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

Σχετικά έγγραφα
Ισοζύγια Μάζας. 1. Eισαγωγή

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

ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ Δ ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ- ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ. Χριστίνα Στουραϊτη

ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΦΛΟΙΟΥ ΤΗΣ ΓΗΣ.

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

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

ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΚΟΝΙΟΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑΣ

Ταχύτητα χημικών αντιδράσεων

ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ Δ ΕΞΑΜΗΝΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ- ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ. Χριστίνα Στουραϊτη

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

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

Γεωχημεία Ιχνοστοιχείων

Χημική Κινητική Γενικές Υποδείξεις 1. Τάξη Αντίδρασης 2. Ενέργεια Ενεργοποίησης

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

Μέθοδος Γεωχρονολόγησης Lu-Hf

Στοιχεία Θερμοδυναμικής. Ι. Θερμότητα. Χριστίνα Στουραϊτη

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

ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ

Εφαρμοσμένη Θερμοδυναμική: Εξετάζει σχέσεις θερμότητας,

1. Ο ατμοσφαιρικός αέρας, ως αέριο μίγμα, είναι ομογενές. Άρα, είναι διάλυμα.

Associate. Prof. M. Krokida School of Chemical Engineering National Technical University of Athens. ΕΚΧΥΛΙΣΗ ΥΓΡΟΥ ΥΓΡΟΥ Liquid Liquid Extraction

Συστήματα Βιομηχανικών Διεργασιών 6ο εξάμηνο

3. Υπολογισμοί με Χημικούς Τύπους και Εξισώσεις

ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ. Είδη ενέργειας ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΙ ΟΡΙΣΜΟΙ

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

Πληροφορίες σχετικές με το μάθημα

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

Συστήματα Βιομηχανικών Διεργασιών 6ο εξάμηνο

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

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

1 IΔΑΝΙΚΑ ΑΕΡΙΑ 1.1 ΓΕΝΙΚΑ

Σφαιρικές συντεταγμένες (r, θ, φ).

Enrico Fermi, Thermodynamics, 1937

Εφαρμοσμένη Θερμοδυναμική: Εξετάζει σχέσεις θερμότητας, μηχανικού έργου και ιδιοτήτων των διαφόρων θερμοδυναμικών

Ε. Παυλάτου, 2017 ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ

ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ ΙΣΟΤΟΠΩΝ. Eφαρμογές σε περιβαλλοντικές μελέτες. Χ. Στουραϊτη Επικ. Καθηγήτρια. Περιβαλλοντική Γεωχημεία

Αγωγιμότητα στα μέταλλα

Ταξινόμηση της ύλης Διαλύματα Περιεκτικότητες διαλυμάτων. Χημεία Α Λυκείου Διδ. Εν. 1.5 π. Ευάγγελος Μαρκαντώνης 2 ο ΓΕΛ Αργυρούπολης

Ιωάννης Πούλιος, Καθηγητής Εργ. Φυσικοχημείας Α.Π.Θ. Τηλ

10 Ισοζύγια Μάζας & Ενέργειας

ΧΗΜΙΚΗ ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗ Σ' όλα τα επίπεδα και σ' όλα τα περιβάλλοντα, η χηµική αποσάθρωση εξαρτάται οπό την παρουσία νερού καθώς και των στερεών και αερίων

ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ

Αγωγιμότητα στα μέταλλα

ΔΙΑΓΕΝΕΤΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ. Αριάδνη Αργυράκη

Στοιχεία Θερμοδυναμικής. Ι. Βασικές αρχές. Χριστίνα Στουραϊτη

ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ. Αριάδνη Αργυράκη

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

Μέθοδος Γεωχρονολόγησης Re-Os

Παππάς Χρήστος. Επίκουρος καθηγητής

ΙΣΟΖΥΓΙΑ ΜΑΖΑΣ. (χωρίς αντίδραση)

ΓΕΩΧΡΟΝΟΛΟΓΗΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Για την επίλυση αυτής της άσκησης, αλλά και όλων των παρόμοιων χρησιμοποιούμε ιδιότητες των αναλογιών (χιαστί)

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

Φάση ονοµάζεται ένα τµήµα της ύλης, οµοιογενές σε όλη την έκτασή του τόσο από άποψη χηµικής σύστασης όσο και φυσικής κατάστασης.

