ØVELSE 6. CIPW-normen og dannelsen af basaltiske smelter. Geologi 3.1 / Blok 3: Magmatisk petrologi

Transkript

1 ØVELSE 6 CIPW-normen og dannelsen af basaltiske smelter Geologi 3.1 / Blok 3: Magmatisk petrologi Paul Martin Holm 2005

2 1 Introduktion Foreligger en kemisk analyse af en bjergart, er det muligt tilnærmelsesvis at beregne bjergartens mineralogiske sammensætning hvilket kaldes dens normative mineralsammensætning. Formålet med en sådan normberegning er først og fremmest at give en mere overskuelig fremstilling af bjergarters kemiske sammensætning end kan aflæses direkte af de kemiske analyser. Desuden kan normmineralerne anvendes ved plotning i eksperimentelle systemer. Normen af en bjergart er en måde at normalisere den kemiske sammensætning af bjergarten således at den umiddelbart kan sammenlignes med andre bjergarter. I beregningen af normen kombineres de forskellige oxider bestemt ved en kemisk analyse efter nogle beregningsregler til en serie idealiserede mineraler, normative mineraler. Da naturlige bjergarters mineralselskaber (deres modale mineralsammensætning) afhænger meget af bjergarternes dannelsesbetingelser, eksisterer flere forskellige normberegningssystemer der hver især er tillempet de forskellige dannelsesmiljøer, og som tager hensyn til hvilke mineraler der under disse betingelser er stabile og observeres i naturlige bjergarter. Eksempelvis må en procedure til beregning af den normative sammensætning af bjergarter der er metamorfoserede under amfibolit-facies betingelser (=mesonormen), tage hensyn til at mineraler som biotit, aktinolit og titanit er almindelige. For magmatiske bjergarter er CIPW normen den hyppigst anvendte. 2 CIPW normen Denne beregningsprocedure blev opstillet af W. Gross, I.P. Iddings, L.V. Pirsson og H.S. Washington, især med henblik på anvendelse til beregning af normen af magmatiske bjergarter. Systemets mineraler er derfor typiske magmatiske mineraler. Der opereres dog også med fiktive mineralsammensætninger, som natrium-metasilikat (Na 2 SiO 3 ), der har vist sig at have teoretisk betydning for egenskaberne ved bjergartssmelter. I CIPW-normen repræsenteres mere komplekse, hydrerede modale mineraler som glimmer eller amfiboler af mere simple normative mineraler; eksempelvis bliver modal muskovit (KAl 2 Si 3 O 10 (OH) 2 ) repræsenteret ved de normative mineraler orthoklas (KAlSi 3 O 8 ) og korund (Al 2 O 3 ) og H 2 O. Rækkefølgen ved kombinationen af de forskellige oxider til normative mineraler er formuleret på en sådan måde at de beregnede mængder af normative mineraler stort set svarer til mængdeme af modale mineraler der er til stede i en magmatisk bjergart størknet langsomt og ved lavt tryk. I overensstemmelse med petrografiske observationer af naturlige mineralparageneser er således normativ olivin (ol), nefelin (ne) og leucit (lc) uforenelige med normative kvarts (q). På samme måde kan normativ hypersthen (hy) og nefelin (ne) ikke forekomme i samme norm. For plutoniske bjergarter med en enkel mineralogisk sammensætning (dvs. ingen hydrerede mineraler) er der ofte en god overensstemmelse mellem den modale og normative mineralsammensætning; for glasrige vulkanske bjergarter er overensstemmelsen naturligvis dårlig. I tabel 1 er givet en fortegnelse over de normative mineraler der anvendes i CIPW-normen. 1

