Πετρογένεση Πυριγενών Πετρωμάτων και Οφιολιθικών Συμπλεγμάτων

Transcript

1 Πετρογένεση Πυριγενών Πετρωμάτων και Οφιολιθικών Συμπλεγμάτων Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών Σχολή Θετικών επιστημών, Τμήμα Γεωλογίας & Γεωπεριβάλλοντος Τομέας Ορυκτολογίας και Πετρολογίας 18/02 & 25/02/2019

2 Κανόνας των φάσεων του Gibbs Βαθμός ελευθερίας : Ελάχιστος αριθμός των ανεξάρτητων μεταβλητών παραγόντων θερμοκρασίας, πίεσης και συγκέντρωσης συστατικών. Ο κανόνας φάσεων του Gibs ορίζει την κατάσταση ισορροπίας από τη σχέση μεταξύ του αριθμού των φάσεων που συνυπάρχουν και του αριθμού των συστατικών (P + F = C+ 2) F: βαθμός ελευθερίας P: πλήθος φάσεων C: ελάχιστος αριθμός συστατικών που είναι απαραίτητα για να περιγράψουν όλες τις φάσεις Όταν η πίεση είναι σταθερή (συμπυκνωμένα συστήματα) P + F = C+ 1 2

3 P + F = C+ 2 Συστήματα με ένα συστατικό Σε διάγραμμα με ένα συστατικό τα διάφορα συστήματα παριστάνονται ως εξής: Τα αμετάβλητα (F=0) με σημεία Τα μονομεταβλητά (F=1) με γραμμές Τα διμεταβλητά (F=2) με επιφάνειες. 3

4 P + F = C+ 2 Συστήματα με ένα συστατικό Αν ένα συστατικό (C=1) παρουσιάζεται σε μια μόνο φάση (Ρ=1), ο βαθμός ελευθερίας πρέπει σύμφωνα με τον κανόνα των φάσεων να είναι ίσος με δύο (F=2), και αυτός είναι ο υψηλότερος δυνατός βαθμός ελευθερίας. Για παράδειγμα, μονομεταβλητά συστήματα εμφανίζονται όταν το ένα συστατικό είναι παρόν σε δύο φάσεις που βρίσκονται μεταξύ τους σε ισορροπία (C=1, Ρ=2 άρα F=1). 4

5 Εάν ούτε η θερμοκρασία ούτε η πίεση μπορούν να μεταβληθούν τότε το σύστημα έχει μηδέν βαθμούς ελευθερίας f = 0 (ένα σημείο στο διάγραμμα φάσης) Εάν η θερμοκρασία και η πίεση πρέπει να αλλάξουν ταυτόχρονα για να διατηρήσουν την ίδια ορυκτή φάση τότε το σύστημα έχει ένα βαθμό ελευθερίας f = 1 (μια γραμμή αντίδρασης στο διάγραμμα φάσης) Εάν η θερμοκρασία και η πίεση μπορούν να μεταβληθούν τότε το σύστημα έχει δύο βαθμούς ελευθερίας f = 2 (περιοχή μίας φάσης στο διάγραμμα φάσης) 5

6 P + F = C+ 2 Το σύστημα SiO 2 6

7 P + F = C+ 2 Δυαδικά Συστήματα Στα δυαδικά συστήματα (C=2) οι διάφορες φάσεις δεν έχουν την ίδια χημική σύσταση. Για να είναι το σύστημα αμετάβλητο (F=0) πρέπει να βρίσκονται σε ισορροπία μεταξύ τους τέσσερις φάσεις (Ρ= C +2 F =4) Τρεις φάσεις σχηματίζουν μονομεταβλητό σύστημα (F=1) και Δύο φάσεις ένα διμεταβλητό σύστημα (F=2) Από τον τύπο προκύπτει ότι ο ανώτερος βαθμός ελευθερίας είναι τρία, όταν δύο χημικές ουσίες συστατικά εμφανίζονται μόνο σε μια φάση (1+ F = 2 +2, F =3). Εκτός από την πίεση και τη θερμοκρασία πρέπει επομένως να επιλεγεί και τρίτος μεταβλητός παράγοντας και τέτοιος είναι η συγκέντρωση των συστατικών, δηλαδή η σύσταση των φάσεων. 7

