Γεωχημεία Ιχνοστοιχείων

Σχετικά έγγραφα
Γεωχημεία Ιχνοστοιχείων

Γεωχημεία Ιχνοστοιχείων

Γεωχημεία. Ενότητα 1: Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης. Χριστίνα Στουραϊτη Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

Γεωχημεία Ιχνοστοιχείων

Γεωχημεία. Ενότητα 1: Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης. Χριστίνα Στουραϊτη Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

Μάθημα 2 ο ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ ΙΧΝΟΣΤΟΙΧΕΙΩΝ. Επικ. Καθ. Χ. Στουραϊτη Τομέας Οικονομικής Γεωλογίας - Γεωχημείας

ΑΣΚΗΣΗ 1 η. Ολική πυριτική Γη = ο σύγχρονος μανδύας + πρωτο-φλοιός = πρωταρχικός μανδύας

ΑΣΚΗΣΗ 2. Σπάνιες Γαίες (Rare Earth Elements, REE) Εφαρμογές των κανονικοποιημένων διαγραμμάτων REE

I. Προέλευση μαγμάτων ΙΙ.Μαγματικές σειρές. Χριστίνα Στουραϊτη Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

1. Υποκαταστάσεις μεταξύ κυρίων στοιχείων (στερεά διαλύματα)

Υποκαταστάσεις μεταξύ κυρίων στοιχείων (στερεά διαλύματα)

C L = συγκέντρωση ιχνοστοιχείου στο υγρό C O = συγκέντρωση ιχνοστοιχείου στο αρχικό πέτρωμα πριν την έναρξη της τήξης F = κλάσμα του τήγματος που

Γεωχημεία. Ενότητα 1: Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης. Χριστίνα Στουραϊτη Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

Αρχές Κρυσταλλοχημείας: Ιοντικές υποκαταστάσεις. Γεωχημεία (Υ4203) Χ. Στουραϊτη

Η δομή και η σύσταση της γης. Χριστίνα Στουραϊτη Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

Θεωρητικό υπόβαθρο Αρχές που διέπουν την χημική διαφοροποίηση της γης (F. Albarede, Geochemistry an Introduction, 2003)

ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ ΙΣΟΤΟΠΩΝ. Ενότητα 2: Εφαρμογές ραδιενεργών ισοτόπων στην προέλευση των πετρωμάτων & ιζημάτων. Γεωχημεία (Υ 4203)

ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ ΑΣΚΗΣΗ 2 η. Σχήμα 1. Γεωλογικός Χάρτης της Σαντορίνης (Zellmer 1998) Μάρτιος 2015 Χ. ΣΤΟΥΡΑΪΤΗ

ΓΗ ΚΑΙ ΣΥΜΠΑΝ. Εικόνα 1. Φωτογραφία του γαλαξία μας (από αρχείο της NASA)

ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΦΛΟΙΟΥ ΤΗΣ ΓΗΣ.

Μάθημα 1 ο. - Κατανομή των χημικών στοιχείων - Ταξινομήσεις. Επικ. Καθ. Χ. Στουραϊτη Τομέας Οικονομικής Γεωλογίας - Γεωχημείας. Γεωχημεία Δ εξάμηνο 1

Χημικές αναλύσεις Κύρια στοιχεία (major) major): >1wt% Επουσιώδη στοιχεία (minor): wt% Ιχνοστοιχεία (trace): <0.1 wt% Χημικές αναλύσεις Κύ

Γεωχημεία. Ενότητα 1: Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης. Χριστίνα Στουραϊτη Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

Na/K (mole) A/CNK

Πετρογένεση Πυριγενών Πετρωμάτων και Οφιολιθικών Συμπλεγμάτων

Χημικές αναλύσεις Κύρια στοιχεία (major) major): >1wt% (π.χ. SiO2, Al2O3, FeO, MgO, CaO, Na2O, K2O) Επουσιώδη στοιχεία (minor): wt% (TiO2,

Sample BKC-10 Mn. Sample BKC-23 Mn. BKC-10 grt Path A Path B Path C. garnet resorption. garnet resorption. BKC-23 grt Path A Path B Path C

ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ Δ ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ- ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ. Χριστίνα Στουραϊτη

SUPPLEMENTAL INFORMATION. Fully Automated Total Metals and Chromium Speciation Single Platform Introduction System for ICP-MS

Νόµοςπεριοδικότητας του Moseley:Η χηµική συµπεριφορά (οι ιδιότητες) των στοιχείων είναι περιοδική συνάρτηση του ατοµικού τους αριθµού.

ΠΕΡΙΟΔΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ (1) Ηλία Σκαλτσά ΠΕ ο Γυμνάσιο Αγ. Παρασκευής

Γεωχημεία. Ενότητα 1: Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης. Χριστίνα Στουραϊτη Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

Μέθοδος Γεωχρονολόγησης Lu-Hf

Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΑΤΟΜΩΝ. Παππάς Χρήστος Επίκουρος Καθηγητής

Μαγματικά, πλουτώνια πετρώματα ΓΡΑΝΙΤΕΣ ΚΑΙ ΓΡΑΝΙΤΟΕΙΔΗ ΡΥΟΛΙΘΟΣ

ΝΟΜΟΣ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟ ΙΚΟΤΗΤΑΣ : Οι ιδιότητες των χηµικών στοιχείων είναι περιοδική συνάρτηση του ατοµικού τους αριθµού.

ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ Δ ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ- ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ. Χριστίνα Στουραϊτη

ΑΣΚΗΣΗ 2 η Εφαρμογή Βασικών Αρχών Θερμοδυναμικής - Διαγράμματα Φάσεων Δύο Συστατικών

Είναι μίγματα ορυκτών φάσεων Οι ορυκτές φάσεις μπορεί να είναι ενός είδους ή περισσότερων ειδών Μάρμαρο

Γεωχημεία. Ενότητα 1: Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης. Χριστίνα Στουραϊτη Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ Δ ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ- ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ. Αριάδνη Αργυράκη, Χριστίνα Στουραϊτη

Μέθοδος Γεωχρονολόγησης Re-Os

Στοιχεία Θερμοδυναμικής. Ι. Βασικές αρχές. Χριστίνα Στουραϊτη

Γεωχημεία. Ενότητα 1: Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης. Χριστίνα Στουραϊτη Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

Κεφάλαιο 1 Δομή της Γης

Estimation of grain boundary segregation enthalpy and its role in stable nanocrystalline alloy design

ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ (Υ4203) ΓΕΩΧΗΜΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΣΤΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΤΗΣ ΓΗΣ ΑΣΚΗΣΗ 2 η 1. Χημικοί δεσμοί και θεωρία του κρυσταλλικού πεδίου (crystal field theory)

Μέθοδος χρονολόγησης Rb-Sr

Supplementary Figure 1 Compositional change of REE of weathering profiles with

Πετρολογία Μαγματικών & Μεταμορφωμένων μ Πετρωμάτων Μέρος 1 ο : Μαγματικά Πετρώματα

ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ. Αριάδνη Αργυράκη

τροχιακά Η στιβάδα καθορίζεται από τον κύριο κβαντικό αριθµό (n) Η υποστιβάδα καθορίζεται από τους δύο πρώτους κβαντικούς αριθµούς (n, l)

Το άτομο του Υδρογόνου

Διαγράμματα φάσεων-phase Diagrams

ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΣΤΗΝ ΚΡΙΣΙΜΗ ΖΩΝΗ ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ ΕΔΑΦΩΝ. Ε. Κελεπερτζής

ΓΕΩΧΡΟΝΟΛΟΓΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑΤΑ. Β) Τι ονομάζουμε μαζικό αριθμό ενός στοιχείου και με ποιο γράμμα συμβολίζεται;

ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ

Πετρογένεση Πυριγενών Πετρωμάτων και Οφιολιθικών Συμπλεγμάτων

Τι είναι. Πηγή του υλικού Μάγμα Τήξη πετρωμάτων στο θερμό κάτω φλοιό ή άνω μανδύα. ιαδικασία γένεσης Κρυστάλλωση (στερεοποίηση μάγματος)

Πετρογένεση Πυριγενών Πετρωμάτων και Οφιολιθικών Συμπλεγμάτων

Ηλίας Χατζηθεοδωρίδης, Απρίλιος 2007 ΠΥΡΙΤΙΚΆ ΟΡΥΚΤΆ

Πετρογένεση Πυριγενών Πετρωμάτων & Οφιολιθικών Συμπλεγμάτων

ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΟΡΥΚΤΩΝ ΠΡΩΤΩΝ ΥΛΩΝ ΠΕΤΡΟΛΟΓΙΑ ΜΑΓΜΑΤΙΚΩΝ & ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ

Γένεση μάγματος στον ηπειρωτικό φλοιό. 1. Γενικά 2. Τήξη αφυδάτωσης 3. Υπολειμματικό υλικό στην πηγή 4. Μετανάστευση των υγρών

ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΟΡΥΚΤΩΝ ΠΡΩΤΩΝ ΥΛΩΝ ΠΕΤΡΟΛΟΓΙΑ ΜΑΓΜΑΤΙΚΩΝ & ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ

Καλή Τσικνοπέμπτη!!! Καλή Τσικνοπέμπτη!!! 2

ΜΑΓΜΑΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ ΠΝΕΥΜΑΤΟΛΥΤΙΚΟΣ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ

Αλληλεπίδραση ακτίνων-χ με την ύλη

ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ ΙΣΟΤΟΠΩΝ. Ενότητα 1: Βασικές αρχές γεωχρονολόγησης. Γεωχημεία (Υ 4203) Επικ. Καθ. Χριστίνα Στουραϊτη Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

Αναπληρωτής Καθηγητής Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής - ΣΑΕΤ