3 Tabel 1 Fortegnelse over normative mineraler i CIPW-normen Mineral Forkortelse Formel Molvægt Ækvivalent molvægt 1 Acmit ac NaFeSi 2 O ,8 Albit ab NaAlSi 3 O ,4 Anorthit an CaAl 2 Si 2 O ,6 Apatit ap Ca 5 (PO 4 ) 3 F ,0 Diopsid di Ca(Mg,Fe)Si 2 O 6 a a Enstatit en MgSiO ,2 Fayalit fa Fe 2 SiO ,9 Ferrosilit fs FeSiO ,0 Forsterit fo Mg 2 SiO ,9 Hæmatit hm Fe 2 O ,8 Hypersthen hy (Mg,Fe)SiO 3 b b Ilmenit il FeTiO ,9 Jadeit jd NaAlSi 2 O ,5 Kaliophillit kp KAlSiO ,7 Korund c Al 2 O ,0 Kvarts q SiO ,1 Leucit lc KAlSi 2 O ,6 Magnetit mt Fe 3 O ,2 Natrium-metasilikat ns Na 2 SiO ,7 Nefelin ne NaAlSiO ,4 Olivin ol (Mg,Fe) 2 SiO 4 c c Orthoklas or KAlSi 3 O ,7 Spinel sp MgAl 2 O ,4 Wollastonit wo CaSiO ,1 1 Den ækvalente molvægt er molekylvægten af formlen indeholdende 1 kation. a Må beregnes efter den aktuelle sammensætning af en + fs + wo. b Må beregnes efter den aktuelle sammensætning af en + fs. c Må beregnes efter den aktuelle sammensætning af fo + fa. Note: I ovenstående fortegnelse er ikke medtaget normative mineraler dannet afco 2, F, Cl, S, samt en række sporelementer, da bjergarter ikke altid er analyseret for disse grundstoffer, som derfor ikke er med i den kemiske analyse. Desuden mangler en række ualmindelige normmineraler, såsom titanit (tn), larnit (ln) og perovskit (pf). 2

4 3 Beregning af CIPW normen CIPW NORM CIPW normen er en kation-norm, hvilket betyder, at den kemiske analyses vægt-% oxider først må omregnes til kation-% af de forskellige kationer. Dette gøres ved at dividere vægt- % værdien af oxidet med molvægten af oxidet indeholdende 1 kation og omregne summen af alle omregnede oxider til summen 100 %. Eksempelvis divideres vægt-% SiO 2 med molvægten for SiO 2, vægt-% Na 2 O med den halve molvægt for Na 2 O etc. Disse beregnede kation mol-% beregnes ofte med 1 decimals nøjagtighed. Næste trin består i at kombinere de udregnede kation-mængder til normative mineraler. Fordelen ved at kombinere kation mol-mængder er, at det er muligt at danne de forskellige mineraler ved simpel addition; eksempelvis dannes albit af 1 del Na, 1 del Al sammen med 3 dele Si. Bemærk, at alle mineralers forkortelser anføres med lille forbogstav, f.eks. ab for albit. Mineralerne dannes i en bestemt rækkefølge således, at de forskellige kationer efterhånden bruges op, den ene efter den anden. Under disse mineraldannelser bruges blot løs af Si, og først når alle andre kationer er opbrugt, undersøges det, om der er brugt mere eller mindre Si, end der egentlig var til stede i analysen. Til slut må Si-mængden korrigeres så den brugte mængde netop svarer til den tilstedeværende mængde. Mineralerne dannes i følgende orden: Kogebogsopskrift på CIPW normberegning (1) P bruges til Apatit (ap, P 3 Ca 5 O 12 F) idet P + 5/3 gange så meget Ca kombineres. (2) Ti bruges til Ilmenit (il, FeTiO 3 ) idet Ti + samme mængde Fe 2+ kombineres. (3) K bruges til Orthoklas (or, KAlSi 3 O 8 ) idet K, samme mængde Al og 3 gange så meget Si anvendes. (4) Na bruges til Albit (ab, NaAlSi 3 O 8 ) hvis Na < resterende Al idet Na, samme mængde Al og 3 gange så meget Si anvendes. Ellers dannes ab af resten af Al, en tilsvarende mængde na og 3 gange så meget Si. (5) Fe 3+ Hvis der efter dannelsen af albit er mere Na tilbage, anvendes denne til Acmit (ac, NaFeSi 2 O 6 ) idet Na, samme mængde Fe 3+ og dobbelt så meget Si anvendes. (6) Na Er der ikke nok Fe 3+ til fuldstændigt at opbruge Na, anvendes den resterende Na til natrium-metasilikat (ns, Na 2 SiO 3 ) idet Na og den halve mængde Si kombineres. (7) Al bruges til Anorthit (an, CaAl 2 Si 2 O 8 ), hvis der er mere Al tilbage efter dannelsen af albit ved at kombinere Al med den halve mængde Ca og samme mængde Si som Al. (8) Al Er der herefter stadig Al tilbage, anvendes denne til dannelsen af korund (c, Al 2 O 3 ). (9) Ca bruges til Wollastonit (wo, CaSiO 3 ), hvis der er mere Ca tilbage efter dannelsen af anorthit ved at kombinere Ca med samme mængde Si. (10) Fe 3+ til Magnetit (mt, Fe 3 O 4 ) idet Fe 3+ og den halve mængde Fe 2+ kombineres. (11) Fe 3+ Hvis der ikke er nok Fe 2+ til dette, anvende den overskydende mængde Fe 3+ til ~ (hm, Fe 203 ). (12) Fe 2+ (+Mn) Er der derimod Fe 2+ i overskud, dannes (idet Mn lægges til Fe 2+ ) Ferrosilit (fs, FeSiO 3 ) idet Fe 2+ kombineres med samme mængde Si. (12) Mg bruges til Enstatit (en, MgSiO 3 ), idet Mg kombineres med samme mængde Si. 3

