Magmatisk petrologi / Geologi 3.1/ Magmatisk petrologi. - læren om dannelsen af bjergarter fra magma

Transkript

1 Magmatisk petrologi / Geologi 3.1/ 2005 Magmatisk petrologi - læren om dannelsen af bjergarter fra magma

2 Piton de la Fournaise, Reunion, Indiske Ocean - En intraplade vulkanø

3 Program for Geologi 3.1 Ligger på nettet (!!) 3½ uge magma 3 uge metamorf opgave læsefri eksamen (d.11/4) ekskursion (obligatorisk) 14/4-19/4

4 Hvorfor smelter dele af Jorden? Hvor dannes der smelter? Hvilken betydning har disse smelter? Hvilke spørgsmål søger vi at besvare for tiden?

5 Studiet af de magmatiske bjergarter giver information bla om storskalaprocesser på Jorden: Udviklingen af skorpen Recirkulation af lithosfære til nedre kappe Konvektion i kappen Differentiation af Jorden i kerne, kappe og skorpe

6 Tungurahua, Equador, Sydamerika - en subduktionsrelateret vulkan

7 De fundamentale processer omfatter Smelte-mineralligevægte Fraktionering mellem mineraler og smelte

8 vulkansk glas olivin strøkorn

9 Dette kursus omfatter Introduktion til anvendelsen af fasediagrammer Oversigt over de magmatiske bjergarter i relation til krystallisationsprocesserne Magmadannelse Geokemi af grundstoffer og isotoper Magmaers fysiske egenskaber og dynamik Magmakammerprocesser Plutonisme Vulkanisme Et vigtigt miljø for magmadannelse: midtoceane spredningszoner

10 Vigtige redskaber Feltobservationer relationer mellem bjergarter Petrografi beskrivelsen af bjergarter Fasediagrammer smelte-mineralligevægte Geokemi Jordens sammensætning og de kemiske processer i Jordens materialer

11 Fasediagrammer Den termodynamiske baggrund Clausius-Clapeyrons ligning Gibbs faseregel Den praktiske anvendelse er dagens emne

12 Clausius-Clapeyrons ligning dp/dt= Η / S = Η / (Τ V) For krystal smelteligevægte er Η= Η smeltning = smeltevarmen for krystallen og V = volumenændringen ved smeltning af krystallen, der oftest er positiv

13 Generelt stiger smeltepunktet med trykket

14 - men ikke lige meget Disse to forhold har afgørende betydning for Jordens udvikling! Det betyder at ved lavt tryk har olivin et relativ højt smeltepunkt, men ved højt tryk et relativ lavt smeltepunkt

15 Gibbs Frie energi G = indre varme graden af uorden X temperaturen = entalpien entropien x T = H S x T H = E PV, hvor E er den indre energi Entalpien kan forklares ved varmefylden: C P = dh / dt, den varme, der ændrer et mol af et stof en grad

16 Gibbs frie energi Et stof vil være i den tilstand, hvor det har den laveste Gibbs frie energi!

17 Gibbs faseregel 1) Begrebet frihedsgrader: antallet af tilstandsparametre (intensive variable), der uafhængigt kan ændres i et system uden antallet af faser ændres 2) Fasereglen: F = C φ R C antallet af komponenter, φantallet af faser R en restriktion, feks. at fastholde trykket

18 En olivinkrystal beskrives godt af to komponenter: Vigtige begreber Mg 2 SiO 4 og Fe 2 SiO 4 = forsterit og fayalit En gabbro Fase beskrives tilnærmelsesvis af to komponenter: De selvstændige fysiske enheder i et system: typisk anorthit Tokomponentsystemet og diopsid, som således anorthit-diopsid opfattes som kemiske smelte og forskellige krystaller forbindelser indeholder (CaAlSi således 2 O 8 mineralfaserne og CaMgSi 2 O 6 anorthit ) og Et magma kan bestå af to faser: smelte diopsid plus Komponent ved lav temperatur, olivinkrystaller evt. med en tredje men fase: desuden Den gas fundamentale smeltefase kemiske ved forbindelse høje temperaturer System Består af et antal komponenter Antallet af komponenter er det minimale antal kemiske forbindelser, der beskriver systemet En granit kan bestå af fire faser: Alkalifeldspat, plagioklas, kvarts og biotit

19 Nogle mineralfasers sammensætning i de binære system MgO-SiO 2

20 Det binære system Fo-Fa Der er total blandbarhed mellem endeleddene fo & fa Liquidus F = C φ + 1 Solidus Vægtstangsreglen momentet = kraft x arm

21 Det binære system Di-An Der er ingen blandbarhed mellem Di og An et eutektisk system F = C φ + 1 Eutektikum

22

23 Ne-SiO 2 Det binære system har en kongruent smeltende intermediær fase (Ab) og danner to eutektiske systemer F = c -n + 1, P = k Intensive variable/ tilstandsparametre: P, T, X n= 1 & c = 2 F = 2 I Gibbs faseregel står +2 for at P og T er Variable I et T-X-diagram holdes P konstant og +2 reduceres til +1 Ab x x x n= 2 & c = 2 F = 1 n= 3 & c = 2 F = 0 Kongruent smeltende fase albit

24 En Fo-SiO 2 Det binære system har en intermediær fase (En), som smelter inkongruent der opstår et reaktionspunkt ud over et eutektisk punkt Reaktionspunkt eller peritektisk punkt R E

25 Ligevægtskrystallisation ISP = TSP smelte krystallisat Krystallisat består af: olivin, så: olivin+enstatit, så: Enstatit, til sidst: enstatit+silicamineral

26 Fraktioneret krystallisation ISP = TSP smelte krystallisat Krystallisat består af: olivin, så desuden: enstatit, til sidst endvidere: enstatit+silicamineral

27 Fasediagram system, komponent, fase liquidus, solidus vægtstangsreglen binært system med fast opløselighed binært eutektisk system (ingen gensidig opløselighed) binært system med intermediær uopløselig fase: a) der smelter kongruent: to eutektiske systemer, b) der smelter inkongruent: peritektisk+eutektisk system

28 Næste forelæsning: Ternære systemer Variation af trykket

29 Oldoinye Lengai, Tanzania - eruption af carbonatmagma (carbonatit)

30 Ternært eutketisk system

31 Ternært system med binær fast opløsning

32 Sammensætningen af olivin i to typer xenolither Foskel i sammensætning af olivin i primitiv kappe og i kappe, der tidligere har afgivet smelte