Bazalt + K – a petrogenezis maradék rendszere A földpát háromszög.

Az előadások a következő témára: "Bazalt + K – a petrogenezis maradék rendszere A földpát háromszög."— Előadás másolata:

1 Bazalt + K – a petrogenezis maradék rendszere A földpát háromszög

2 Bazaltos olvadék + K Hatásai: – Enyhén csökkenti a hőmérsékletet – Ortoklász normatív komponens, KAlSi 3 O 8 (olvadékokban szanidin) megjelenése „maradék rendszer” – 1.46 A ionrádiusz Erősen inkompatibilis, a korán kristályosodó fázisokból kiszorul (olivin, piroxének) A frakc. kristályosodással dúsul az olvadékban (pl. tholeiites bazaltokhoz kapcsolódó mikropegmatitek) Miért érdekes a bazaltok K-tartalma? – A bazaltok K-tartalma jó indikátor (forrás, fejlődés) – Jól vizsgálhatók a bazaltos olvadékokból frakc. kristályosodással kifejlődött differenciált olvadékok (fonolit, trachit, riolit) stabilitási viszonyai

3 Bazaltos olvadék + K

4 Káliföldpát - KAlSi 3 O 8 Mikroklin – Legkisebb T-n stabil – Triklin Ortoklász – Kisebb T-n stabil – Monoklin Szanidin – Nagyobb T-n stabil – Monoklin

5 A klaszilit-SiO 2 rendszer Ha tiszta szanidint olvasztunk, akkor inkongruens olvadás során leucit + olvadék keletkezik A szanidin a KAISi0 4 -SiO 2 rendszerbe tartozik A rendszer jellemzői: – The melting of sanidine involves only the portion Lc- SiO 2. Leucite itself melts congruently at 1686°C, and cristobalite at 1713°C. The system is strongly reminiscent of Fo-SiO 2 Sanidine melts incongruently at 1150°C to Lc and silica-rich liquid R. Sanidine and tridymite melt together at a eutectic at about 990°C. Crystallization and melting paths may be analyzed as for Fo-SiO 2. LÁSD KÖV. DIA

6 A kalszilit-SiO 2 rendszer Lc+L↔Sa 40% SiO2

7 Egyensúlyi kristályosodás Példa egyensúlyi kristályosodásra 40% SiO 2 kezdeti olvadék-összetétel esetén. A T csökkenésével kb. 1575°C-nál elérjük a Lc likviduszát A T további csökkenésével az olvadék összetétele a Lc + L határvonalon halad, folyamatosan gazdagodik SiO 2 -ben A kristályosodó szilárd fázis egyelőre tiszta Lc, egészen addig, amíg az olvadék összetétele el nem ér az R pontba (1150 °C), ami egy peritektikus pont A likvid/szilárd arányt az emelő-elv segítségével számolhatjuk ki (lásd a vékony vízszintes kék és piros nyilakat) Az R pontban az Lc+L↔Sa reakció során a likvid teljesen felemésztődik és Sa keletkezik. A T egészen addig 1150°C marad, amíg a likvid teljesen el nem tűnik, hiszen a peritektikus pont egy invariáns pont. Az utolsó csepp olvadék eltűnésével olyan összetételű szilárd oldatot kapunk, mint kezdetben volt az olvadék, azaz: ~20% Lc + ~80% Sa (Az egyre csökkenő T-nél jelen levő fázisok és likvid+szilárd összetételek táblázatos formában a 8. dián vannak).

8 Frakcionációs kristályosodás A likvid összetétele zöld vonal az ábrán Ugyanaz a kezdeti olvadék összetétele, mint az előbb volt A kristályosodás során az olvadéktól elkülönül a szilárd anyag Kezdetben Lc kristályosodik, egészen addig, amíg az olvadék összetétele el nem éri az R (peritektikus pontot) miközben folyamatosan gazdagodik SiO 2 -ban Az R pontban három fázis (L, Lc, Sa) van egyensúlyban Mivel a rendszerből kivonódott a képződő Lc, így nincs szilárd fázis, ami a L-del reagáljon és Sa-t hozzon létre Ennek következtében a likvid elindul az Sa+L határon az eutektikus pont felé, miközben Sa kristályosodik. Az utolsó csepp L összetétele E. Frakc. kristályosodás során ugyanolyan összetételű kezdeti olvadékból SiO 2 -ben sokkal gazdagabb TSC alakul ki. Ez azonban csak akkor lehetséges, ha az adott rendszerben egy átmeneti tag reakcióba tud lépni (jelen esetben a Lc) az olvadékkal.

9

10 A szanidin valódi stabilitási viszonyai As in the case of the other alkali feldspar, albite, we are not sure whether sanidine is always strictly stoichiometric with respect to SiO 2, or whether on the other hand it may show limited solubility toward and away from SiO 2.

11 Or-Ab rendszer In contrast to albite, sanidine provides no thermal barrier. Clearly, removal of leucite from early liquids can cause a transit from silica undersaturated to silica oversaturated liquids. Just as clearly, this can happen only for potassic rocks. But where does the thermal barrier represented by albite give way to the incongruent relation shown by sanidine? Since we know of extensive solid solution in nature between albite and sanidine, it would appear to be a critical matter to know where the incongruent melting behavior takes over as the crystals become richer in orthoclase component. This means we should look at the system Ab-Or, which turns out to be novel to us in two ways: it is in part an example of a binary system with a minimum melting relationship, and in part a nonbinary section showing incongruent melting. In order to understand completely the so-called join Ab-Or, we shall eventually need to look at the ternary system Nepheline-Kalsilite-Silica, called by Bowen "Petrogeny's Residua System." We turn first to the alkali feldspar join Ab-Or.