5 Alle kationer skulle nu være brugt op idet vi frejdigt har brugt den mængde Si, der var nødvendig for dannelsen af de ønskede mineraler. Viser det sig nu at der til trods for dette letsind stadig er Si i overskud, dannes af den resterende mængde Si kvarts (q, SiO 2 ). Er der derimod brugt for meget Si, må vi for at få mængden af Si til at passe med analysen omdanne ét eller flere af de allerede dannede mineraler til Si-fattigere mineraler, indtil regnskabet passer. Også denne afsluttende korrektion må foregå i en bestemt rækkefølge således, at god overensstemmelse med naturlige bjergarter fås. Derudover er der en række hensigtsmæssige beregninger, og hele proceduren kan summeres således: Oversigt over proceduren ved beregning af CIPW vægtnormen fra en kemisk analyse: a. korriger den kemiske analyse til et model-oxidationsniveau b. omregn den kemiske analyse til atomprocent c. fordel kationerne på mineraler jf. kogebogen (se ovf. og Tabel 1). Resultat: basis(kation)norm. d. dan den intermediære orthopyroxen, hypersthen, af endeleddene enstatit og ferrosilit (afsn. 3.1). korriger for den samtidige tilstedeværelse af wollastonit og orthopyroxen (afsn. 3.1) e. korriger for et evt. overforbrug af Si ved at omregne trinvis indtil det underskuddet af si er dækket: hy til ol, ab til ne, or til lc, lc til kp (an til ln larnit imelilititiske bja.; er ikke gennemgået her). (afsn. 3.2). Resultat endelige kationnorm. f. Omregn til vægtnorm (afsn. 3.3). Resultat endelige CIPW vægtnorm. 3.1 Pyroxenomregning Wollastonit (wo) og orthopyroxen (fs (ferrosilit) og en (enstatit)) kan ikke begge være til stede i en bjergart. Den indledende korrektion af den beregnede kation CIPW-norm gælder således en omregning af mængden af wo og fs+en indtil normen enten indeholder fs+en+di eller wo+di. Orthopyroxen, hy, dannes ud fra kationerne fs+en, hvorefter wo og hy kombineres til di (clinopyroxen/diopsid), så en af dem opbruges: Først dannes hypersthen (hy) ved at addere al ferrosilit (fs) og al enstatit (en): 1 en + 1 fs = 2 hy Bemærk, at der regnes i antal kationer. n en + m fs = (n + m) hy Så forenes hy og wo i forholdet 1:1, dvs. di = 2 x hy, hvis hy < wo og di = 2 x w, hvis w < hy indtil en af dem er opbrugt: 1 hy + 1 wo = 2 di Efter ovenstående omregninger, vil der endvidere oftest være en rest hy tilbage, mere sjældent overskud af wo. 3.2 Korrektion af Si-indholdet Er der underskud af Si ved beregningen af basisnormen, må der korrigeres gennem en række mineralreaktioner, hvor relativt Si-fattige mineraler dannes på bekostning af mere 4

