенях плавления
   Микроэлементы – это элементы, которые обычно встречаются в породах в низких концентрациях. менее 0,1% (обычно указывается в частях на миллион, ppm). Когда С учетом пород в мантии редкие элементы можно разделить на несовместимых элемент s, те, которые не легко вписываются в кристаллическую структуру минералов в мантии и совместимых элементов , те, которые легко вписываются в кристаллическую структуру минералов мантии.

   • Несовместимые элементы – это такие элементы, как K, Rb, Cs, Ta, Nb, U, Th, Y, Hf, Zr и Редкоземельные элементы (РЗЭ) – La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu. Большинство из них имеют большой ионный радиус. Минералы мантии, такие как оливин, пироксен, шпинель и гранат не имеют кристаллографических центров для больших ионов.
   • Совместимые элементы – это такие элементы, как Ni, Cr, Co, V и Sc, которые имеют меньшие размеры. ионные радиусы и легче вписываются в кристаллографические сайты, которые обычно вмещают Mg, и Fe.

     Добавить комментарий Отменить ответ

     Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

     Комментарий *

     Имя *

     Email *

     Сайт