휘발성(천문학)

Volatile (astrogeology)
기타 용도는 휘발성(동음이의)을 참조하십시오.

휘발성 물질은 쉽게 기화될 수 있는 화학 원소와 화합물의 그룹입니다.휘발성 물질과 대조적으로 쉽게 기화되지 않는 원소와 화합물은 내화성 물질로 알려져 있습니다.

지구에서 '휘발성 물질'이라는 용어는 종종 마그마의 휘발성 성분을 가리킵니다.천체 지질학에서 휘발성 물질은 행성이나 달의 지각이나 대기에서 조사됩니다.휘발성 물질에는 질소, 이산화탄소, 암모니아, 수소, 메탄, 이산화황, 물 등이 포함됩니다.

행성과학

행성 과학자들은 종종 수소와 헬륨과 같이 녹는점이 유난히 낮은 휘발성 물질을 기체로 분류하는 반면, 약 100K (–173 °C, –280 °F) 이상의 녹는점을 가진 휘발성 물질은 얼음으로 지칭됩니다.이러한 맥락에서 "가스" 및 "얼음"이라는 용어는 고체, 액체 또는 기체일 수 있는 화합물에 적용될 수 있습니다.따라서, 목성과 토성은 가스 행성이고, 천왕성과 해왕성은 얼음 행성입니다. 비록 그들의 내부에 있는 "가스"와 "얼음"의 대부분이 행성의 중심이 가까워질수록 밀도가 높아지는 뜨겁고 밀도가 높은 유체이지만 말입니다.목성 궤도 내에서 혜성 활동은 물 얼음의 승화에 의해 추진됩니다.CO 및2 CO와 같은 초휘발성 물질은 25.8 AU(38억 6천만 km)[1] 밖에서 혜성 활동을 발생시켰습니다.

화성암학

화성암학에서 이 용어는 더 구체적으로 화산의 모양과 폭발성에 영향을 미치는 마그마의 휘발성 성분(대부분 수증기와 이산화탄소)을 나타냅니다.일반적으로 실리카(SiO2) 함량이 높은 높은 점성을 가진 마그마의 휘발성 물질은 폭발적인 분출을 일으키는 경향이 있습니다.일반적으로 실리카 함량이 낮은 점성을 가진 마그마의 휘발성 물질은 분출물로 분출되는 경향이 있으며 용암 분수를 생성할 수 있습니다.

마그마 속의 휘발성 물질

어떤 화산 폭발은 갑자기 에너지를 방출하는 표면에 도달하는 물과 마그마의 혼합 때문에 폭발적입니다.하지만, 어떤 경우에는 마그마 [2]자체에 녹아있는 휘발성 물질에 의해 폭발이 일어납니다.표면에 접근하면, 압력이 감소하고 휘발성 물질이 용액 밖으로 나와 액체에서 순환하는 기포를 만듭니다.거품은 서로 연결되어 네트워크를 형성합니다.이것은 파편화를 작은 방울로 촉진하거나 [2]가스에 있는 응괴를 분사 또는 응고시킵니다.

일반적으로, 마그마의 95-99%는 액체 암석입니다.그러나 존재하는 가스의 작은 비율은 대기압에 도달할 때 팽창할 때 매우 큰 부피를 나타냅니다.가스는 폭발적인 [2]폭발을 일으키기 때문에 화산 시스템에서 중요합니다.맨틀과 하부 지각의 마그마는 휘발성이 높습니다.물과 이산화탄소는 화산이 방출하는 유일한 휘발성 물질이 아닙니다; 다른 휘발성 물질로는 황화수소와 이산화황이 있습니다.아황산가스는 현무암과 유문암에서 흔합니다.화산은 또한 많은 [2]양의 염화 수소와 플루오르화 수소를 휘발성 물질로 방출합니다.

휘발성 용해도

마그마의 휘발성 분산에 영향을 미치는 세 가지 주요 요인이 있습니다: 제한 압력, 마그마의 구성, 마그마의 온도.압력과 구성이 가장 중요한 [2]매개 변수입니다.마그마가 표면으로 올라가는 행동을 이해하기 위해서는 마그마 내 용해도의 역할을 알아야 합니다.경험적 법칙은 다른 마그마-휘발성 물질 조합에 사용되어 왔습니다.예를 들어, 마그마의 물에 대한 방정식은 n=0.1078 P입니다. 여기서 n은 중량 백분율(분자량%)로서의 용해된 가스의 양이고, P는 마그마에 작용하는 메가파스칼(MPa)의 압력입니다.예를 들어, 라이올린 = 0.4111 P의 물과 이산화탄소 n = 0.0023 P의 경우 값이 바뀝니다.이 간단한 방정식은 마그마에 휘발성 물질이 하나만 있을 때 효과가 있습니다.하지만, 실제로, 마그마에는 종종 여러 휘발성 물질이 있기 때문에 상황은 그렇게 간단하지 않습니다.이것은 다른 [2]휘발성 물질들 사이의 복잡한 화학적 상호작용입니다.