Πετρογένεση Πυριγενών Πετρωμάτων και Οφιολιθικών Συμπλεγμάτων

Συχνή παρουσία ολιβίνη λβί με διαβρωμένου, με σχηματισμούς ζώνωση, απουσία ορθοπυρόξενου, παρουσία πλαγιόκλαστου (πρώιμη

Geological and geochemical characteristics of Kanchuangou Mo -Cu deposit in Muling of Heilongjiang

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΟΣΜΟΧΗΜΕΙΑΣ. Αριάδνη Αργυράκη

Αναλυτικά Εργαστήρια: Η συμβολή της Χημείας στην κοιτασματολογική έρευνα και στην υποστήριξη της δραστηριότητας του μεταλλευτικού κλάδου"

Πετρολογία Μαγματικών & Μεταμορφωμένων μ Πετρωμάτων Μέρος 1 ο : Μαγματικά Πετρώματα

ΠΗΓΕΣ, ΧΡΗΣΗ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΗΣ ΟΜΑΔΑΣ ΤΟΥ ΛΕΥΚΟΧΡΥΣΟΥ (PGE( PGE) Από: Μαρία Οικονόμου, Καθηγήτρια

ГАЗАР ЗҮЙН БАЙРШИЛ. Региональ геологийн танилцуулга Геологийн тогтоц чулуулгийн геохими ГХШЭ-ийн хүдэржилт. Жаргалан.С*, Гарамжав.Д**, Ватанабэ.

Περιεχόμενα. Σύστημα υπόγειου νερού. Αντιδράσεις υδρόλυσης πυριτικών ορυκτών. Ρύθμιση ph

Περιοδικό Σύστημα Ιστορική Εξέλιξη

ΟΡΥΚΤΟΛΟΓΙΑ ΤΟΜΕΑΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΛΛΕΙΩΝ - ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΩΝ ΜΑΘΗΜΑ 2. ΟΡΥΚΤΑ - ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ

ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΙΚΗ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ

ΛΥΣΕΙΣ. 1. Χαρακτηρίστε τα παρακάτω στοιχεία ως διαµαγνητικά ή. Η ηλεκτρονική δοµή του 38 Sr είναι: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 2

ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ

ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΟΞΕΙΔΩΣΗ ΚΑΙ ΤΗΝ ΑΝΑΓΩΓΗ

Διπλή διάθλαση είναι το φαινόμενο, κατά το οποίο το φως διερχόμενο μέσα από έναν ανισότροπο κρύσταλλο

Στοιχεία Θερμοδυναμικής. Ι. Βασικές αρχές. Χριστίνα Στουραϊτη

Δομή του ατόμου και περιοδικές ιδιότητες στοιχείων. Χριστίνα Στουραϊτη Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

Στοιχεία Θερμοδυναμικής. Ι. Θερμότητα. Χριστίνα Στουραϊτη

Υδρογεωχημεία Αναλυτική Γεωχημεία Ενότητα 1: Αναλυτική Γεωχημεία - Εισαγωγή

ΦΥΣΙΚΟΙ ΙΑΜΑΤΙΚΟΙ ΠΟΡΟΙ

Γεωχημεία. Ενότητα 1: Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης. Χριστίνα Στουραϊτη Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

Μεταφορά Πρότυπο διασποράς. Ευκίνητη φάση. Περιβάλλον κινητοποίησης στοιχείων. Περιβάλλον απόθεσης στοιχείων

Δασική Εδαφολογία. Ορυκτά και Πετρώματα

Ατομικό βάρος Άλλα αμέταλλα Be Βηρύλλιο Αλκαλικές γαίες

Š ˆ ˆ ˆ Š ˆ ˆ Œ.. μ É Ó

ΓΕΩΧΡΟΝΟΛΟΓΗΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΠΑΓΚΥΠΡΙΑ ΟΛΥΜΠΙΑΔΑ ΧΗΜΕΙΑΣ Για τη A τάξη Λυκείων ΥΠΟ ΤΗΝ ΑΙΓΙΔΑ ΤΟΥ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟΥ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΧΗΜΕΙΑΣ

Transcript:

Γεωχημεία Ιχνοστοιχείων Συντελεστής Κατανομής Χριστίνα Στουραϊτη Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

Γεωχημεία μαγμάτων πυριγενών πετρωμάτων Η κατανομή των ιχνοστοιχείων σε μια ακολουθία ηφαιστειακών ή πυριγενών πετρωμάτων αποτυπώνει τις χημικές μεταβολές του μάγματος (=τήγματος). Ο συντελεστής κατανομής (η τιμή του) K d ή D ενός ιχνοστοιχείου είναι το μέτρο της ανταγωνιστικότητας του, δηλ. της τάσης του να προτιμά τις ορυκτές φάσεις ή το τήγμα. 2

