Magmatisk petrologi / Geologi 3.1/ 2005 Magmatisk petrologi - læren om dannelsen af bjergarter fra magma
Piton de la Fournaise, Reunion, Indiske Ocean - En intraplade vulkanø
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
Hvorfor smelter dele af Jorden? Hvor dannes der smelter? Hvilken betydning har disse smelter? Hvilke spørgsmål søger vi at besvare for tiden?
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
Tungurahua, Equador, Sydamerika - en subduktionsrelateret vulkan
De fundamentale processer omfatter Smelte-mineralligevægte Fraktionering mellem mineraler og smelte
vulkansk glas olivin strøkorn
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
Vigtige redskaber Feltobservationer relationer mellem bjergarter Petrografi beskrivelsen af bjergarter Fasediagrammer smelte-mineralligevægte Geokemi Jordens sammensætning og de kemiske processer i Jordens materialer
Fasediagrammer Den termodynamiske baggrund Clausius-Clapeyrons ligning Gibbs faseregel Den praktiske anvendelse er dagens emne
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
Generelt stiger smeltepunktet med trykket
- 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
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
Gibbs frie energi Et stof vil være i den tilstand, hvor det har den laveste Gibbs frie energi!
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 + 2 - R C antallet af komponenter, φantallet af faser R en restriktion, feks. at fastholde trykket
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
Nogle mineralfasers sammensætning i de binære system MgO-SiO 2
Det binære system Fo-Fa Der er total blandbarhed mellem endeleddene fo & fa Liquidus F = C φ + 1 Solidus Vægtstangsreglen momentet = kraft x arm
Det binære system Di-An Der er ingen blandbarhed mellem Di og An et eutektisk system F = C φ + 1 Eutektikum
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
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
Ligevægtskrystallisation ISP = TSP smelte krystallisat Krystallisat består af: olivin, så: olivin+enstatit, så: Enstatit, til sidst: enstatit+silicamineral
Fraktioneret krystallisation ISP = TSP smelte krystallisat Krystallisat består af: olivin, så desuden: enstatit, til sidst endvidere: enstatit+silicamineral
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
Næste forelæsning: Ternære systemer Variation af trykket
Oldoinye Lengai, Tanzania - eruption af carbonatmagma (carbonatit)
Ternært eutketisk system
Ternært system med binær fast opløsning
Sammensætningen af olivin i to typer xenolither Foskel i sammensætning af olivin i primitiv kappe og i kappe, der tidligere har afgivet smelte