8 P + F = C+ 2 Δυαδικά Συστήματα Στο ευτηκτικό σημείο το σύστημα είναι μονομετάβλητο (F=1), αφού αλλάζει η θέση του μόνο με μεταβολή της πίεσης. Εκεί έχουμε: P=3 (Di,An,Τήγμα) και C=2 (Di,An) οπότε P+F=C+2 3+F=2+2 F=1 Όμως σε ένα γνήσιο ευτηκτικό σημείο ανήκει επίσης η φάση των ατμών οπότε επικρατεί γνήσια αμετάβλητη ισορροπία διότι: P=4 (Di,An, τήγμα, ατμοί) και C= 2 (Di,An) Οπότε P+F=C+2 4+F=2+2 F=0 Αν θεωρηθεί η πίεση σταθερή και ανύπαρκτη η φάση ατμών στο ευτηκτικό σημείο το σύστημα είναι αμετάβλητο (F=0), επομένως: P=3 (Di,An, τήγμα) και C=2 (Di,An), άρα P+F=C+1 3+F=2+1 F=0 8

9 Σύστημα Di-An 9

10 Σύστημα Di-An 10

11 Σύστημα Di-An 11

12 Σύστημα Di-An 12

13 Σύστημα Di-An 13

14 Σύστημα Di-An 14

15 Σύστημα Di-An 15

16 Σύστημα Di-An 16

17 Σύστημα Di-An 17

18 Σύστημα Di-An 18

19 Σύστημα Di-An 19

20 Σύστημα Di-An Πηγή: Yoder

21 Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 21

22 Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 22

23 Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 23

24 Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 24

25 Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 25

26 Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 26

27 Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 27

28 Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 28

29 Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 29

30 Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 30

31 Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 31

32 Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 32

33 Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 33

34 Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 34

35 Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 35

36 Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 36

37 Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 37

38 Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 38

39 Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 39

40 Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 40

41 Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 41

42 Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 42

43 Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 43

44 Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 44

45 Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 45

46 Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 46

47 Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 47

48 Σύστημα Fo-Qz, 88%-12% 48

49 Σύστημα Ab-An 49

50 Σύστημα Ab-An Σημεία 1 και 3: Για τη διατήρηση της ισορροπίας μπορούμε να αλλάξουμε την σύσταση και τη θερμοκρασία και να έχουμε πάλι μία μόνο φάση (πλαγιόκλαστο). Σημείο 2: Για τη διατήρηση της ισορροπίας μπορούμε να αλλάξουμε είτε μόνο την θερμοκρασία, είτε μόνο την σύσταση για να διατηρηθεί στο πεδίο αυτό. Πηγή: 50

51 Σύστημα Ab-An, 58%-42% 51

52 P + F = C+ 2 Σύστημα Ab-An, 58%-42% Στους 1500 o C Φάσεις = 1 (Τήγμα, X= An 42 ) 2 συστατικά An και Ab Προσδιορισμένη πίεση επομένως: F = C P + 1, F = = 2 52

53 Σύστημα Ab-An, 58%-42% 53

54 Σύστημα Ab-An, 58%-42% 54

55 Σύστημα Ab-An, 58%-42% Στους 1400 o C Φάσεις = 2 (Τήγμα και Στερεή) 2 συστατικά An και Ab Προσδιορισμένη πίεση επομένως: F = C P + 1, F = = 1 55

56 Σύστημα Ab-An, 58%-42% 56

57 Σύστημα Ab-An, 58%-42% 57

58 Σύστημα Ab-An, 58%-42% 58

59 Σύστημα Ab-An, 58%-42% Στους 1200 o C Φάσεις = 1, 2 συστατικά An και Ab Προσδιορισμένη πίεση επομένως: F = C P + 1, F = = 2 59

60 Σύστημα Ab-An, 58%-42% 60

61 Σύστημα Ab-An, 58%-42% 61

62 Σύστημα Ab-An, 58%-42% 62

63 Σύστημα Ab-An, 58%-42% 63

64 Σύστημα Ab-An, 58%-42% 64

65 Σύστημα Ab-An, 58%-42% 65

66 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 66

67 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 67

68 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 68

69 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 69

70 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 70

71 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 71

72 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 72

73 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 73

74 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 74

75 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 75

76 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 76

77 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 77

78 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 78

79 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 79

80 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 80

81 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 81

82 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 82

83 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 83

84 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 84

85 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 85

86 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 86

87 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 87

88 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 88

89 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 89

90 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 90

91 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 91

92 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 92

93 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 93

94 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 94

95 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 95

96 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 96

97 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 97

98 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 98

99 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 99

100 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 100

101 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 101

102 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 102

103 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 103

104 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 104

105 Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 105

106 Τριαδικά Συστήματα 106

107 107

108 108

109 109

110 110

111 111

112 112

113 113

114 114

115 115

116 116

117 117

118 118

119 119

120 120

121 Βασαλτικό Τετράεδρο Di-Fo-Ne-Qz (Ab) Βασάλτες Πικρίτες 121