Συντελεστής Κατανομής K d ή D To D συσχετίζει την συγκέντρωση ενός στοιχείου στις δύο διαφορετικές φάσεις (a,b), D a-b i = C a i/c b i ή πχ. κρύσταλλο τήγμα (solid s liquid l) D s/l i = C s i/c l i Το D μπορεί να προσδιοριστεί είτε πειραματικά, πχ. σε πειράματα μερικής τήξης-κρυστάλλωσης, σε δεδομένες συνθήκες P, T μετράμε τη συγκέντρωση του στοιχείου και στις δύο φάσεις που συνυπάρχουν (γυαλί ορυκτό) είτε εμπειρικά από μετρήσεις σε φυσικά δείγματα, πχ. εφόσον διαπιστώσουμε σε ένα πέτρωμα ότι γυαλί και ορυκτό βρίσκονται σε ισορροπία, τότε μετράμε τη συγκέντρωση του ιχνοσττοιχείου και στις δύο φάσεις -> ο λόγος των συγκεντρώσεων μας δίνει την τιμή του συντελεστή κατανομής του ιχνοστοιχείου. 3

Συντελεστής Κατανομής Απλή περίπτωση: Τήγμα <-> ορυκτό Σύνθετη περίπτωση: Τήγμα <-> διάφορα ορυκτά Ολικός Συντελεστής Κατανομής (Bulk k d ή Κ d ή D A ) 4

Ο Ολικός Συντελεστής Κατανομής D είναι μια έκφραση(ισοδυναμεί) Σταθεράς Ισορροπίας (Κ) i (liquid) = i (solid) a i solid a i liquid K = = X solid K: Σταθερά Ισορροπίας (σταθερός αριθμός), που δεν επηρεάζεται από τις συγκεντρώσεις του ιχνοστοιχείου. Επηρεάζεται από: i X liquid i i i Θερμοκρασία, πίεση, σύσταση του μάγματος

Η τιμή του D αποτελεί το μέτρο της ανταγωνιστηκότητα ενός ιχνοστοιχείου σε σχέση με ένα ορυκτό D s/l << 1 Το στοιχείο είναι μη ανταγωνιστικό - incompatible (ελεύθερο - released ) D s/l >1 Tο στοιχείο ονομάζεται ανταγωνιστικό - compatible (συλλαμβάνεται - captured ) Ni, Cr, Co, etc. Οι όροι «ανταγωνιστικό» και «μη ανταγωνιστικό» έχουν νόημα μόνο όταν ορίζονται οι φάσεις του συστήματος. 6

μη ανταγωνιστικά ιχνοστοιχεία συγκεντρώνονται στο τήγμα, αυτά μας δίνουν πληροφορίες για την πηγή του μάγματος 2 ομάδες μικρότερα, υψηλού φορτίου high field strength (HFS) elements (REE, Th, U, Ce, Pb 4+, Zr, Hf, Ti, Nb, Ta) Μεγαλύτερα ιόντα, χαμηλού δυναμικού πεδίου ή large ion lithophile (LIL) elements (K, Rb, Cs, Ba, Pb 2+, Sr, Eu 2+ ) πιο ευδιάλυτα.

Τήγμα στερέα φάση Η κατανομή των ιχνοστοιχείων μεταξύ τήγματος (L) - στερεάς φάσης (S) διέπεται από τήν αρχή του ισοζυγίου μάζας: Θεωρούμε ένα ιχνοστοιχείο i, στο στερεό (S) που έχει συγκέντρωση C i =1ppm, D=0 (τέλειο μη ανταγωνιστικό ιχνοστοιχείο) Μετά από τήξη 50%, το υπόλοιπο τήγμα αντιστοιχεί σε κλάσμα μάζας F=0.5 της αρχικής μάζας, Που θα συγκεντρωθεί το ιχνοστοιχείο αυτό? Ποιά θα είναι τώρα η συγκέντρωση του? 8

50% μερική τήξη (F=0.5) οδηγεί σε 10% μερική τήξη (F=0.1) οδηγεί σε Για ένα ισχυρά μη ανταγωνιστικό ιχνοστοιχείο η συγκέντρωση του στο τήγμα είναι αντιστρόφος ανάλογη του F (βαθμού μερικής τήξης). Το F= 0, 0.1, 0.2, 0.3,...1 9

Συμπεριφορά ιχνοστοιχείων κατά την τήξη και κρυστάλλωση Μοντέλα Μερικής Τήξης: α) Τήξη σε ισορροπία /Κρυστάλλωση σε ισορροπία (Απλή περίπτωση) το τήγμα παραμένει στο αρχικό στερεό (πηγή) μέχρι να ολοκληρωθεί η τήξη και μετά αποχωρίζεται β) Τήξη σε κατάσταση μη-ισορροπίας/κλασματική κρυστάλλωση (περίπλοκη περίπτωση) 10

