Устойчивость

Рассмотрев условия равновесия. Необходимо рассмотреть условия, требующиеся для нарушения равновесия, то есть условия устойчивости. Этот вопрос имеет важное для петрологии значение.

Сначала рассмотрим свойства системы, в которой происходят только химические изменения (изменения состава). Система определяется как устойчивая, если любое изменение или нарушение ее химического состава исчезает самопроизвольно с течением времени. Система, в которой нарушение стремится к увеличению, называется неустойчивой. Система называется метастабильной, если в ней увеличиваются только некоторые нарушения конечного размера. Метастабильна фаза устойчива по отношению ко всем «смежным» фазам, то есть ко всем фазам, которые по своим свойствам отличаются только бесконечно мало от первоначальной, но она неустойчива по отношению по крайней мере к одной фазе со свойствами, отличающимися на конечные величины от ее свойств. «Устойчивая» фаза устойчива по отношению ко всем фазам, смежным или не смежным; неустойчивая фаза не устойчива даже относительно смежных фаз.

Типичным примером метастабильной фазы может служить переохлажденная жидкость, то есть жидкость ниже точки ее плавления, которая устойчива относительно всех других жидкостей, отличающихся от нее бесконечно мало, но неустойчива относительно твердой фазы, имеющей другую энтропию, другой объем и т.д. Если внести в переохлажденную фазу зародыши твердой фазы, то эти зародыши начнут расти с течением времени. Если жидкость находилась вначале выше точки плавления, то зародыши исчезнут при плавлении и жидкость станет устойчивой.

Местные и временные колебания свойств в малых участках однородной фазы относительно некоторой средней величины для фазы в целом называется флуктуацией (колебания давления газа в разных участках занимаемого им объема). Величина флуктуаций обычно мала. Именно наличием флуктуаций и отличается метастабильная фаза от неустойчивой. Существенная разница между метастабильными и неустойчивыми состояниями заключается в том, что в последних - бесконечно малые флуктуации могут привести к образованию малой порции фазы с меньшей свободной энергией, которая вследствие этого будет иметь тенденцию увеличиваться. В метастабильном же состоянии, которое может сохраняться в течение длительного времени, для получения такого же результата требуются значительно большие флуктуации.