Φυσικοχημεία 2 Εργαστηριακές Ασκήσεις

Ε. Παυλάτου, 2017 ΙΣΟΖΥΓΙΑ ΜΑΖΑΣ ΜΕ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ

ΠΟΛΥΦΑΣΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Α ΛΥΚΕΙΟΥ 32 ου ΠΜΔΧ 2018

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΙΣΟΖΥΓΙΑ ΜΑΖΑΣ & ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

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

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

Γεωχημεία Ιχνοστοιχείων

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

ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΙΔΑΝΙΚΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΙΔΑΝΙΚΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΩΝ

5.3 Υπολογισμοί ισορροπίας φάσεων υγρού-υγρού

ΝΟΜΟΙ ΑΕΡΙΩΝ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

Σκιερές ζώνες Ανισοτροπία Στρώµα D

Φυσικά μεγέθη. Φυσική α λυκείου ΕΙΣΑΓΩΓΗ. Όλα τα φυσικά μεγέθη τα χωρίζουμε σε δύο κατηγορίες : Α. τα μονόμετρα. Β.

ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΣΠΕΡΙΝΟΥ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΤΑΡΤΗ 31 ΜΑΪΟΥ 2000 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ: ΧΗΜΕΙΑ

Πετρογένεση Πυριγενών Πετρωμάτων και Οφιολιθικών Συμπλεγμάτων

Κάθε χημική αντίδραση παριστάνεται με μία χημική εξίσωση. Κάθε χημική εξίσωση δίνει ορισμένες πληροφορίες για την χημική αντίδραση που παριστάνει.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΚΤΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΣΤΕΡΕΑΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ. Περιληπτική θεωρητική εισαγωγή

Πετρογένεση Πυριγενών Πετρωμάτων και Οφιολιθικών Συμπλεγμάτων

ΧΗΜΕΙΑ. Α Λυκείου 12/4/ Στοιχειομετρία Εισαγωγή. Κεφάλαιο 4 - Στοιχειομετρία. 4. Στοιχειομετρία

Ισορροπία (γενικά) Ισορροπίες σε διαλύματα. Εισαγωγική Χημεία

Η πυκνότητα του νερού σε θερμοκρασία 4 C και ατμοσφαιρική πίεση (1 atm) είναι ίση με 1g/mL.

ΙΔΑΝΙΚΑ ΚΑΙ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ

ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Α ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΥΠΕΔΑΦΟΣ ΚΑΤΑΛΛΗΛΗ ΓΙΑ: ΘΕΡΜΑΝΣΗ & ΗΛΕΚΤΡΟΠΑΡΑΓΩΓΗ ΜΕΣΩ ΤΟΥ ΑΤΜΟΥ, ΟΠΩΣ ΜΕ ΤΗΝ ΣΥΜΒΑΤΙΚΗ ΗΛΕΚΤΡΟΠΑΡΑΓΩΓΗ

2. Χρόνοι παραμονής χημικών στοιχείων σε «ταμιευτήρες»

Υδροθερμική εξαλλοίωση - Υδροθερμική απόθεση

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

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

f = c p + 2 (1) f = = 4 (2) x A + x B + x C = 1 (3) x A + x B + x Γ = 1 3-1

ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ. Οι φυσικές καταστάσεις της ύλης είναι η στερεή, η υγρή και η αέρια.

Associate. Prof. M. Krokida School of Chemical Engineering National Technical University of Athens. ΕΚΧΥΛΙΣΗ ΥΓΡΟΥ- ΥΓΡΟΥ Liquid- Liquid Extraction

Τμήμα Χημείας Μάθημα: Φυσικοχημεία Ι Εξέταση: Περίοδος Ιουνίου (21/6/2017)

Μάθημα 8 ο. Ισοτοπική Γεωχημεία. 1. Βασικές αρχές

ΧΗΜΙΚΗ ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗ ΚΑΙ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΕΔΑΦΩΝ

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ. Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο. 11 Μαΐου 2006

Ατομική μονάδα μάζας (amu) ορίζεται ως το 1/12 της μάζας του ατόμου του άνθρακα 12 6 C.