Εξισώσεις Μερική τήξη σε ισορροπία Εφαρμόζουμε το ισοζύγιο μάζας για το ιχνοστοιχείο: Αρχικό στερεό = τήγμα + υπολειματικό πέτρωμα 11

12

α) Μερική τήξη σε ισορροπία (batch melting) Η σχετική αναλογία των ορυκτών στο αρχικό στερεό και στο τήγμα (liquid), παραμένει ίδια κατά τη διάρκεια της τήξης. D, (Ολικό Συντελεστή Κατανομής) ιχνοστοιχείου = σταθερό, κατά τη διάρκεια της τήξης. Ο λόγος C l /C o, μας δείχνει τη μεταβολή στη συγκέντρωση του ιχνοστοιχείου στο τήγμα. Fraction of melt (F): ο βαθμός μερικής τήξης (πχ. 0.4 ή 40%). Αλλαγή στο D, σημαίνει μεταβολή στην ανταγωνιστικότητα του ιχνοστοιχείου. 13

Α) Ανταγωνιστικό Β) Μη-Ανταγωνιστικό (D=10) (D=0.001) 14

Εάν F 0 C L /C O 1/D i (πολύ μικρός βαθμός μερικής τήξης) C C L O = D i (1 1 - F) + F Γνωρίζοντας το C L και το D i μπορούμε να υπολογίσουμε την συγκέντρωση του αρχικού πετρώματος Χαρακτηρισμός της πηγής του μάγματος 15

Κλασματική Κρυστάλλωση/Τήξη σε συνθήκες μη-ισορροπίας Θεωρούμε ένα σύστημα στο οποίο ορισμένοι κρύσταλλοι καθιζάνουν και έτσι απομακρύνονται από το τήγμα ή επιπλέουν στην κορυφή, έτσι ώστε να μην παραμένουν σε χημική ισορροπία με το τήγμα. Η πιο ακραία περίπτωση θα ήταν η συνεχής απομάκρυνση των απεριόριστα μικρών ποσοτήτων κρυστάλλων που σχηματίζονται. Αυτό ονομάζεται κλασματική ή Rayleigh κρυστάλλωση. C i m = Ci o F D-1 16

17

Πως χρησιμοποιούμε τις συγκεντρώσεις των ιχνοστοιχείων και την μεταβολή τους στο τήγμα για να πάρουμε πληροφορίες για την πηγή του μάγματος? Πως προσομοιώνουμε τις μαγματικές διεργασίες χρησιμοποιώντας τις συγκεντρώσεις των ιχνοστοιχείων? 18

Μαγματικές διεργασίες Τα ιχνοστοιχεία μας βοηθούν να κατανοήσουμε τις μαγματικές διεργασίες και να εκτιμήσουμε την σύσταση της πηγής του μάγματος (μανδύα ή του κατώτερου φλοιού). - Μερική τήξη - Κλασματική κρυστάλλωση - Αφομοίωση περιβάλλοντος πετρώματος + κλασματική κρυστάλλωση 19

Στο ακόλουθο διάγραμμα μπορούν να υπολογιστούν οι συντελεστές κατανομής των ιχνοστοιχείων κατά την τήξη του αρχέγονου μανδύα για τον σχηματισμό του ηπειρωτικού φλοιού από την σύσταση του ηπειρωτικού φλοιού. Εδώ τα στοιχεία διατάσσονται κατά σειρά αφθονίας στον στον ηπειρωτικό φλοιό κανονικοποιημένη προς την Ολική Πυριτική Γη (Bulk Silicate Earth). Έτσι τα δεδομένα που προβάλουμε είναι ένα είδος ποιοτικού συντελεστή κατανομής. Αν υποθέσουμε ότι DRb = 0, τότε F = 1,6% και μπορούμε να εκχωρήσουμε D σε όλα τα άλλα στοιχεία. 20

ο η ηπειρωτικός φλοιός (Rudnick and Gao, 2014) εμπλουτίζεται σε ελαφρές σπάνιες γαίες ενώ ο βασάλτης N-MORB δείχνει χαρακτηριστικό απεμπλουτισμό στις REE και ειδικότερα στις LREE (White and Klein, 2014). Ο «εξαντλημένος μανδύας» θεωρείται η πηγή του μανδύα MORB (Salters and Stracke, 2004). 21

Ολικός Συντελεστής Κατανομής (D i ) D i = W A Κ d i W A = βάρος % του ορυκτού A στο πέτρωμα Κ d i = συντελεστής κατανομής του ιχνοστοιχείου στο ορυκτό A Τα Κd s των ιχνοστοιχείων δίνονται στη βιβλιογραφία σε Πίνακες. 22

