Πετρολογία Μαγματικών & Μεταμορφωμένων μ Πετρωμάτων Μέρος 1 ο : Μαγματικά Πετρώματα Ιωάννης Ηλιόπουλος Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Γεωλογίας Τομέας Ορυκτών Πρώτων Υλών Μάρτιος 2017 http://www.smithsonianmag.com/science-nature/what-physics-tells-us-aboutmaking-perfect-chocolate-180954252/?no-ist 1
http://www.aconsciouscollection.com/salted-caramel-chocolate/ 2
http://materials.usask.ca/images/photos/chocolate.gif Απλό Ευτηκτικό Διάγραμμα Γιατί είναι χρήσιμα αυτά τα απλουστευμένα διαγράμματα; αποφεύγουμε χημικές περιπλοκότητες εστιάζουμε σε κάποια από τις ιδιότητες αφού την κατανοήσουμε καλά, μπορούμε να προσθέσουμε και άλλα συστατικά ώστε να προσεγγίσουμε περισσότερο τα φυσικά μαγματικά συστήματα 3
Το βασαλτικό σύστημα Di-An εξηγεί: πως τήγματα με περισσότερα του ενός συστατικά κρυσταλλώνονται σε ένα εύρος θερμοκρασιών πως προκύπτει μια ακολουθία ορυκτών καθώς ένας βασάλτης ψύχεται και πως αυτή η ακολουθία μεταβάλλεται ανάλογα με τη σύσταση υποδεικνύει επίσης πως τα αρχικά μερικά τήγματα ακόμη και των πλέον σύνθετων plg-cpx πετρωμάτων βρίσκονται πάντα γύρω από μια συγκεκριμένη σύσταση Τ o C Χ Ε Διάγραμμα με πλήρες Στερεό Διάλυμα ΑΒ Στερεό Διάλυμα + Υγρό Υγρό (Υ) Ν solidus ΑΒ Στερεό Διάλυμα Κ liquidus Α 20 40 60 80 Β Ζ Σημεία τήξης των Α και Β; Πόσες και ποιες φάσεις στα σημεία Κ, Ν και Ε; P + F = C + 1 (πίεση σταθερή) Συστατικά; Φάσεις; Βαθμοί ελευθερίας, στα Κ, Ν και Ε; 4
Αρχική σύσταση υγρού: 60% Β - 40% Α Τ o C Υγρό (Υ) Χ Διάγραμμα με πλήρες Στερεό Διάλυμα Κρυστάλλωση ισορροπίας θ Πορεία υγρού Πορεία στερεού ΑΒ Στερεό Διάλυμα Ζ Α 20 40 60 80 Β Τ o C Χ Διάγραμμα με πλήρες Στερεό Διάλυμα Υγρό (Υ) Κρυστάλλωση ισορροπίας θ Πορεία υγρού Πορεία στερεού l 1 ω Ποια η αναλογία Σ/Υ στους ω o C; l 2 Σ/Υ = l 2/l 1 ΑΒ Στερεό Διάλυμα Ζ Α 20 40 60 80 Β 5
Τ o C Χ Διάγραμμα με πλήρες Στερεό Διάλυμα Υγρό (Υ) Κρυστάλλωση ισορροπίας θ Πορεία υγρού Πορεία στερεού Α ΑΒ Στερεό Διάλυμα Ν 20 40 60 80 l Β l Β l Α l Α Β ω Ζ Ποια η σύσταση του Υ και ποια του Σ στους ω o C; Υ: Α/Β = l Α/l B Σ: Α/Β = l Α/l B Ποια η αναλογία Σ/Υ και ποια η σύσταση του καθενός στο Ν; Διάγραμμα με πλήρες Στερεό Διάλυμα Τ o C Χ Υγρό (Υ) Κλασματική Κρυστάλλωση θ Τήξη Ισορροπίας Μερική Τήξη ΑΒ Στερεό Διάλυμα Ζ Α 20 40 60 80 Β 6
ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΦΑΣΕΩΝ (Μέρος Β ) Διάγραμμα με Περιτηκτικό T o C Υγρό (L) Ενστατίτης + Υ Π Φορστερίτης + Ενστατίτης Δυο Υγρά solvus Χριστοβαλίτης + Υ E Χριστοβαλίτης + Ενστατίτης Τριδυμίτης+ Ενστατίτης Φορστερίτης Ενστατίτης SiO 2 wt. % Mg 2 SiO 4 MgSiO 3 SiO 2 Δυο αμετάβλητα σημεία Στο περιτηκτικό (Π): Fo + Y = En (Συνεχής ή Ασυνεχής αντίδραση; Ιστός;) Στο ευτηκτικό (Ε): En + Y = Chri Y = En + Chri 7
Διάγραμμα με Περιτηκτικό Υγρό (L) Δυο Υγρά Πού θα σταματήσει η αντίδραση; T o C Ενστατίτης + Υ Χριστοβαλίτης + Υ Φορστερίτης + Ενστατίτης Χριστοβαλίτης + Ενστατίτης Τριδυμίτης+ Ενστατίτης Φορστερίτης Ενστατίτης SiO 2 wt. % Mg 2 SiO 4 MgSiO 3 SiO 2 Διάγραμμα με Περιτηκτικό Υγρό (L) Δυο Υγρά Πού θα σταματήσει η αντίδραση; T o C Ενστατίτης + Υ Χριστοβαλίτης + Υ Φορστερίτης + Ενστατίτης Χριστοβαλίτης + Ενστατίτης Τριδυμίτης+ Ενστατίτης Φορστερίτης Ενστατίτης SiO 2 wt. % Mg 2 SiO 4 MgSiO 3 SiO 2 8
Διάγραμμα με Περιτηκτικό T o C Φορστερίτης + Ενστατίτης Υγρό (L) Υ 1 = Fo + Y 2 Ενστατίτης + Υ Δυο Υγρά Υ +Fo= En Χριστοβαλίτης + Υ Χριστοβαλίτης + Ενστατίτης Τριδυμίτης+ Ενστατίτης ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ Α (Αρχική Σύσταση ΑΡΙΣΤΕΡΑ από την ενδιάμεση φάση) Ποια πετρώματα θα πάρω με κλασματική κρυστάλλωση; Φορστερίτης Ενστατίτης SiO 2 wt. % Mg 2 SiO 4 MgSiO 3 SiO 2 9
T o C Διάγραμμα με Περιτηκτικό ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ Α Φορστερίτης + Ενστατίτης Υγρό (L) Fo + Y 1 = Υ 2 Ενστατίτης + Υ Δυο Υγρά En = Υ +Fo Χριστοβαλίτης + Υ Χριστοβαλίτης + Ενστατίτης Τριδυμίτης+ Ενστατίτης Φορστερίτης Ενστατίτης SiO 2 wt. % Mg 2 SiO 4 MgSiO 3 SiO 2 (Αρχική ή Σύσταση ΑΡΙΣΤΕΡΑ από την ενδιάμεση φάση) ΤΗΞΗ Από τι πέτρωμα ξεκινάω; Τι είναι το πρώτο υγρό που παίρνω με μερική τήξη; 10
T o C 1800 1600 1400 1200 1000 Διάγραμμα με Περιτηκτικό Υ 1 = Le + Y 2 Υγρό (L) Χριστοβαλίτης + Υγρό Λευκίτης Υ +Le= Kf + Υγρό Τριδυμίτης Υ + Υγρό 1 =Kf+ Y 2 Λευκίτης + Κ-άστριος Κ-άστριος + Υγρό Υ = Kf + Tr Κ-άστριος + Τριδυμίτης Κ-άστριος + Χαλαζίας 800 0 20 40 60 80 100 KAlSi 2 O 6 KAlSi 3 O 8 SiO SiO 2 2 wt. % Λευκίτης Κ-άστριος ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ Β1 (Αρχική Σύσταση ΔΕΞΙΑ από την