6 Si-rige. Ved korrektionen af Si-indholdet indgår beregninger af typen Si-rigt mineral = Si-fattigt mineral + Si. I disse ligninger opereres bedst med såkaldte ækvivalente formelenheder, dvs. formelenheder med samme antal kationer. Man kan således skrive albit (NaAlSi 3 O 8 ) som 5Ab, nefelin (NaAlSiO 4 ) som 3Ne, og kvarts (SiO 2 ) som 1 Si, hvor Ab, Ne og Si således angiver mineralernes ækvivalente formelenheder indeholdende 1 kation. Fordelen herved er at ligningerne kan skrives så der er lige mange formelenheder på begge sider af lighedstegnet. Eksempelvis ligningen 5 Ab = 3 Ne + 2 Si hvor koefficienterne direkte angiver det antal kationer der reagerer. (Der ændres intet ved at lade koefficienterne betyde kation-%). Af ligningen fremgår at 5 kation-% albit bliver til 3 kation-% nefelin og 2 kation-% Si. Er der eksempelvis 0,8 Si i underskud, kunne korrektionen foregå efter ovenstående ligning ved at lade 5 x 0,4 Ab omdannes til 3 x 0,4 Ne plus 2 x 0,4 Si (= 0,8 Si). Si-korrektionen foretages efter følgende 4 reaktioner: (1) 4 Hy omdannes til 3 Ol + 1 Si (2) 5 Ab omdannes til 3 Ne + 2 Si (3) 5 Or omdannes til 4 Lc + 1 Si (4) 4 Lc omdannes til 3 Kp + 1 Si Det er dog sjældent, at det vil være nødvendigt at nå helt ned til reaktion (4) for at få Siunderskuddet dækket. I ovenstående reaktionsligninger vil endvidere Mg/(Mg+Fe)- forholdet være det samme i olivin og pyroxen; dette er ikke helt i overensstemmelse med naturlige mineralsammensætninger, men forenkler udregningerne. 3.3 Omregning til vægtnorm Med ovenstående udregninger er ækvivalent-normen eller kation-normen (de normative mineralers relative mængder givet som mol-%) udregnet. Den normative mineralsammensætning ønskes oftest udtrykt i vægt-%, og i givet fald skal mineralernes kation-% multipliceres med deres respektive ækvivalente molvægte (se tabel 5.1). Dette giver mineralernes relative vægt (vægtforhold), der omregnes til 100 % hvorved vi får vægtnormen. Det er oftest denne CIPW-vægtnorm, der angives i petrologiske undersøgelser. NB: For nogle mineraler er molvægtene en funktion af Fe/Mg (tabel 5.1) og må beregnes i det enkelte tilfælde. Alle sådanne mineralers molvægte beregnes ud fra fordelingen af en og fs. 4 Om begreberne alkalinitet og silica-mætning To af de fundamentale begreber i magmapetrologien er alkalinitet og silica-mætning. 5

7 Begreberne introduceres her, fordi vi ved normberegningerne har justeret normerne efter netop magmaet alkalinitet og silica-mætning. 4.1 Definition af alkalinitet Et magma siges at være alkalint, når der er flere alkalimetaller (hovedsagelig Na og K) til stede end der kan anvendes til dannelse af feldspat (plagioklas og alkalifeldspat). Da der foruden alkalimetaller indgår Al og Si i feldspat, kan der både være tale om, at det er Al såvel som Si, der slipper op. Der er altid rigeligt med O (og Ca er meget sjældent i overskud). Er der overskud af alkalier i forhold til silicium dannes feldspatoider: nephelin (ne i normen), leucit (lc), sodalit (kommer til udtryk som ne), haüyn (ses i norm som lc eller ne), kalsilit (= normmineralet kaliophillit, kp) m.fl. Det fremgår af normberegningsproceduren ovenfor hvorledes den normative ab omdannes til ne, og or omdannes til lc og evt. kp. Sådanne bjergarter kan kaldes silica-undermættede. Er der overskud af alkalier i forhold til aluminium dannes alkaliamfiboler eller alkalipyroxen. Normmineralerne er ac (acmit) og ns (natrium metasilikat). Sådanne bjergarter kaldes peralkaline. Bjergarter kan være både peralkaline og silicaundermættede. Bjergarter, der ikke er alkaline, kaldes subalkaline. De karakteriseres ved ikke at have ovennævnte mineraler i normen. De har q hvis de har underskud af alkalier i forh. til Si (mht. feldspat-dannelse), og c (korund), hvis de har underskud af alkalier i forh. til Al. Se også Øv. l. 4.2 Definition af silica-mætning Begrebet omfatter det ovenfor behandlede, alkalinitet, men derudover også orthopyroxens reaktionsforhold til olivin ved lavt tryk. Alle undermættede bjergarter er alkaline. Overmættede bjergarter med alkalipyroxener og amfiboler er også alkaline (og peralkaline). Bjergarter, der har feldspat, men ikke q eller feldspathoid, kaldes mættede. Bjergarter med q kaldes overmættede (med silica, SiO 2 ). Imidlertid er der yderligere et interval, der karakteriserer de mættede bjergarter. Som det fremgår af CIPWnormberegningen vil underskud af Si ikke straks medføre beregning af ne. Si kan vindes ved omregning af hy (orthopyroxen) til ol plus Si, jf. reaktionsforholdet i systemet Fo- SiO 2. Bjergarter, der har hy og ol i normen, kaldes også mættede. Mætningsbegrebet, som det her fremstår mineralogisk udtrykt enten modalt eller normativt, kan opfattes som en måde at udtrykke aktiviteten af Si i magmaet. Undermættede bjergarter endnu fattigere på silicium end de ne-ab, lc-or eller kp-lc normative bjergarter, har så lidt Si, at de slet ikke indeholder feldspat. Det drejer sig om nefelinit, leucitit, melilit-førende bjergarter, karbonatiter og andre eksotiske sjældenheder. De ligger i det normative interval fra det punkt hvor al feldspat er omregnet til feldspatoider og til nulpunktet, hvor der ingen Si er i bjergarter. Ovenstående begreber har langt videre anvendelse end den blotte klassifikation, der her er gennemgået. De vil blive anvendt i de følgende øvelser i forbindelse med en lang række aspekter af petrologien. 5 Effekten af oxideringsgraden af den analyserede bjergart Oxidationsgraden, som kommer til udtryk i Fe 3+ /Fe 2+ -forholdet, har betydelig indflydelse 6