12 Ortoklász (Or) - Albit (Ab) rendszer A rendszer csak T<1080 °C és C<Or 50 alatt bináris, e fölött ternáris. There is a reaction point at 1080°C, below which the alkali feldspar join is binary, and above which are found equilibria involving leucite. Leucite does not lie in the join Ab-Or, so all liquids, in equilibrium with leucite, must also lie off the join, toward SiO 2 Ugyan az a leucit szerepe, mint a spinellé a Fo-Di-An rendszerben! Ebben a 2D-s ábrázolásban tehát egy dimenzió (SiO 2 ) hiányzik.

13 Szételegyedés At high temperatures the diagram shows that albite (Ab) or NaAlSi 3 O 8 and orthoclase (Or) or KAlSi 3 O 8 form a complete solid solution series. At temperatures just below the solidus, alkali feldspar solid solutions are stable. At lower temperatures, along the curve labeled "solvus" the solid solution is no longer stable. Szubszolidusz reakció X összetétel esetén At 750 o the composition of the alkali feldspar solid solution is 70% orthoclase and 30% albite (Or 70 Ab 30 ). At 590°C the solid solution is no longer stable and begins to exsolve. At 590°C a solid solution having the composition of point B (Or 32 Ab 68 ) coexists with an alkali feldspar solid solution with the composition of point A (Or 70 Ab 30 ). For example at 300 o for composition X the percentage of the albite-rich solid solution is [z/(z+y)] x 100, while that of the orthoclase-rich solid solution is [y/(z+y)] x 100.

14

15

16 A Nefelin – Kalszilit – Kvarc rendszer „Termális völgy” ~Riolit ~Fonolit ~Trachit These minima closely represent the natural residua from fractionation of, respectively, tholeiites, critical plane basalts, and alkali basalts, and it is for this reason that Bowen aptly called the system Ne-Ke-Si0 2 "petrogeny's residua system." -large primary field of leucite solid solution, which overlaps the alkali feldspar join; -the large fields of nepheline and feldspar solid solution

17 A ternáris rendszer „oldalai”

18 Izoterma metszetek

19 L = Ne-Ks

20

21

22

23

24

25

26

27

28 Egyensúlyi kristályosodás The liquid first moves in equilibrium through the leucite field, tied through the bulk composition to the TSC on the leucite join. It eventually reaches the field boundary, whereupon reaction ensues, using up leucite to make sanidine. The TSC advances toward the bulk composition along successive solid-solid legs of 3-phase triangles, as shown by the TSC path in the figure. Crystallization ceases when the Sa + Lc tie line cuts the bulk composition.

29 This composition lies within the terminal, invariant 3- phase triangle Ne + Lc + Fsp at 1020°C, and hence consists of these three phases when solid. The liquid initially moves along a path with small curvature while Lcss crystallizes. It then moves along the field boundary, first dissolving a small amount of Lcss as feldspar forms, and then, for reasons discussed later in this chapter, producing leucite again. The TSC rises along a curved path of relative enrichment in feldspar. The liquid then reaches the reaction point R at 1020°C, and remains there while the TSC moves directly toward R and to the bulk composition. This is accomplished by the crystallization of invariant Fsp + Ne at the expense of Lc and liquid.

30 Frakcionációs kristályosodás In the case of BC-I, the liquid follows a shallow curve away from ISC-I, which lies on the leucite join. Upon reaching the field boundary, the liquid immediately ceases to produce leucite and instead begins to produce sanidine along a wide range of compositions. The liquid follows a fractionation path which must be determined by experiment, but which no doubt has the general form shown in the figure. The Sass formed during this time constitutes ISC-2 (not labelled), and the TSC migrates toward ISC-2 as shown by the dotted path in the figure. When the liquid reaches the silica field boundary, tridymite crystallizes along with feldspar until the liquid is used up just as it reaches the ternary minimum. The minimum may lie either to the right or left of where the liquid hits the field boundary, not at that point except by chance. In Fig. 15.10, it is assumed that the ternary minimum lies to the right of the liquid path, and it should be noted that this will produce reverse zoning in the feldspar: successive layers will now be more Or-rich, whereas before they were more Ab- rich. It is easy to breach the critical plane (strictly, the feldspar join) toward silica saturation by fractionation of leucite, but only for potassic compositions. Intermediate undersaturated compositions will fractionate toward the undersaturated minimum.

31 Földpát zonáció különböző összetételek esetén fractionation paths originating rigorously on the feldspar join remain on that join and terminate at m.All others terminate eventually at either m s or m ne, respectively the oversaturated and undersaturated ternary minima. The curvature of the unique fractionation lines has the interesting consequence that liquid paths close to the join and close to the unique fractionation lines may undergo a reversal of curvature, and at the inflection point the feldspar zoning will become reversed.

32 Kőzettani vonatkozások áttekintése A bazalt prekurzorból frakcionálódó olvadékok jól modellezhetők a Ks-Q-Ne rendszerrel

33 A földpát háromszög rendszer – ternáris rendszer három szilárd oldattal

34 The orientation of isothermal, two-feldspar tie lines, such as Q 3 F 3, as well as the compositions of the coexisting feldspars represented by their end points, depend upon P and T. If P can be independently evaluated then an equilibrium pair of coexisting feldspars can serve as a geothermometer for the T of crystallization (e.g., Fuhrman and Lindsley, 1988).

35 Ternary Feldspars Trace of solvus at three temperature intervals Triangle shows coexisting feldspars and liquid at feldspars and liquid at 900 o C 900 o C Figure 7-11. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

36 G-X diagramok kölönböző T-nél az Ab-Or síkon