Правило фаз

С помощью правила фаз мы устанавливаем, какие данные необходимо знать относительно некоторой системы для того, чтобы предсказать все ее другие свойства и характеристики. Число переменных, требующихся для полного определения закрытой системы, равно числу переменных, требующихся для определения ее интенсивных свойств, плюс число фаз (теорема Дюгема). Значение теоремы Дюгема заключается в следующем: если какая-нибудь геологическая система (некоторый участок горной породы или магмы) может рассматриваться как закрытая, то есть если между ней и окружающими ее веществами не происходит обмена материей, то состояние такой системы при известных исходных массах ее компонентов можно определить в любой момент времени по величине только двух переменных, например температуры и объема или масс любых двух фаз и т.д. Следовательно, если массы горных пород находятся в условиях изменчивых температур и давлений, то либо состав, либо относительные массы различных фаз должны изменяться в зависимости от изменений давления и температуры и независимо от числа компонентов и числа фаз. Если ни состав, ни суммарный объем, ни масса каждой фазы не изменяются с изменением давления и температуры, то можно с уверенностью сказать. Что система не находится или не была в равновесии, или что это открытая система, то есть что вещество вносится или выносится из нее.

Гольдшмидт впервые отчетливо показал, что при изменении давления и температуры внутри Земли любая горная порода, занимающая определенное пространство, должна испытывать влияние определенных температур и давлений.

В закрытой системе, которая не обменивается веществом с окружающей ее средой, конечное количество любого компонента равно и определяется его исходным количеством. Однако могут существовать системы, в которых одни компоненты способны к обмену с окружающей средой, а другие не способны к этому. Так, например, система может быть заключена в оболочку, проницаемую только для некоторых ее компонентов. Коржинский называет инертными те компоненты, количество которых в системе фиксировано и определяется первоначальным их количеством, а «подвижными» - компоненты, которые могут обмениваться с окружающей средой. Конечное количество подвижных компонентов не связано с их исходным количеством и зависит только от их активности в окружающей среде. Если активность подвижных компонентов постоянна, например в случае. Когда кристалл находится в контакте с неограниченным количеством флюида с постоянным составом, давлением и температурой, то активность подвижного компонента в продукте реакции должна быть равна той же постоянной величине. Это обстоятельство вводит добавочное условие равновесия (или удаляет одну переменную), вследствие чего вариантность системы уменьшается на единицу. Если, например, кристалл ортоклаза находится в контакте с раствором, в котором активность натрия постоянна, то будет образовываться смешанный K-Na-полевой шпат, в котором активность натрия постоянна. То будет образовываться смешанный K-Na-полевой шпат, в котором отношение Na/K будет определяться активностью Na в растворе; при этом будет возникать только одна твердая фаза, хотя система содержит два компонента. Общее значение минералогического правила фаз Коржинского для геологических процессов заключается в том, что активность подвижных компонентов фиксирована независимо от того, что происходит в системе. Это оправдывается, например, в том случае, когда порода пропитывается бесконечно большим количеством жидкости с постоянным давлением, температурой и концентрацией. Однако это правило несправедливо, если порода пропитывается ограниченным количеством раствора, состав которого меняется в результате реакции с породой.