Forszterit-diopszid-SiO 2 ’FDS’ rendszer Bazalt és fázisdiagramjai doktori kurzus Készítette: Patkó Levente 2016.02.07.

Az előadások a következő témára: "Forszterit-diopszid-SiO 2 ’FDS’ rendszer Bazalt és fázisdiagramjai doktori kurzus Készítette: Patkó Levente 2016.02.07."— Előadás másolata:

1 Forszterit-diopszid-SiO 2 ’FDS’ rendszer Bazalt és fázisdiagramjai doktori kurzus Készítette: Patkó Levente 2016.02.07.

2 Forszterit-diopszid-SiO 2

3 Fo – Di – SiO 2 ternáris rendszer Bowen, 1928 (korábbi kutatási eredmények publikálása) Bowen megállapította az SiO 2 -piroxének stabilitási mezejének határát. Bevezetés I. Az egyes piroxének elkülönítése évtizedekkel később (60-70-es években) főleg Kushiro és munkatársai révén (röntgen alapú módszerek elterjedését követően).

4 Fo – Di – SiO 2 ternáris rendszer Bevezetés II. Egyetlen sztöchiometrikus komponens az SiO 2 Forsterit: szilárd oldat a monticellit (Ca 2 SiO 4 ) molekulák beépülése következtében Diopszid: szilárd oldat kialakulása Fo ss és ensztatit irányába (Mg 2 SiO 4 és MgSiO 3 molekulák beépülése) A diopszid összetételének szilárd oldat formájában jelentkező változatossága azt eredményezi, hogy bár kétkomponensű eutektikus rendszert képez mind az Fo- Di, mind a Di-SiO 2 az eutektikus pont azonban egyiknél sem a join-on jelenik meg, amit a liquid vonalak Fo- Di-SiO 2 háromszög elhagyása is jelez.

5 Fo – Di – SiO 2 ternáris rendszer Tapasztalható mezők: -Two liquids -Cristobalite (Cr) -Diopside solid solution (Di ss ) -Forsterite solid solution (Fo ss ) -Tridimite (Tr) -Pigeonite (Pig) -Protoenstatite solid solution (Pr ss ) Univariáns görbék: R’QRM – olivin-piroxén-liquid egyensúly ESTmM’ – piroxén-silica-liquid egyensúly Bevezetés III. The pigeonite field is small, but all liquids must reach it unless the bulk composition is so restricted as to yield only Pr ss or Di ss with olivine or silica.

6 Fo – Di – SiO 2 ternáris rendszer Di-En vonal a bazalt tetraéder silica telítettségi síkját jelöli ki. Invariáns reakciópontok: - Q, R, S, T Peritektikus reakció görbe: - R’QR, QS Kotektikus görbe: - ESTmM’ Peritektikus tulajdonságú kotektikus görbe: - MR, RT Likvidusz maxima: -M, M’ Likvidusz minimum: -m

7 Di-En vonal piroxénjei -Di ss = diopszid szilárd oldat -Pig = vas-mentes pigeonit -Pr ss = protoensztatit szilárd oldat -Pszeudobináris rendszer  az En-Di vonalra eső piroxénekkel egyensúlyban lévő olvadékok leesnek a vonalról és távolabb találhatóak -Sraffozott mezők: az egyes piroxének stabilitása Note from the diagram, that only two pairs of pyroxenes may coexist with liquid: Pr ss +Pig, or Pig+Di. The pair Pr ss +Di, found in nature as enstatite plus augite, does not occur with liquid, and here the phase diagram appears to fail us. However, it is to be noted that the pigeonite field terminates downward in temperature, and it can readily be imagined that the additional components of natural magmas could depress the temperatures of liquid crystal equilibria below the stability of pigeonite, thus permitting equilibria among Pr ss, Di ss, and L.

8 Di-En vonal piroxénjei Solid bars indicate the compositional ranges allowed by the experimental data. Rectangles representing the data show the range of the observed compositions of the crystalline phases (solid) and the quenched melts (dash), with the temperature uncertainty of ±30°C in the estimates of the melting temperatures. Gasparik, 2014

9 Piroxén-likvid tie line rendszer Tie line – megmutatja, hogy az adott összetételű piroxének milyen összetételű olvadékokkal tartanak egyensúlyt Az En-Di vonalon a szaggatott szakasz: Pr ss -Pig és a Pig-Di ss elegyedési hézagja Q pontban a liquid egyensúlyban van a következő kristályokkak: Pr ss, Fo ss, Pig. R pontban a liquid egyensúlyban van a következő kristályokkak: Pr ss, Fo ss, Pig. Q-Pr ss -Pig háromszögön belül 3 fázis van jelen: Pr ss -Pig-liquid R-Pig-Di ss háromszögön belül 3 fázis van jelen: Di ss -Pig-liquid Fontos: az itt bemutatott tie line-ok sora csak Fo ss telített olvadékokra áll.