8 på normen og specielt Si-mætningen af den normative mineralogi. Sekundært oxiderede, forvitrede eller hydrotermalt eller metamorft omdannede bjergarter vil oftest have et højt Fe 3+ /Fe 2+ -forhold (og volatil-indhold) i forhold til den friske bjergart. I den sekundært omdannede bjergart vil dette ved beregning af CIPW-normen medføre relativt høje magnetitkoncentrationer og dermed færre Fe-Mg-silikater, hvorved der bliver et relativt højt SiO 2 -indhold. En frisk ne-normativ bjergart kan ved oxidation blive hy-normativ eller Q-normativ. Derfor normaliserer man ofte Fe 3+ /Fe 2+ -forholdet til en fast værdi for en suite af bjergarter. Da vulkanske bjergarter altid oxideres mere eller mindre under udbruddet, har man ikke kendskab til magmaets iltfugacitet eller Fe 3+ /Fe 2+ -forhold. Ofte vælges den mindst oxiderede af bjergarterne i en suite, og de øvriges jern korrigeres til denne bjergarts Fe 3+ / Fe 2+ -forhold. For tholeiitiske basalter vælges ofte at omregne til Fe 3+ /Fe 2+ = 0,15 eller 0,10 medens mange alkaline magmaer er noget mere oxiderede, f.eks. med Fe 3+ /Fe 2+ = 0,20 eller højere. Ved omregningen skal man være opmærksom på, at analysen er i vægtprocent medens Fe 3+ /Fe 2+ er i molprocent. 5.1 Beregning af korrektion for jerns oxidationstrin Ønsker vi at korrigere det målte jern til et bestemt oxidationstrin, f.eks. givet ved Fe 3+ /Fe 2+ = R og Fe 2 O 3 = A vægt % M FeO = molarmassen af FeO = 71,85 g FeO = B vægt % M Fe2O3 = molarmassen af Fe 2 O 3 = 159,70 g er beregningsproceduren: FeO total = (2 x M FeO / M Fe2O3 ) x A + B = 0,8998 x A + B Fe 3+ = (R/(1+R)) x FeO total / M FeO Fe 2 O 3 kor = Fe 3+ x ½ M Fe2O3 FeO kor = FeO total - 2 x M FeO /M Fe2O3 x Fe 2 O 3 kor 7

9 Skema 1 til beregning af den CIPW-normative mineralsammensætning: Basisnormen Kemisk analyse C = A/B ap il or ab an ac ns Ækvivalent oxid molvægt B Kation C = 100 mol% c wo mt hm fs en q oxid vt% Ca 5 P 3 Fe 2+ Ti KAlSi 3 Na- CaAl 2 S NaFe 3+ Na 2 Si Al CaSi Fe 3+ Fe3+ Fe 2+ Si MgSi Si A AlSi 3 i 2 Si 2 Fe 2+ SiO 2 48,83 60,09 0,8126 Si 44,09 0,63 10,71 8,42 4,31 6,04 21,58-7,60 TiO 2 1,60 79,90 0,0200 Ti 1,09 1,09 Al 2 O 3 11,46 50,97 0,2248 Al 12,20 0,21 3,57 8,42 Fe 2 O 3 1,21 79,85 0,0152 Fe 3+ 0,82 0,82 FeO MnO MgO CaO Na 2 O K 2 O 9,79 71,85 0,1363 Fe 2+ 7,39 1,09 0,41 5,90 0,18 70,94 0,0025 Mn 0,14 0,14 16,04 40,32 0,3978 Mg 21,58 21,58 9,06 56,08 0,1616 Ca 8,77 0,25 4,31 4,31 2,04 30,99 0,0658 Na 3,57 3,57 0,18 47,10 0,0038 K 0,21 0,21 P 2 O 5 0,19 70,98 0,0027 P 0,15 0,15 H 2 O 0,75 Sum 1, ,00 0,40 2,18 1,05 17,85 21, ,62 1,22-12,08 43,16-7,60 Brug: 2 decimaler 4 decimaler 2 decimaler Den beregnede kation-norm overføres til næste side. A: Den kemiske analyse i vægt% (med evt. korrigeret Fe). B: Molekylvægten af oxiderne baseret på en kation. C: Den relative mængde af kationer, som i den følgende kolonne omregnes til procent. 8