Εισαγωγή στην Επιστήμη των Υλικών Διαγράμματα Φάσεων Callister Κεφάλαιο 11, Ashby Οδηγός μάθησης Ενότητα 2

Γεωχημεία Ιχνοστοιχείων

ΛΥΣΕΙΣ. Οργανώνεται από την ΕΝΩΣΗ ΕΛΛΗΝΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ υπό την αιγίδα του ΥΠΟΥΡΓΕΙΟΥ ΠΑΙΔΕΙΑΣ, ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΙ ΘΡΗΣΚΕΥΜΑΤΩΝ, 31 ος ΠΜΔΧ A ΛΥΚΕΙΟΥ

Γραπτή εξέταση «Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών Ι»-Σεπτέμβριος 2016

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

Συνοπτική Θεωρία Χημείας Α Λυκείου. Στοιχειομετρία. Σχετική ατομική μάζα σχετική μοριακή μάζα- mole- γραμμομοριακός όγκος

Μεταβολή των ταχυτήτων των σεισµικών κυµάτων µε το βάθος

Σ Τ Ο Ι Χ Ε Ι Ο Μ Ε Τ Ρ Ι Α

ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ. κινητική + + δυναμική

Transcript:

ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ (Υ4203) ΓΕΩΧΗΜΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΣΤΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΤΗΣ ΓΗΣ (Χ. Στουραϊτη) ΑΣΚΗΣΗ 3 η Θεωρητικό υπόβαθρο Αρχές που διέπουν την χημική διαφοροποίηση της γης (F. barede, Geochemistry an Introduction, 2003) Οι βασικές (αλλά μάλλον περίπλοκες) αρχές και έννοιες που διέπουν την χημική διαφοροποίηση της γης είναι οι ακόλουθες: ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ - η αρχή της διατήρησης της μάζας (Ισοζύγιο μάζας) - στοιχειακή και ισοτοπική κλασμάτωση που προκαλείται από την μεταβολή φάσεων (=κατάστασεων της ύλης) μεταξύ ρευστής/στερεάς/αέριας κατάστασης, - κλασμάτωση λόγω κινητικής των αντιδράσεων - οι ραδιενεργές διασπάσεις Η διεργασία της μερικής τήξης του μανδύα κάτω από τις μεσο-ωκεάνιες ράχες (mid-ocean ridges) αποτελεί ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα διαφοροποίησης πυριγενών πετρωμάτων, γιατί ενώ η πηγή του μάγματος στον ανώτερο μανδύα έχει υπερμαφική σύσταση (περιδοτίτης) το τήγμα που ανέρχεται στην επιφάνεια έχει σύσταση βασαλτική. Αυτή η χημική κλασμάτωση μεταξύ του τήγματος και του μητρικού μανδυακού υλικού διέπεται από θερμοδυναμικούς κανόνες. Αποτέλεσμα αυτής της διεργασίας είναι ο σχηματισμός ωκεάνιου φλοιού βασαλτικής σύστασης ενώ ο «υπολειμματικός» (depleted) μανδύας (εμπλουτισμένος σε δύστηκτα* μέταλλα και πυριτικά ορυκτά) αποτελεί την βάση της λιθόσφαιρας, κάτω από τον ωκεάνειο φλοιό. Σημειωτέον ότι για να προκύψει χημική ή ισοτοπική κλασμάτωση στο σύστημα που μελετάμε θα πρέπει να συνυπάρχουν τουλάχιστον δύο φάσεις, πχ. στερεό/ρευστό, υγρό/ατμός, ορυκτό-α/ορυκτό-β, όπου κάθε μία φάση έχει ένα διαφορετικό μερίδιο στην κατανομή των στοιχείων του αρχικού «αποθέματος». Αντίθετα, σε περιβάλλοντα σύγκλισης πλακών όπου ο ωκεάνειος φλοιός και μανδυακή λιθόσφαιρα υποβυθίζονται στις ζώνες υποβύθισης, ξεκινάει ένα μακρύ ταξίδι μέσα στον μανδύα, όπου τα κυκλικά θερμά ρεύματα (convective heating) επιφέρουν ομογενοποίση της σύστασης (ανάμιξη) μεταξύ βασαλτικού υλικού του φλοιού και μανδυακού περιδοτίτη. (*) Δύστηκτα στοιχεία (refractory) κατά την έννοια της πλανητικής κοσμοχημείας, είναι τα στοιχεία υψηλής θερμοκρασία συμπύκνωσης. Ταξινομούνται σε υπερ-δύστηκτα (για Τ>1700 K) Re, Os, W, Zr and Hf, και δύστηκτα (για T = 1500 1700 K ), Sc, Ca, Ti, Th, Lu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Ir, Ru, Mo, U, Sm, Nd and La.

