ID: 00007424
Вулканы
Известно, что по мере спуска в недра Земли температура постепенно повышается. Это обстоятельство и сам факт извержения вулканами жидкой лавы невольно наталкивали на мысль, что на определенных глубинах вещество земного шара находится в расплавленном состоянии. Однако на самом деле все не так просто. Одновременно с повышением температуры растет давление в земных глубинах. А ведь чем больше давление, тем выше температура плавления (см. рис.).
Согласно современным представлениям большая часть земных недр сохраняет твердое состояние. Однако вещество астеносферы (оболочка Земли от 100 км до 300 км в глубину) находится в почти расплавленном состоянии. Так называют твердое состояние, которое легко переходит в жидкое (расплавленное) при небольшом повышении температуры (процесс 1) или понижении давления (процесс 2).
Источником первичных расплавов магмы является астеносфера. Если в каком-то районе снижается давление (например, при смещении участков литосферы), то твердое вещество астеносферы тотчас превращается в жидкий расплав, то есть в магму.
Но какие физические причины приводят в действие механизм извержения вулкана?
В магме наряду с парами воды содержатся различные газы (углекислый газ, хлористый и фтористый водород, оксиды серы, метан и другие). Концентрация растворенных газов соответствует внешнему давлению. В физике известен закон Генри: концентрация газа, растворенного в жидкости, пропорциональна его давлению над жидкостью. Теперь представим, что давление на глубине уменьшилось. Газы, растворенные в магме, переходят в газообразное состояние. Магма увеличивается в объеме, вспенивается и начинает подниматься вверх. По мере подъема магмы давление падает еще больше, поэтому процесс выделения газов усиливается, что, в свою очередь, приводит к ускорению подъема.
На глубине 200 м ниже уровня моря вода содержит примерно 1,5% растворенного в ней воздуха. Возможно ли извлечь воздух из воды? Ответ поясните.
Источник: ФИПИ
На глубине $h = 200\text{ м}$ давление значительно превышает атмосферное:
$$P = P_0 + \rho g h \approx 101\,000 + 1000 \cdot 10 \cdot 200 = 2{,}1\text{ МПа}.$$
По закону Генри, концентрация растворённого газа пропорциональна давлению:
$$c = k_H \cdot P,$$
где $k_H$ — константа Генри. При большом давлении пузырьки воздуха сжаты до очень малых размеров и «растворены» в воде. Если поднять воду на поверхность, давление падает до атмосферного. Согласно закону Генри, растворимость воздуха уменьшается: газ переходит из растворённого состояния в газообразное — происходит дегазация. Пузырьки воздуха расширяются, всплывают и выходят из воды. Вывод: да, извлечь воздух из воды возможно — достаточно поднять её на поверхность, где давление ниже.
Да