Rare Earth Elements Table 9-1. Partition Coefficients (C S /C L ) for Some Commonly Used Trace Elements in Basaltic and Andesitic Rocks Olivine Opx Cpx Garnet Plag Amph Magnetite Rb 0.010 0.022 0.031 0.042 0.071 0.29 Sr 0.014 0.040 0.060 0.012 1.830 0.46 Ba 0.010 0.013 0.026 0.023 0.23 0.42 Ni 14 5 7 0.955 0.01 6.8 29 Cr 0.70 10 34 1.345 0.01 2.00 7.4 La 0.007 0.03 0.056 0.001 0.148 0.544 2 Ce 0.006 0.02 0.092 0.007 0.082 0.843 2 Nd 0.006 0.03 0.230 0.026 0.055 1.340 2 Sm 0.007 0.05 0.445 0.102 0.039 1.804 1 Eu 0.007 0.05 0.474 0.243 0.1/1.5* 1.557 1 Dy 0.013 0.15 0.582 1.940 0.023 2.024 1 Er 0.026 0.23 0.583 4.700 0.020 1.740 1.5 Yb 0.049 0.34 0.542 6.167 0.023 1.642 1.4 Lu 0.045 0.42 0.506 6.950 0.019 1.563 Data from Rollinson (1993). * Eu 3+ /Eu 2+ Italics are estimated 23

Κάποια ιχνοστοιχεία εμφανίζουν ισχυρή τάση να συγκεντρώνονται σε ένα και μοναδικό ορυκτό -> Ανταγωνιστικά Ni - ολιβίνη (D= 14, Πίνακα 9.1) Ni Harker Diagram for Crater Lake. From data compiled by Rick Conrey. From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Μη-ανταγωνιστικό ιχνοστοιχείο εμφανίζει ισχυρή τάση να συγκεντρώνεται στο τήγμα (liquid) Αντανακλά την αναλογία τήγματος σε μια δεδομένη φάση της κρυστάλλωσης ή της τήξης. Figure 9.1b. Zr Harker Diagram for Crater Lake. From data compiled by Rick Conrey. From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Η ανταγωνισικότητα των ιχνοστοιχείων εξαρτάται από τα ορυκτά που κρυσταλλώνονται και από τη σύσταση του τήγματος Ni μεγάλη προτίμηση (κλασμάτωση) ολιβίνη > πυρόξενο Cr και Sc πυροξένους >> ολιβίνη Από τον τρόπο μεταβολής του λόγου Ni/Cr ή Ni/Sc μπορούμε να διακρίνουμε την σειρά κρυστάλλωσης των ορυκτών (ολιβίνη ή αυγίτη) σε ένα μάγμα ή σε μια μαγματική σειρά πετρωμάτων 26

Οι λόγοι ιχνοστοιχείων Όπως και στα διαλύματα έτσι και στο τήγμα οι συγκεντρώσεις των ιχνοστοιχείων διέπονται από τον νόμο του Henry (Henry s Law): η ενεργότητα ενός στοιχείου είναι κατευθείαν ανάλογη της συγκέντρωσης του στοιχείου στο τήγμα. Έτσι εάν διπλασιαστεί η συγκέντρωση του Νi στο τήγμα, τότε θα διπλασιαστεί και η συγκέντρωση του Ni σε όλες τις κρυσταλλικές φάσεις. Γι αυτό οι λόγοι ιχνοστοιχείων μας δίνουν περισσότερες πληροφορίες απ ότι οι συγκεντρώσεις μεμονωμένων στοιχείων, όσον αφορά στο ορόλο συγκεκριμένων ορυκτών. 27

re Earth Elements Παραδείγματα K/Rb συχνά χρησιμοποιείται ως δείκτης της παρουσίας κρυστάλλων αμφίβολου στην πηγή του μάγματος K & Rb συμπεριφέρονται με παρόμοιο τρόπο, έτσι K/Rb θα πρέπει να είναι ~ σταθερός Εάν υπάρχει αμφίβολος, σχεδόν όλο το K και Rb συγκεντρώνονται σε αυτόν Ο αμφίβολος έχει D περίπου 1.0 για το K and 0.3 για το Rb Table 9-1. Partition Coefficients (C S /C L ) for Some Commonly Used Trace Elements in Basaltic and Andesitic Rocks Olivine Opx Cpx Garnet Plag Amph Magnetite Rb 0.010 0.022 0.031 0.042 0.071 0.29 Sr 0.014 0.040 0.060 0.012 1.830 0.46 Ba 0.010 0.013 0.026 0.023 0.23 0.42 Ni 14 5 7 0.955 0.01 6.8 29 Cr 0.70 10 34 1.345 0.01 2.00 7.4 La 0.007 0.03 0.056 0.001 0.148 0.544 2 Ce 0.006 0.02 0.092 0.007 0.082 0.843 2 Nd 0.006 0.03 0.230 0.026 0.055 1.340 2 Sm 0.007 0.05 0.445 0.102 0.039 1.804 1 Eu 0.007 0.05 0.474 0.243 0.1/1.5* 1.557 1 Dy 0.013 0.15 0.582 1.940 0.023 2.024 1 Er 0.026 0.23 0.583 4.700 0.020 1.740 1.5 28