1. Ανάλυση ισοζυγίου μάζας Οποιαδήποτε χημική διεργασία όπου υπάρχουν αλληλεπιδράσεις μεταξύ δύο ή περισσότερων υλικών μπορεί να αναλυθεί με βάση τα ισοζύγια υλικών. Τα ισοζύγια μάζας αποτελούν τη λογιστική απεικόνιση μίας διεργασίας ή μίας ενότητας διεργασιών (Himmelblau & Riggs, 2004). Με την κατάστρωσή τους αποκτούμε μία πρώτη εικόνα για τις μεταβολές των διαφόρων ρευμάτων υλικών χωρίς να είναι απαραίτητη η γνώση των λεπτομερειών κάθε διεργασίας. Η επιλογή και διαχείριση του όγκου ελέγχου μπορεί να γίνει αρκετά πολύπλοκη, για παράδειγμα σε περιπτώσεις όπου τα σύνορα του όγκου ελέγχου μετακινούνται με τον χρόνο (Slattery, 1999). Για απλούστευση των περίπλοκων γεωλογικών διεργασιών θεωρούμε ότι ο όγκος παραμένει σταθερός. Αυτού του τύπου η ανάλυση είναι αναγκαία για να κατανοήσουμε τις διεργασίες χημικής διαφοροποίησης και μίξης υλικών σε οποιαδήποτε κλίμακα. Βασιζόμενοι σε τέτοιες μέθοδους ανάλυσης μπορούμε να προσδιορίσουμε τις σχετικές αφθονίες των συστατικών στοιχείων τα οποία συναποτελούν ένα σύνθετο υλικό και να εκτιμήσουμε τις αναλογίες των φάσεων που έχουν αποχωριστεί από το σύστημα, δημιουργώντας ένα διαφοροποιημένο προϊόν. Αρχικά, είναι απαραίτητο να δώσουμε κάποιους βασικούς ορισμούς θερμοδυναμικών όρων: Κάθε σύστημα, τεχνητό ή φυσικό, αποτελείται από συστατικά (components) και είδη (species). Συστατικά ονομάζουμε τις χημικές οντότητες (άτομα, μόρια, ή σε ένα πέτρωμα τα οξείδια των κύριων στοιχείων, όπως SiO2, 2O3, Na2O ) με τις οποίες μπορεί πλήρως να περιγραφεί και να προσδιοριστεί η σύσταση του συστήματός μας. Συνήθως οι συστάσεις των πετρωμάτων δίνονται ως επι τοις % κατά βάρος (wt.%) αναλογίες οξειδίων, ενώ η σύσταση ενός υδατικού διαλύματος δίνεται συνήθως σε γραμμομόρια (moles) ιόντος ανά κιλό νερού (moles/kg). Το σύνολο των συστατικών που περιγράφει τη σύσταση μπορεί να είναι περισσότερο από ένα, πχ. ένα η σύσταση ενός πέτρωματος μπορεί να περιγραφεί με αναλογίες ατόμων, η αναλογίες οξειδίων. Κανονικά τα συστατικά βρίσκονται με την συγκεκριμένη μορφή στο σύστημά μας. Ενα θερμοδυναμικό σύστημα αποτελείται από μία ή περισσότερες φάσεις. Η φάση καθορίζεται από την φυσική κατάσταση της ύλης ή την σύσταση. Για παράδειγμα, ως φάσεις εννοούμαι την στερεά, υγρή ή αέρια ύλη που περιέχεται σε ένα σύστημα, και φάσεις επίσης είναι τα διαφορετικά ορυκτά ενός πετρώματος. Τα συστατικά διατηρούνται κατά τη διάρκεια των χημικών μεταβολών, οι φάσεις όμως αλλάζουν, και η αφθονία τους είναι ανεξάρτητη της φυσικής κατάστασης στην οποία βρίσκεται το σύστημα. Τα είδη (species) είναι όλες οι χημικές μορφές των συστατικών, είτε είναι παρόντα είτε δεν είναι παρόντα στο σύστημα. Είδος μπορεί να είναι ένας άστριος KSi3O8 σε ένα πέτρωμα ή το ιόν HCO3 - σε ένα διάλυμα. Η αφθονία των ειδών μεταβάλλεται με την αλλαγή της θερμοκρασίας, το είδος της αντίδρασης και την αλλαγή των φάσεων.