10 The dotted gap signifies the miscibility gap of pigeonite and protoenstatite solid solution, and we know that when these two crystalline phases coexist, they are mutually saturated. Liquid Q therefore lies at the corner of a three-phase triangle Q-Pig- Pr ss, and two legs of this triangle establish the tie line slopes Q-Pig and Q-Pr ss. Piroxén-likvid tie line rendszer II.

11 Piroxén-likvid tie line rendszer III. S pontban a likvid egyensúlyban van a következő kristályokkal: Pr ss, Pig, Tr. T pontban a likvid egyensúlyban van a következő kristályokkal: Di ss, Pig, Tr. QS vonal – a L-Pr ss -Pg háromszög csúcsai jelölik ki változó L összetétel mellett (az olvadék összetétele változik: Q- olivin túltelített, SiO 2 -silica túltelített) Fontos: az itt bemutatott tie line-ok sora csak SiO 2 telített olvadékokra áll.

12 Egyensúlyi kristályosítás - BC(1) Kiindulási pont: bulk composition 1 (BC(1)), Fo ss telített likvid.  Likvid fejlődési út  szilárd fejlődési út 1. Olivin kristályosodik 1. Az olivin kiválás miatt távolodás Fo ss -től 2. Pig mező elérése a QR peritektikus vonal (univariáns) mentén és reakció beindulása (Liquid + Fo ss = Pig) R-ig haladás a QR peritektikus vonalon. 2. Pig keletkezése, miközben a TSC-ben csökken az Fo ss  elmozdulás Fo ss pontból. (a TSC által bejárt út görbült!) 3. R-ben a folyamat tovább folytatódik (Fo ss + liquid = Pig). Emellett Di ss is kristályosodik. A folyamatnak a liquid elfogyása jelenti a végét. 3. A TSC visszatér a BC(1) kiindulási összetételbe. A végeredmény: olivin (részben elreagált és rezorbeált), pigeonit és diopszid tartalmú kőzet. BC(1)

13 Egyensúlyi kristályosítás - további BC(2)-(6) kiindulási pontok olivin telített olvadék silica telített olvadék A Si-telített olvadékoknak muszáj elérnie az EST kotektikus vonalat.

14 Egyensúlyi kristályosítás - BC(2) Kiindulási pont: bulk composition 2 (BC(2)), Fo ss telített liquid.  Likvid fejlődési út  szilárd fejlődési út 1. Olivin kristályosodik 1. Az olivin kiválás miatt távolodás Fo ss - től 2. Prss mező elérése az R’Q peritektikus vonal (univariáns) mentén és reakció beindulása (Liquid + Fo ss = Pr ss ) Q-ig haladás az R’Q peritektikus vonalon. 2. Pr ss keletkezése, miközben a TSC-ben csökken az Fo ss  elmozdulás Fo ss pontból. (a TSC által bejárt út görbült!) 3. Q invariáns reakció pontban a következő reakció beindulása: Liquid + Pr ss + Fo ss = Pig. Mindez egészen addig zajlik, míg az összes Pr ss fel nem emésztődik. 4. Amikor az összes Pr ss felemésztődik, a liquid összetétel az R felé tolódik el a QR univariáns görbén. Eközben a következő reakció játszódik le: liquid + Fo ss = Pig egészen addig, míg van liquid. 3. A TSC elmozdulása a Pig mező felé. 4. A TSC visszatér a BC(2) kiindulási pontba. A bejárt szakasz görbe. A végeredmény: olivin (részben elreagált és rezorbeált) és pigeonit.