10 Ud fra den beregnede basisnorm beregnes hy = en + fs, og pyroxen korrigeres indtil wo eller hy er opbrugt; di = hy + wo. Hvis Si < 0 korrigeres efter ligningerne: (1) 4 hy = 3 ol + 1 Si (2) 5 ab = 3 ne + 2 Si (3) 5 or = 4 lc + 1 Si (4) 4 lc = 3 kp + 1 Si - indtil Si = 0. Skema 2 til korrektion af basisnorm og efterfølgende omregning til vægtnorm Basisnorm (overført) Korrigeret norm Beregning af molvægte for ferromagnesiske mineraler Endelig CIPW-vægtnorm kationer kationer kationer molvægt (g) kation* molvt vt% q -7,60 q - orthopyroxen (hy) q - - or 1,05 or 1,05 fs=a 12,08 66,0* A/C 14,43 or 58,5 1,07 ab 17,85 ab 17,85 en=b 43,16 50,2*B/C 39,22 ab 935,3 17,14 an 21,05 an 21,05 hy=a+b C=55,24 sum 53,65 an 1170,4 21,45 ne - ne - clinopyroxen (di) (wo = 50 %) ne - - ol - ol 22,80 fs=a 12,08 66,0*A/2C 7,22 ol 22,80*21,51 21,52 wo 8,62 di 17,24 en=b 43,16 50,2*B/2C 19,61 di 17,24*55,59 17, hy 16,22 wo antages: 58,1*0,5 29,05 hy 16,22*53,65 15,95 en 43, sum=c 55,24 sum 55,88 fs 12, olivin (fa/fo beregnes ud fra fs/en) mt 1,22 mt 1,22 (fa)fs=a 12,08 67,9*A/C 14,85 mt 94,2 1,73 il 2,18 il 2,18 (fo) en=b 43,16 46,9*B/C 36,64 il 165,5 3,03 ap 0,40 ap 0,40 sum=c 55,24 sum 51,49 ap 25,2 0,46 sum 5456,7 100,00 Gennemgang af beregningerne: Den intermediære orthopyroxen, hy, dannes ved at addere endeleddene fs og en (2. kolonne ovenfor): hy = fs + en; hy = 55,24 = 12, ,16 Clinopyroxen dannes af wollastonit og hypersten indtil en af dem er opbrugt (2. kolonne ovenfor): di = wo + hy; 17,24 = 8,62 + 8,62, idet wo < hy og derfor bruges op til denne reaktion. Der er nu 55,24-8,62 = 46,62 = hy tilbage Korrektioner (2. kolonne ovenfor): (1) 4hy omdannes til 3 ol + 1 Si indtil silicaunderskuddet er opvejet (eller hy er brugt op) 30,40 = 22,80/ol + 7,60/Si og der er 46,62-30,40 = 16,22 = hy tilbage Der er ikke brug for flere korrektioner, da Si = 0. I tilfælde af at Si stadig var < 0 måtte flere reaktioner beregnes. Beregning af vægtnormen (3. og 4. kolonne ovenfor): (1) molvægten af hy beregnes som molvægten af fs og en i de andele de udgør af hy: en / (en + fs) = 43,16/(43, ,08) = 43,16/55,24 = 0,781. Molvægten af en er 50,2 g/kation og af ferrosilit 66,0 g (tabel 5.1). Molvægten af hy er derfor 0,781 * 50,2 + 0,219 * 66,0 = 39, ,43 = 53,65. Molvægten af clinopyroxen, di, beregnes ud fra 50% wo plus en og fs i de oprindelige andele og molvægten af olivin, ol, beregnes ud fra fo og fa fordelt som en og fs. 9