Σε ένα ισοζύγιο μάζας η ροή ενός υλικού μέσα και έξω από ένα σύστημα, εκφράζεται με το γενικευμένο νόμο της διατήρησης της μάζας. Ένα ισοζύγιο μάζας δεν είναι τίποτε άλλο παρά ένας ισολογισμός ποσοτήτων μάζας που υφίστανται αλλαγές ή ρέουν μέσα από κάποιο σύστημα. Η αρχή διατήρησης της μάζας εκφράζεται με τις ακόλουθες διατυπώσεις, «η μάζα ούτε δημιουργείται ούτε καταστρέφεται», «η μάζα του σύμπαντος είναι σταθερή», «η μάζα κάθε απομονωμένου συστήματος είναι σταθερή». Ως γνωστό, η αρχή διατήρησης της μάζας ισχύει για τις περιπτώσεις εκείνες που δεν υφίστανται πυρηνικοί μετασχηματισμοί. Η γενική έκφραση της αρχής του ισοζυγίου υλικών σε μια διεργασία δίνεται από τον ακόλουθο τύπο: (ρυθμός συσσώρευσης) = [(ρυθμός εισροής) - (ρυθμός εκροής)] + (ρυθμός παραγωγής) Σχήμα 1. Παροχή (μάζες) και σύσταση ρευμάτων εισόδου/εξόδου σε τυχαίο όγκο ελέγχου (x: περιεκτικότητα; F, P: μάζες ρευμάτων εισόδου/εξόδου) Για να γίνει ένα ισοζύγιο υλικών σε κάποιο σύστημα, πρέπει γενικά να είναι γνωστά δύο βασικά στοιχεία. Ένα απ αυτά είναι η μάζα (βάρος) του υλικού σε όλα τα ρεύματα εισόδου/εξόδου καθώς και μέσα στο σύστημα. Το δεύτερο απαραίτητο στοιχείο είναι η σύσταση όλων των ρευμάτων εισόδου και εξόδου, καθώς και η σύσταση τού υλικού μέσα στο σύστημα. Βέβαια, στην περίπτωση χημικής αντίδρασης στο σύστημα, η εξίσωση της αντίδρασης ή και ο βαθμός μετατροπής αποτελούν σημαντικά στοιχεία, μιας πιο περίπλοκης κατάστασης. Στο Σχήμα 1, με τον όρο x = «περιεκτικότητα», αναφερόμαστε γενικά στην έκφραση της σύστασης ενός ρεύματος στο υπόψη συστατικό. Υπενθυμίζεται ότι η περιεκτικότητα μπορεί να εκφράζεται με διάφορους τρόπους, όπως το κλάσμα μάζας (kg A)/(kg ολικής μάζας), το γραμμομοριακό κλάσμα (mol A)/(ολικά mol), το κλάσμα μάζας ως προς τα υπόλοιπα συστατικά (kg A)/(kg μάζας υπόλοιπων συστατικών), την συγκέντρωση (mol A)/m3, την πυκνότητα (kg A)/m3 κλπ.

Οι μετατροπές μεταξύ των διαφόρων εκφράσεων της περιεκτικότητας είναι μία στοιχειώδης δεξιότητα που ο φοιτητής θα πρέπει να αποκτήσει. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1 Επειδή οι γεωλογικές διεργασίες είναι αρκετά πολύπλοκες στην κατανόηση τους θα αναλύσουμε πρώτα ένα διάγραμμα ροής μια πιο απλής διεργασίας. Αν θεωρήσουμε ένα απλό διάγραμμα ροής μιας μεταλλουργικής διεργασία εμπλουτισμού (Σχ. 1) ενός μεταλλεύματος και ορίσουμε τις αντίστοιχες μάζες, F την μάζα του μεταλλεύματος στην είσοδο του συστήματος, P το προϊόν (εμπλούτισμα μετάλλου) και W τα στείρα (Waste rock), μπορούμε να γράψουμε το ισοζύγιο μάζας για τη ροή αυτή σύμφωνα με την εξίσωση (1). F = P + W (1) Επίσης εφόσον γνωρίζουμε τη σύσταση των επιμέρους ρευμάτων μπορούμε να γράψουμε ισοζύγια μάζας για κάθε ένα από τα συστατικά(εξ. 2). Εδώ χρειάζεται να ορίσουμε ως κλάσμα μάζας f ενός συστατικού την αναλογία μάζας του συγκεκριμένου συστατικού ως προς τη συνολική μάζα του ρεύματος, δηλ. το κλάσμα μάζας τουfe3o4 στο ρεύμα εισόδου F, είναι ff = MFe3O4/F = 0.50. Με βάση το ισοζύγιο των ρευμάτων μπορούμε να γράψουμε αντίστοιχα το ισοζύγιο μάζας για κάθε συστατικό ως εξής: ff x F = fp x P + fw x W (2) Για δεδομένες τιμές f για κάθε ένα συστατικό f Fe3O4, fh2o, f SiO2 σε κάθε ρεύμα, μπορούμε να γράψουμε τα ισοζύγια: για τον Fe3O4: ffe3o4, F x F = f Fe3O4, W x W + ffe3o4, P x P -> (0.50)x(100) = f x W + (0.80)x (60) για το Η2Ο : fh2o, F x F = fh2o, W x W + fh2o, P x P -> (0.15) x(100) = f x W + (0.05)x (60) για το SiO2 : fsio2, F x F = fsio2, W x W + fsio2, P x P -> (0.35) x(100) = f x W + (0.15)x (60) Και επίσης εξ ορισμού τα τρία κλάσματα πάντα αθροίζουν στο 100%, δηλ. ffe3o4+fh2o+fsio2=1. Αρα τελικά μπορούμε να λύσουμε ένα σύστημα 3 εξισώσεων με 2 αγνώστους, τα f. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2 Ας προσπαθήσουμε να προσδιορίσουμε το ποσοστό πυριτίου (Si) σε ένα ίζημα, γνωρίζοντας της σύσταση του σε άργιλο (clay) και χαλαζία (quartz). Η μάζα του ιζήματος Msed αποτελείται αποκλειστικά από μάζα αργίλου Mclay και μάζα χαλαζία Mqz. H συγκέντρωση του πυριτίου στην άργιλο και στον χαλαζία είναι CSi, clay και CSi, qz, αντίστοιχα.