15 Egyensúlyi kristályosítás - BC(3) Kiindulási pont: bulk composition 3 (BC(3)), SiO 2 telített liquid.  Likvid fejlődési út  szilárd fejlődési út 1. Olivin kristályosodik 1. Az olivin kiválása miatt távolodás Fo ss -től 2. Pr ss mező elérése az R’Q peritektikus vonal mentén és reakció beindulása (Liquid + Fo ss = Pr ss ). Azonban mielőtt eljutnánk a Q invariáns reakciópontig az összes Fo ss felemésztődik. 2. TSC eléri az En-Di vonalat, ahol a megfelelő tie line megmutatja az adott összetételű piroxén (Pr ss ) és olvadék egyensúlyát. 3. A Fo ss kimerülését követően a rendszerben csak Pr ss kristályosodik. 3. A liquid összetétel eközben „átvág” a Pr ss mezőn belül. 4. Az ES (kotektikus) görbe elérésével a liquid összetétel az S irányába kezd el mozogni. 4. A kotektikus görve elérésével megkezdődik a Tr kristályosodása. 5. A liquid az S invariáns reakció pontba jutva nem halad tovább egészen addig, míg a teljes olvadék ki nem kristályosodik. Az S pontban jelenik meg a pigeonit. A Pig megjelenése Pr ss felemésztésével egy inkongruens reakcióban történik. Tr folyamatosan kristályosodik. 5. A TSC visszatér a kiindulási BC(3) pontba. Végeredmény: Pr ss + Pig + Tr összetételű kőzet.

16 Egyensúlyi kristályosítás - BC(4) Kiindulási pont: bulk composition 4 (BC(4)), SiO 2 telített liquid.  Likvid fejlődési út  szilárd fejlődési út 1. Olivin kristályosodik 1. Az olivin kiválás miatt távolodás Fo ss -től 2. Pr ss mező elérése az R’Q peritektikus vonal (univariáns) mentén és reakció beindulása (Liquid + Fo ss = Pr ss ). A Q-ig haladás az R’Q peritektikus vonalon nem történik meg az összes Fo ss felemésztése miatt. R’ E 2. TSC eléri az En-Di vonalat, ahol a megfelelő tie line megmutatja az adott összetételű piroxén (Pr ss ) és olvadék egyensúlyát. 3. A Fo ss kimerülését követően a rendszerben csak Pr ss kristályosodik. 3. A liquid összetétel eközben „átvág” a Pr ss mezőn belül 4. A TSC elhagyja a Pr ss stabilitást az En-Di vonalon és belép a nem elegyedő szakaszba, ahol folyamatosan csökkenő Pr ss -ből egyre nagyobb arányban Pig keletkezik. 4. A QS (peritektikus) görbe elérésével a liquid összetétel az S irányába kezd el mozogni. Eközben megjelenik a Pig amely a Pr ss -ből alakul ki a következő rekcióval: liquid + Pr ss = Pig. 6. Az S pontban jelenik meg a tridimit. A teljes Pr ss felemésztés után a liquid az ST kotektikus görbén halad, míg el nem fogy a liquid, azaz minden ki nem kristályosodik. 6. A TSC visszatér a kiindulási BC(4) pontba. Végeredmény: Pig + Tr összetételű kőzet 5. A liquid az S invariáns reakció pontba jutva nem halad tovább egészen addig, míg a teljes Pr ss fel nem emésztődik. Itt jelenik meg az első szilárd tridimit kristály. 5. A TSC már a BC(4) felé mozog egészen addig, míg el nem éri a S csúcsú háromszöget.

17 Egyensúlyi kristályosítás - BC(5) Kiindulási pont: bulk composition 5 (BC(5)), SiO 2 telített liquid.  Likvid fejlődési út  szilárd fejlődési út A BC(4) és BC(5) között a fő kölönbség, hogy előbbi BC-je a Pig-Q-Pr ss háromszög alatt, míg utóbbi BC- je az említett háromszög felett helyezkedik el. Liquids in the small triangle Q - Prss - Pig always reach Q; those below Q - Pr (Pig) reach QS between Q and S, and those above Q - Pig (Pr) reach some point along QR, avoiding QS). 1. Olivin kristályosodik 1. Az olivin kiválás miatt távolodás Fo ss -től 2. Pr ss mező elérése az R’Q peritektikus vonal (univariáns) mentén és reakció beindulása (Liquid + Fo ss = Pr ss ), Q-ig haladás az R’Q peritektikus vonalon. R’ E 2. Pr ss keletkezése, miközben a TSC-ben csökken az Fo ss  elmozdulás Fo ss pontból 3. Q invariáns reakció pontban a következő reakció beindulása: Liquid + Pr ss + Fo ss = Pig. Mindez egészen addig zajlik, míg az összes Pr ss fel nem emésztődik. 3. A TSC elmozdulása a Pig mező felé. 4. Amikor az összes Pr ss felemésztődik, a liquid összetétel az R felé tolódik el a QR univariáns görbén. Eközben a következő reakció játszódik le: liquid + Fo ss = Pig egészen addig, míg van liquid. 4. A TSC tovább közeledik a Pig mezőhöz egészen addig, amíg van rendelkezésre álló Fo ss 5. Folyamatosan kristályosodik Pig. 5. Átvág a liquid a Pig stabilitási mezőn, míg bele nem ütközik az ST univariáns vonalba 6. A TS kotektikus vonal mentén a Pig mellett Tr kristályosodása kezdődik meg egészen addig, míg a liquid el nem fogy 6. A TSC visszatér a kiindulási BC(5) pontba. Végeredmény: Pig + Tr összetételű kőzet