11 Opgave 1 Beregn den normative mineralsammensætning (CIPW-vægtnormen) af den nedenfor givne kemiske sammensætning af Vulk 1 (analysen er givet i vægt %). Antag Fe 3+ /Fe 2+ = 0,15. Ved omregning af kationnormen til vægtnorm regnes Fe/Mg i de mafiske mineraler, som forholdet fs/en. Indskriv resultatet i tabel 2. Tabel 2 Hovedgrundstofanalyse (vt%) Vulk 1 Vulk 2/ØV3 A Vulk3/ØV2 Vulk 4 SiO 2 45,50 48,83 47,37 41,54 TiO 2 3,44 1,60 2,48 4,19 Al 2 O 3 15,71 11,46 13,19 12,33 Fe 2 O 3 3,61 korr.: 1,72 1,21 1,87 2,65 FeO 8,64 korr.: 10,34 9,79 11,20 9,54 MnO 0,22 0,18 0,21 0,19 MgO 5,37 16,04 6,55 9,60 CaO 9,43 9,06 11,40 13,11 Na 2 O 3,47 2,04 2,48 2,99 K 2 O 1,38 0,18 0,26 0,48 P 2 O 5 0,29 0,19 0,25 0,78 Fe3+/Fe2+kor korrigeres af dig= 0,10 0,165 0,25 Korrigeret norm (kation norm) q or 1,04 1,61 2,92 ab 17,86 23,33 7,87 an 21,05 25,25 19,39 ne ,87 ol 22,82 5,40 13,49 di 17,25 25,84 33,91 hy 16,20 12,36 - mt 1,22 2,05 2,85 il 2,17 3,62 6,01 ap 0,39 0,55 1,68 q or 1,03 1,58 2,91 ab 16,63 21,56 7,38 an 20,79 24,76 19,29 ne ,07 ol 22,56 5,30 12,43 di 17,61 26,18 33,91 hy 16,34 12,38 - mt 1,67 2,79 3,93 il 2,93 4,85 8,17 ap 0,44 0,61 1,89 Ovenfor: Resultatet fra Skema 2 10

12 Tabel 3 Udvalgte komponenter fra kationnormen til brug i opgave 5.2C Vulk 1 Vulk 2 Vulk 3 Vulk 4 ol 22,82 5,40 13,49 heraf fo 17,83 3,15 10,54 og fa 4,99 2,25 2,95 hy 16,20 12,36 heraf en 12,66 7,21 og fs 3,54 5,15 ab 17,86 23,33 7,87 ne 11,87 Opgave 2 Ved navngivning i QAPF-trekanterne ("Streckeisen") afbildes modale bjergartssammensætninger. Ofte kan vulkanske bjergarter ikke navngives, fordi de er cryptokrystalline eller er vitrøse. Som tilnærmelse kunne CIPW-normen benyttes, men generelt anvendes TAS-diagrammet. Til karakterisering af basaltiske vulkanske bjergarter er CIPW-normen imidlertid vigtig fordi den giver vigtige indikationer om opsmeltningsdybde og opsmeltningsgrad af kildebjergarten (moderbjergarten). A) Afbild Vulk i et QAPF-diagram under antagelse af at CIPW-normen er en god tilnærmelse til den modale sammensætning af bjergarterne i tabel 5.2. Antag at alkali feldspat udgør or + en tilsvarende mængde ab (A (alkali feldspat) = 2 * or), og plagioklas an + den resterende ab (P (plagioklas) = an + (ab -or)). Indskriv de resulterende navne i tabel 5.4. B) Afbild bjergarterne fra tabel 5.2 i et TAS-diagram. Indskriv de resulterende navne i tabel 5.4. C) Der er afgørende forskel på udviklingen af smelter ved lavt tryk på hver side af den termale barriere, bl.a. som er vist i Hess fig. 3.5 og øvelsesnoterne s. 30. De silicaovermættede og silicaundermættede smelter giver anledning til dannelse af forskellige suiter af bjergarter under deres fraktionerede krystallisation. Ved stigende tryk ændres faseforholdene i kappens peridotit således at smelter dannet ved begyndende partiel opsmeltning af denne (under volatilfrie forhold) varierer fra qztholeiiter ved lavt tryk til basaniter ved højt tryk. I basalttetraedret (Hess, s. 313) vises en opdeling af basalter. Plot de fire normative sammensætninger (se tabel 5.3) i bunden af basalttetraedret, Ne-Fo-Qz (fig. 5.5), og giv dem et navn, jf. 5.5C, som indskrives i tabel 5.4. Den fjerde komponent i basalttetraedret, Di, ændrer ikke ved navngivningen, jf. Ne-Fo-Qz. D) Indtegn i fig. 5.5A den omtrentlige position af peridotit fra kappen med sammensætningen 60 % olivin, 20 % orthopyroxen, 20 % diopsidisk clinopyroxen og 5 % jadeit (der er i realiteten tale om en clinopyroxenfase af jadeitrig clinopyroxen, omphacit) og 5 % spinel. Der ses bort fra kappens diopsid- og spinelkomponent, fordi de ikke er repræsenteret i det ternære system i fig. 5.5A. 11