ενδιάμεση φάση ΚΑΙ ΑΡΙΣΤΕΡΑ από το περιτηκτικό) Ποια πετρώματα θα πάρω με κλασματική κρυστάλλωση; T o C 1800 1600 1400 1200 1000 Διάγραμμα με Περιτηκτικό ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ Β1 Le + Y 1 = Y 2 Υγρό (L) Χριστοβαλίτης + Υγρό Λευκίτης Kf = Υ +Le + Υγρό Τριδυμίτης Kf + + YΥγρό 1 =Υ 2 Λευκίτης + Κ-άστριος Κ-άστριος + Υγρό Kf + Tr =Υ Κ-άστριος + Τριδυμίτης Κ-άστριος + Χαλαζίας 800 0 20 40 60 80 100 KAlSi 2 O 6 KAlSi 3 O 8 SiO SiO 2 2 wt. % Λευκίτης Κ-άστριος (Αρχική ή Σύσταση ΔΕΞΙΑ από την ενδιάμεση φάση ΚΑΙ ΑΡΙΣΤΕΡΑ από το περιτηκτικό) ΤΗΞΗ Από τι πέτρωμα ξεκινάω; Τι είναι το πρώτο υγρό που παίρνω με μερική τήξη; 11
T o C 1800 1600 1400 1200 1000 Διάγραμμα με Περιτηκτικό ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ Β2 Υγρό (L) Χριστοβαλίτης + Υγρό Λευκίτης + Υγρό Τριδυμίτης + Υγρό Λευκίτης + Κ-άστριος Κ-άστριος + Υγρό Κ-άστριος + Τριδυμίτης Κ-άστριος + Χαλαζίας 800 0 20 40 60 80 100 KAlSi 2 O 6 KAlSi 3 O 8 SiO SiO 2 2 wt. % Λευκίτης Κ-άστριος (Αρχική Σύσταση ΔΕΞΙΑ από την ενδιάμεση φάση ΚΑΙ ΔΕΞΙΑ από το περιτηκτικό) Ποια πετρώματα θα πάρω με κλασματική κρυστάλλωση; T o C 1800 1600 1400 1200 1000 Διάγραμμα με Περιτηκτικό ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ Β2 Λευκίτης + Υγρό Υγρό (L) Χριστοβαλίτης + Υγρό Τριδυμίτης + Υγρό Κ-άστριος + Χαλαζίας 800 0 20 40 60 80 100 KAlSi 2 O 6 KAlSi 3 O 8 SiO SiO 2 2 wt. % Λευκίτης Λευκίτης + Κ-άστριος Κ-άστριος Κ-άστριος + Υγρό Κ-άστριος + Τριδυμίτης (Αρχική ή Σύσταση ΔΕΞΙΑ από την ενδιάμεση φάση ΚΑΙ ΔΕΞΙΑ από το περιτηκτικό) ΤΗΞΗ Από τι πέτρωμα ξεκινάω; Τι είναι το πρώτο υγρό που παίρνω με μερική τήξη; 12
T o C Διάγραμμα με Περιτηκτικό Φορστερίτης + Ενστατίτης Υγρό (L) Ενστατίτης + Υ Δυο Υγρά Χριστοβαλίτης + Υ Χριστοβαλίτης + Ενστατίτης Τριδυμίτης+ Ενστατίτης Φορστερίτης Ενστατίτης SiO 2 wt. % Mg 2 SiO 4 MgSiO 3 SiO 2 Μη αναμίξιμα υγρά Παράγεται ένα υγρό πλούσιο σε μαφικά συστατικά και ένα υγρό πλούσιο σε SiO 2 ΠΡΟΣΟΧΗ! Σε περίπτωση τήξης ο En τήκεται ασύμφωνα σε Fo + Υ Επίδραση πίεσης Διαφορετική συμπιεστότητα για διαφορετικές φάσεις Έτσι η P θα μεταβάλει την ελεύθερη ενέργεια Gibbs διαφορικά Ανυψώνει το σημείο τήξης Μετακινεί το ευτηκτικό σημείο (και άρα την X του πρώτου τήγματος, κτλ.) Figure 6-15. The system Fo- SiO 2 at atmospheric pressure and 1.2 GPa. After Bowen and Shi Schairer (1935), Am. J. Sci., Chen and Presnall (1975) Am. Min. Από Winter 2001. 13