Εφαρμόζουμε αρχικά τα ισοζύγια μάζας για την συνολική μάζα του ιζήματος, δηλ. και για το Si έχουμε: Msed = Mclay + Mqz (2.1) (2.2) Διαιρώντας την (2.2) με την (2.1) παίρνουμε Ομοίως για το αργίλιο () έχουμε: (2.3) Όπου το κλάσμα μάζας της αργίλου στο ίζημα είναι fclay = Mclay/Msed. Σημειωτέον ότι εξ ορισμού το άθροισμα των κλασμάτων των συστατικών του συστήματος είναι πάντα 1, δηλ. στην συγκεκριμένη περίπτωση fclay + fqz = 1. Αφαιρώντας τον όρο C qz αντίστοιχα για το, Si και στα δύο μέρη της κάθε ισότητας και τελικά διαιρώντας τις (2.3) και (2.4) εξισώσεις προκύπτει: Si (C sed C Si qz ) C qz ) = (C Si clay C Si qz ) C qz ) = (C Si clay C Si qz ) (C sed (C clay C clay (2.4) Τελικά Si (C sed C Si qz ) C sed = (C Si clay C Si qz ) C clay Η σύσταση ενός μίγματος (πχ. ίζημα) δύο συστατικών παριστάνεται γραφικά ως ευθύγραμμο τμήμα και είναι Si συνάρτηση των συγκεντρώσεων C sed, C sed των φάσεων που περιέχει το μίγμα (ίζημα) (Σχ. 2).

Σχήμα 2. Γραφική παράσταση για τη σύσταση ενός μίγματος δύο ορυκτών, όπου έχουμε διατήρηση της μάζας (μονάδες αυθαίρετες). Ένα ορυκτό ή πέτρωμα παριστάνεται στο ανωτέρω διάγραμμα των συγκεντρώσεων (CΑl, CSi) ως ένα ανυσματικό μέγεθος. Τα σημεία 1, 2, 3 προβάλουν τρείς συστάσεις μιγμάτων αργίλου (clay)-χαλαζία (quartz). Παρατηρείστε ότι (σε ένα τέτοιο διαδυκό διάγραμμα) μεταξύ των διαφορετικών μιγμάτων ορίζεται μια ευθεία γραμμή. ΑΣΚΗΣΗ Ο Πίνακας 2.2 παρουσιάζει τις συστάσεις κυρίων στοιχείων (εκφρασμένες σε οξείδια) γυαλιού ( = gl) και ορυκτών ( (olivine = ol, clinopyroxene = cpx, και plagioclase = plag) από δείγματα βασαλτικών λαβών από την θερμή κηλίδα (hot spot) του Réunion Island (Indian Ocean). Υπολογίστε την συνολική σύσταση της λάβας που αποτελείται από αυτό το γυαλί και επιπλέον έχει 15 wt% olivine και 10 wt% clinopyroxene σε φαινοκρυστάλλους.