13 E) Det antages, at smelten Vulk 4 er dannet ved en ringe grad af opsmeltning af kappen fra spm. (D). Vis ved indtegning af en vektor i Ne-Fo-Qz diagrammet, hvordan du mener smelten vil ændre sammensætning ved stigende grad af opsmeltning. Tabel 4 Navngivning af basaltiske bjergarter efter tre systemer CIPW/QAPF TAS NeFoQz Vulk 1 Vulk 2 Vulk 3 Vulk 4 12

14 Skema 1 til beregning af den CIPW-normative mineralsammensætning Beregning af basis kationnormen. Kemisk analyse Ækviva C = Kation C=100 ap il or ab an ac ns c wo mt hm en fs q lent oxid molvægt B A/B mol% oxid vt% Ca 5 P 3 Fe 2+ Ti KAlSi 3 NaAlSi 3 CaAl 2 Si NaFe 3+- Na 2 Si Al CaSi Fe 3+ 2Fe 2 Fe3+ MgSi Fe 2+ Si Si + A 2 Si 2 SiO 2 60,09 Si TiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 79,90 Ti 50,97 Al 79,85 Fe 3+ FeO 71,85 Fe2+ MnO 70,94 Mn MgO 40,32 Mg CaO 56,08 Ca Na 2 O 30,99 Na K 2 O 47,10 K P 2 O 5 70,98 P Givet analyse med to decimaler S um 100,00 Relative kationer Kation%. Benyt Benyt 4 to decimaler decimaler Basiskationnormen Den beregnede basiskationnorm benyttes omregnes til den endelige kationnorm og denne derpå til vægtnormen - se Skema 2. 13

15 Skema 2 til korrektion af basisnorm og efterfølgende omregning til vægtnorm Overfør basisnorm fra Skema 1. Basisnorm (overført) Korrigeret norm Beregning af molvægte for ferromagnesiske mineraler Endelig CIPW-vægtnorm kationer kationer kationer molvægt/g kation* molvt vt% q q orthopyroxen (hy) q or or fs=a 66,0* A/C or ab ab en=b 50,2*B/C ab an an hy=a+b C= sum an ne ne clinopyroxen (di) (wo = 50 %) ne ol ol fs=a 66,0*A/2C ol wo di en=b 50,2*B/2C di - - hy - wo antages: 58,1*0,5 hy en - sum=c sum fs - - olivin (fa/fo beregnes ud fra fs/en) mt mt (fa)fs=a 67,9*A/C mt il il (fo) en=b 46,9*B/C il ap ap sum=c sum ap sum 100,00 Korriger basisnorm jf. eksemplet på s. 56 og de generelle anvisninger i teksten (og øverst s. 56). Ud fra den beregnede basisnorm beregnes hy = en + fs, og der korrigeres under dannelse af di indtil enten wo eller hy er opbrugt: di = hy + wo Hvis Si < 0 korrigeres efter ligningerne: (1) 4 hy = 3 ol + 1 Si (2) 5 ab = 3 ne + 2 Si (3) 5 or = 4 lc + 1 Si (4) 4 lc = 3 kp + 1 Si - indtil Si = 0. Beregn i denne opgave også kationprocenten af fo (og fa) samt en (og fs) ud fra ol og hy i den korrigerede kationnorm ved hjælp af oprindelige en og fs. Disse værdier indsættes i tabel 5.3 og skal bruges i opgave

16 Fig. 1 (A) Det ternære system Ne-Fo-SiO2, som er en side i (B) Di-Ne-Fo-SiO2, basalttetraedret. Basalttyperne navngives jf. (C); dog kaldes basaltiske bjergarter med >10 % ne enten tephriter (< 10 % ol) eller basaniter (>10 % ol). D viser nogle faserelationer ved forskellige P: der er udelukkende vist de relevante invariante punkt og kotektiske kurver for opsmeltning af peridotit. Det komplette fasediagram for det kvartærnære system (B) er ikke vist. A kan benyttes til indtegning i fb. m. opgavebesvarelsen. 15