단순화하면, 라이올라이트와 현무암에서의 물의 용해도는 다른 휘발성 물질이 없는 경우 표면 아래의 압력과 깊이의 함수입니다.현무암과 유석은 마그마가 표면으로 올라가면서 압력이 감소하면서 물을 잃습니다.물의 용해도는 현무암질 마그마보다 유석질에서 더 높습니다.용해도에 대한 지식을 통해 [2]압력과 관련하여 용해될 수 있는 최대 물 양을 결정할 수 있습니다.만약 마그마가 가능한 최대 양보다 적은 양의 물을 포함하고 있다면, 그것은 물 속에서 포화되지 않습니다.보통 물과 이산화탄소는 깊은 지각과 맨틀에 존재하기 때문에 마그마는 종종 이러한 조건에서 포화되지 않습니다.마그마가 녹을 수 있는 최대 양의 물에 도달하면 포화 상태가 됩니다.만약 마그마가 계속해서 표면으로 올라가고 더 많은 물이 용해되면, 그것은 과포화 상태가 됩니다.만약 더 많은 물이 마그마에 용해된다면, 그것은 거품이나 수증기로 분출될 수 있습니다.이는 공정에서 압력이 감소하고 속도가 증가하기 때문에 발생하며 용해도와 [2]압력의 감소 사이에서 공정의 균형을 유지해야 합니다.마그마의 이산화탄소 용해도와 비교하면, 이것은 물보다 상당히 적고 더 깊은 곳에서 용해되는 경향이 있습니다.이 경우 물과 이산화탄소는 [2]독립적인 것으로 간주됩니다.마그마 시스템의 행동에 영향을 미치는 것은 이산화탄소와 물이 방출되는 깊이입니다.이산화탄소의 낮은 용해도는 마그마 방에 도달하기 전에 거품을 내기 시작한다는 것을 의미합니다.마그마는 이 시점에서 이미 과포화 상태입니다.이산화탄소 거품이 풍부한 마그마는 방의 지붕까지 올라가고 이산화탄소는 균열을 통해 위에 있는 칼데라로 [2]누출되는 경향이 있습니다.기본적으로, 분출하는 동안 마그마는 물보다 더 많은 이산화탄소를 잃으며, 마그마는 이미 과포화 상태입니다.전반적으로,[2] 물은 폭발 동안 주요 휘발성 물질입니다.

기포의 핵생성

기포핵 생성은 휘발성 물질이 포화 상태가 될 때 발생합니다.실제로 거품은 균질 핵생성이라고 불리는 과정에서 자발적으로 응집되는 경향이 있는 분자들로 구성되어 있습니다.표면 장력은 표면을 수축시키는 기포에 작용하여 그것들을 [2]액체로 다시 밀어 넣습니다.핵 생성 과정은 적합할 공간이 불규칙할 때 더 크고 휘발성 분자가 표면 [2]장력의 효과를 완화할 수 있습니다.핵 생성은 마그마 방에 저장된 고체 결정의 존재 덕분에 일어날 수 있습니다.그것들은 거품을 위한 완벽한 잠재적 핵생성 장소입니다.마그마에 핵이 없다면 거품 형성이 매우 늦게 나타날 수 있고 마그마는 상당히 과포화 상태가 될 수 있습니다.과포화 압력과 기포의 반지름 사이의 균형은 다음 방정식으로 표현됩니다: γP=2μm/r. 여기서 γP는 100MPa이고 γ는 표면 [2]장력입니다.마그마가 매우 과포화되었을 때 나중에 핵 생성이 시작되면, 거품 사이의 거리는 더 [2]작아집니다.본질적으로 마그마가 표면으로 빠르게 상승하면, 시스템은 평형을 잃고 과포화 상태가 될 것입니다.마그마가 상승할 때 기존 분자에 새로운 분자를 추가하는 것과 새로운 분자를 생성하는 것 사이에 경쟁이 있습니다.분자 사이의 거리는 새로운 또는 기존 사이트로 집합하는 휘발성 물질의 효율성을 특징으로 합니다.마그마 안의 결정체는 거품이 어떻게 자라고 [2]핵을 생성하는지 결정할 수 있습니다.

참고 항목

레퍼런스

  1. ^ Hui, Man-To; Farnocchia, Davide; Micheli, Marco (2019). "C/2010 U3 (Boattini): A Bizarre Comet Active at Record Heliocentric Distance". The Astronomical Journal. 157 (4): 162. arXiv:1903.02260. Bibcode:2019AJ....157..162H. doi:10.3847/1538-3881/ab0e09. S2CID 118677320.
  2. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p Partfit EA, Wilson L, (2008):물리적 화산학의 기초.블랙웰 출판사, 몰든 USA

외부 링크