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
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
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
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
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
P + F = C+ 2 Το σύστημα SiO 2 6
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
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
Σύστημα Di-An 9
Σύστημα Di-An 10
Σύστημα Di-An 11
Σύστημα Di-An 12
Σύστημα Di-An 13
Σύστημα Di-An 14
Σύστημα Di-An 15
Σύστημα Di-An 16
Σύστημα Di-An 17
Σύστημα Di-An 18
Σύστημα Di-An 19
Σύστημα Di-An Πηγή: Yoder 1965 20
Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 21
Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 22
Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 23
Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 24
Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 25
Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 26
Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 27
Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 28
Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 29
Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 30
Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 31
Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 32
Σύστημα Lc-Qz, 70%-30% 33
Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 34
Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 35
Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 36
Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 37
Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 38
Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 39
Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 40
Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 41
Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 42
Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 43
Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 44
Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 45
Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 46
Σύστημα Lc-Qz, 88%-12% 47
Σύστημα Fo-Qz, 88%-12% 48
Σύστημα Ab-An 49
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: https://brocku.ca/earthsciences/people/gfinn/petrology/binary13.htm 50
Σύστημα Ab-An, 58%-42% 51
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 = 2-1 + 1 = 2 52
Σύστημα Ab-An, 58%-42% 53
Σύστημα Ab-An, 58%-42% 54
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 = 2-2 + 1 = 1 55
Σύστημα Ab-An, 58%-42% 56
Σύστημα Ab-An, 58%-42% 57
Σύστημα Ab-An, 58%-42% 58
Σύστημα Ab-An, 58%-42% Στους 1200 o C Φάσεις = 1, 2 συστατικά An και Ab Προσδιορισμένη πίεση επομένως: F = C P + 1, F = 2-1 + 1 = 2 59
Σύστημα Ab-An, 58%-42% 60
Σύστημα Ab-An, 58%-42% 61
Σύστημα Ab-An, 58%-42% 62
Σύστημα Ab-An, 58%-42% 63
Σύστημα Ab-An, 58%-42% 64
Σύστημα Ab-An, 58%-42% 65
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 66
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 67
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 68
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 69
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 70
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 71
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 72
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 73
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 74
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 75
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 76
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 77
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 78
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 79
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 80
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 81
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 82
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 83
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 84
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 85
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 1 atm 86
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 87
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 88
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 89
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 90
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 91
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 92
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 93
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 94
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 95
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 96
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 97
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 98
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 99
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 100
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 101
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 102
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 103
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 104
Σύστημα Or-Ab, 38%-62%, 5 kbar 105
Τριαδικά Συστήματα 106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
Βασαλτικό Τετράεδρο Di-Fo-Ne-Qz (Ab) Βασάλτες Πικρίτες 121