nts Λόγος Sr/Ba Sr και Ba (μη-ανταγωνιστικά) Sr αποκλείεται από το πλέγμα των περισσοτέρων πετρογενετικών ορυκτών εκτός από το πλαγιόκλαστο Ba ομοίως αποκλείεται από τα περισσότερα ορυκτά εκτός από τον αλκαλικό άστριο Table 9-1. Partition Coefficients (C S /C L ) for Some Commonly Used Trace Elements in Basaltic and Andesitic Rocks Olivine Opx Cpx Garnet Plag Amph Magnetite Rb 0.010 0.022 0.031 0.042 0.071 0.29 Sr 0.014 0.040 0.060 0.012 1.830 0.46 Ba 0.010 0.013 0.026 0.023 0.23 0.42 Ni 14 5 7 0.955 0.01 6.8 29 Cr 0.70 10 34 1.345 0.01 2.00 7.4 La 0.007 0.03 0.056 0.001 0.148 0.544 2 Ce 0.006 0.02 0.092 0.007 0.082 0.843 2 29

Kd s για το Πλαγιόκλαστο REEs συνήθως έχουν σθένος 3+ (La 3+, etc.) Eu: μπορεί να είναι ως Eu 3+ ή Eu 2+ Eu 2+ πολύ ανταγωνιστικό 30

Συντελεστές Κατανομής για των REEs για διάφορα ορυκτά K d = C s /C l = concentration in mineral/concentration in melt 31

Παράδειγμα μερικής τήξης 1.Υπολογισμός του Συντελεστή Κατανομή (D) Rb και Sr Βασάλτη Table 9.2. Conversion from mode to weight percent Mineral Mode Density Wt prop Wt% ol 15 3.6 54 0.18 cpx 33 3.4 112.2 0.37 plag 51 2.7 137.7 0.45 Sum 303.9 1.00 1. Μετατροπή όγκου του ορυκτού (mode) σε μάζα (weight%) μέσω του τύπου της πυκνότητας W ol W cpx..

Παράδειγμα μερικής τήξης Βασάλτη με περιεκτικότητα σε ορυκτά (mode): Table 9.2. Conversion from mode to weight percent Mineral Mode Density Wt prop Wt% ol 15 3.6 54 0.18 cpx 33 3.4 112.2 0.37 plag 51 2.7 137.7 0.45 Sum 303.9 1.00 1. Μετατρέπουμε τις modal τιμές σε επί τις % κ.β ποσότητα ορυκτού (W ol W cpx etc.) 2. Χρησιμοποιώντας την εξίσωση: D i = W A D i υπολογίζουμε τις τιμές των D του Rb και Sr για όλα τα ορυκτά : D Rb = 0.045 και D Sr = 0.848

3. Χρησιμοποιούμε τον τύπο της μερικής τήξης (batch melting): C C L (9.5) O υπολογίζουμε τον C L /C O για διάφορες τιμές του F = 1 D i (1 - F) + F Table 9.3. Batch Fractionation Model for Rb and Sr C L /C O = 1/(D(1-F)+F) D Rb D Sr F 0.045 0.848 Rb/Sr 0.05 9.35 1.14 8.19 0.1 6.49 1.13 5.73 0.15 4.98 1.12 4.43 0.2 4.03 1.12 3.61 0.3 2.92 1.10 2.66 0.4 2.29 1.08 2.11 0.5 1.89 1.07 1.76 0.6 1.60 1.05 1.52 0.7 1.39 1.04 1.34 0.8 1.23 1.03 1.20 0.9 1.10 1.01 1.09 From Winter (2010) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Προβολή του C L /C O vs. F για καθένα στοιχείο Figure 9.3. Change in the concentration of Rb and Sr in the melt derived by progressive batch melting of a basaltic rock consisting of plagioclase, augite, and olivine. (Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall)

Παράδειγμα μερικής τήξης ανώτερου μανδύα... Μη ανταγωνιστικά στοιχεία: όλες οι REE, και ειδικότερα οι ελαφριές (LREE) περισσότερο μη-ανταγωνιστικές από τις βαριές (HREE) 36

2. Κλασματική κρυστάλλωση Οι κρύσταλλοι αποχωρίζονται από το μάγμα και έτσι διατηρούν τη σύσταση τους αφού παύουν να αντιδρούν με το υπολλειματικό μάγμα. (C l /C o ) = F D-1 (εξίσωση Rayleigh) όπου, C l, η συγκέντρωση του ιχνοστοιχείου στο μάγμα (l liquid) C o, η συγκέντρωση του ιχνοστοιχείου στο αρχικό στερεό (πηγή του μάγματος) F, το υπολλειματικό μάγμα (ως μέρος του αρχικού μάγματος με τιμές από 0-1) D, ολικός συντελεστής κατανομής 37