Διάγραμμα με Στερεό Διάλυμα και Ευτηκτικό Ανάλογα με την αρχική σύσταση θα εξαρτηθεί η παρουσία περθιτικών ή αντιπερθιτικών απομίξεων σε θερμοκρασία κάτω από τη solvus T o C Σ.Τ. ορθόκλαστου Υγρό Σ.Τ. αλβίτη Ευτηκτικό ΕΝΑΣ ΑΣΤΡΙΟΣ ΥΟ ΑΣΤΡΙΟΙ Χάσμα σύστασης Διάγραμμα με Στερεό Διάλυμα και Ευτηκτικό Ανάλογα με την αρχική σύσταση θα εξαρτηθεί η παρουσία περθιτικών ή αντιπερθιτικών απομίξεων σε θερμοκρασία κάτω από τη solvus T o C Υγρό Σ.Τ. ορθόκλαστου Σ.Τ. αλβίτη Ευτηκτικό ΕΝΑΣ ΑΣΤΡΙΟΣ ΥΟ ΑΣΤΡΙΟΙ Χάσμα σύστασης 14
Συλλογή Δρ. Κ. Κοτοπούλη, Ομότιμος Καθηγήτρια Συλλογή Δρ. Κ. Κοτοπούλη, Ομότιμος Καθηγήτρια 15
από: http://minerva.union.edu/hollochk/c_petrology/ig_minerals/perthite2-x-200x.jpg Διάγραμμα με Στερεό Διάλυμα και Ευτηκτικό Ανάλογα με την αρχική σύσταση θα εξαρτηθεί η παρουσία περθιτικών ή αντιπερθιτικών απομίξεων σε θερμοκρασία κάτω από τη solvus T o C Υγρό Σ.Τ. ορθόκλαστου Σ.Τ. αλβίτη Ευτηκτικό ΕΝΑΣ ΑΣΤΡΙΟΣ ΥΟ ΑΣΤΡΙΟΙ Χάσμα σύστασης 16
Συλλογή Δρ. Κ. Κοτοπούλη, Ομότιμος Καθηγήτρια από: http://www.alexstrekeisen.it/immagini/pluto/antipertite(47).jpg 17
Επίδραση P H O στο Ab-Or 2 Figure 6-17. The Albite-K-feldspar system at various H 2 O pressures. (a) and (b) after Bowen and Tuttle (1950), J. Geol, (c) after Morse (1970) J. Petrol. Από Winter 2001. Επίδραση P H O στο Ab-Or 2 Hypersolvus γρανίτες: δημιουργία αρχικά ενός αλκαλικού αστρίου, συνήθως ενδιάμεσης σύστασης. Στη συνέχεια μπορεί να υπάρξει απόμιξη (πχ. περθίτης), αν η διαδικασία ψύξης είναι πολύ αργή. Figure 6-17. The Albite-K-feldspar system at various H 2 O pressures. (a) and (b) after Bowen and Tuttle (1950), J. Geol, (c) after Morse (1970) J. Petrol. Από Winter 2001. 18
Επίδραση P H O στο Ab-Or 2 Subsolvus γρανίτες: δημιουργία δύο ξεχωριστών αστρίων, ένα πλαγιόκλαστο και ένα ορθόκλαστο. Figure 6-17. The Albite-K-feldspar system at various H 2 O pressures. (a) and (b) after Bowen and Tuttle (1950), J. Geol, (c) after Morse (1970) J. Petrol. Από Winter 2001. Συλλογή Δρ. Κ. Κοτοπούλη, Ομότιμος Καθηγήτρια 19
Συλλογή Δρ. Κ. Κοτοπούλη, Ομότιμος Καθηγήτρια 20