2. Κλασματική Κρυστάλλωση 38

Κλασματική Κρυστάλλωση Ο λόγος στοιχείων διαφορετικής ανταγωνιστικότητας (LREE/HREE) δεν διαφέρει πολύ στην κλασματική κρυστάλλωση σταθερό pattern με παράλληλη μετατόπιση (εμπλουτισμό REE, όσο αυξάνει ο βαθμός Κλασματικής Κρυστάλλωσης (Fractionation %). 39

Αρνητική ανωμαλία στο Eu όταν κρυσταλλώνεται το πλαγιόκλαστο Το πλαγιόκλαστο είναι ένα ορυκτό το οποίο αποχωρίζεται από το τήγμα ή πλαγιόκλαστο παραμένει ως υπολλειματικό ορυκτό κατά τη μερική τήξη του αρχικού πετρώματος (=στην πηγή του μάγματος) Figure 9.5. REE diagram for 10% batch melting of a hypothetical lherzolite with 20% plagioclase, resulting in a pronounced negative Europium anomaly. From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Κανονικοποημένα διαγράμματα (Spider Diagrams) Όπως στα διαγράμματα σπανίων γαιών έτσι και στα άλλα πολυστοιχειακά διαγράμματα (spidergrams), οι συγκεντρώσεις των ιχνοστοιχείων κανονικοποιούνται ως προς μια πρότυπη σύσταση που ισοδυναμεί με τη σύσταση της γης πριν διαφοροποιηθεί: Συστάσεις για κανονικοποίση Χονδρίτης Μετεωρίτης Πρώιμος μανδύας Fig. 9.6. Spider diagram for an alkaline basalt from Gough Island, southern Atlantic. After Sun and MacDonough (1989). In A. D. Saunders and M. J. Norry (eds.), Magmatism in the Ocean Basins. Geol. Soc. London Spec. Publ., 42. pp. 313-345.

Κανονικοποημένα διαγράμματα (Spider Diagrams) Η κανονικοποίηση της σύστασης του πετρώματος γίνεται για τους εξής λόγους: Α) σύγκρισης διαφορετικών συστάσεων Β) Η χημική σύσταση του πετρώματος αποτελεί την ταυτότητα του πετρώματος (προέλευση) Αλκαλικός βασάλτης Fig. 9.6. Spider diagram for an alkaline basalt from Gough Island, southern Atlantic. After Sun and MacDonough (1989). In A. D. Saunders and M. J. Norry (eds.), Magmatism in the Ocean Basins. Geol. Soc. London Spec. Publ., 42. pp. 313-345.

Κατανομή των ιχνοστοιχείων σε φλοιό Ο φλοιός είναι εμπλουτισμένος σε μη ανταγωνιστικά ιχνοστοιχεία ενώ, ο μανδύας είναι απεμπλουτισμένος σε αυτά. Μη Ανταγωνιστικά: - K, Rb, Cs, Ta, Nb, U, Th, Y, Hf, Zr, και - Σπάνιες Γαίες [REE: La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, & Lu]. Ανταγωνιστικά στοιχεία είναι: - Ni, Cr, Co, V, και Sc, και μανδύα 43

Κατανομή των ιχνοστοιχείων σε φλοιό και μανδύα Ο φλοιός είναι εμπλουτισμένος σε μη ανταγωνιστικά ιχνοστοιχεία ενώ ο μανδύας είναι απεμπλουτισμένος σε αυτά. Μη Ανταγωνιστικά στοιχεία είναι: - K, Rb, Cs, Ta, Nb, U, Th, Y, Hf, Zr, και - Σπάνιες Γαίες [REE: La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, & Lu]. Τα περισσότερα από τα παραπάνω στοιχεία έχουν μεγάλη ιοντική ακτίνα, συγκριτικά με τις διαστάσεις των θέσεων στο κρύσταλλο των κοινών ορυκτών του μανδύα: -ολιβίνης, πυρόξενος, σπινέλιος και γρανάτης Ανταγωνιστικά στοιχεία είναι: - Ni, Cr, Co, V, και Sc, Τα οποία έχουν ιοντική ακτίνα μικρότερη και ταιριάζουν ευκολότερα στις κρυσταλλογραφικές θέσεις του Mg Fe. 44

45

Συνοψίζοντας... Χρησιμοποιούμε τα διαγράμματα REE και αραχνοδιαγράμματα (spidergrams) (κανονικοποιημένα ως προς τη σύσταση του Χονδρίτη μετωρίτη/πρώιμου μανδύα/) για να: 1) Προσδιορίσουμε την προέλευση των μαγμάτων (φλοιός, μανδύας). 2) Για να εκτιμήσουμε ποιά/-ές είναι οι κύριες διεργασίες μερικής τήξης ή κλασματικής κρυστάλλωση. 3) Να προσδιορίσουμε το τεκτονικό περιβάλλον σχηματισμού μιάς ομάδας ηφαιστειακών/πλουτώνιων πετρωμάτων που σχηματίστηκαν στο παρελθόν. 46