18 Egyensúlyi kristályosítás - BC(6) Kiindulási pont: bulk composition 5 (BC(5)), SiO 2 telített liquid.  Likvid fejlődési út  szilárd fejlődési út 1. Olivin kristályosodik 1. Az olivin kiválás miatt távolodás Fo ss - től 2. A liquid amikor eléri az R-Q peritektikus vonalat, akkor elkezd pigeonit kristályosodni a liquid + Fo ss = Pig reakció során. 2. A TSC elmozdulása a Pig mező irányába. 3. Az összes Foss felemésztődik a reakció során. Ekkor a liquid áthalad a Pig mezőn. 3. A TSC az En-Di vonalon mozog, ami a kristályosodó Pig összetételének változását jelzi. 4. Amint a liquid összetétele eléri az RT vonalat elindul a Di ss kristályosodása. Elvileg az RT kotektikus vonal mentén Pig is kristályosodik, azonban nagyon kis mennyiségben. 4. A TSC tovább mozog az En-Di vonalon a Diss szakasz irányába. 5. A T invariáns reakciópontban a Pig kárára Di ss és Tr keletkezik. A folyamat addig zajlik, míg van jelen liquid. 5. A TSC közben visszatér a kiinduló pontba. Végeredmény: Pig + Di ss + Tr összetételű kőzet

19 Egyensúlyi kristályosítás – BC(1) - BC(6) Összefoglalás Equilibrium crystallization may be a highly complex process Olivine is partly or wholly destroyed by reaction along the peritectic curve R'QR, and Pr ss may also be destroyed by reaction along QS. The TSC paths in equilibrium crystallization are straight toward any invariant liquid, curved when they represent a mixture of two or more solid phases, and straight along the pyroxene join when the TSC consists of pyroxenes.

20 Frakcionációs kristályosítás - BC(1) The liquid moves away from Fo ss, then away from Pig across the Pig field along a very slightly curved path until it reaches the Di ss boundary RT. The liquid is constrained to this cotectic curve by crystallization of Di ss + Pig, the latter in insignificant amounts. When the liquid reaches T, reaction is prevented by fractionation, and the liquid continues along the cotectic Tm, on which, with the crystallization of Di ss and Tr, it moves to the minimum m, where crystallization is completed. Liquid út Szilárd út ISC1 is Fo ss ISC2 is Pig, of a composition range which can be determined from the tie line boundaries ISC3 is Di ss with a minor amount of Pig ISC4 is a mixture of Di ss and Tr The natural version of "pigite„ would probably be orthopyroxenite of the so- called "Stillwater type", i.e. inverted pigeonite with fat exsolution lamellae of augite in the former basal planes of pigeonite. The natural version of diopsidite might be described as clinopyroxenite. One would not expect to find a quartz- augite rock corresponding to "tridymite diopsidite", for by this stage of a fractional crystallization process, other components of natural magmas would become major, and one would expect to find abundant feldspars, and iron- enriched mafic minerals. Such a final- stage rock might well be a hedenbergite (or ferroaugite) quartz monzonite. if such a minimum does indeed exist, it must be the goal of all liquids in the basaltic part of the system with fractional crystallization.

21 Frakcionációs kristályosítás - BC(2) The liquid moves, as always, away from the ISC's, which are, in turn: Fo ss, Pr ss, Pig, Pig + Tr, Di ss + Tr Natural varieties of the first three ISC's would be the monomineralic rocks dunite, orthopyroxenite of the Bushveld type (with thin exosolution lamellae of augite), and orthopyroxenite of the Stillwater type (with thick exosolution lamellae of augite in the former (001) planes of pigeonite). ISC's 4 and 5 are more remote from typical natural rocks, but might be realized in nature as quartz diorite and quartz monzonite.

22 Frakcionációs kristályosítás - BC(3) BC(3) produces larger amounts of silica- saturated ISC's, consistent with its silica oversaturated location in the diagram.

23 Frakcionációs kristályosítás - BC(4)- BC(8) ISC1 is common to all bulk compositions, and in this case the initial Ca content of Fo ss is correctly shown as varying with the Ca content of the BC. ISC's 2, 3, and 4 are shown only for BC 65-15- 20; ISC 5 is common to all bulk compositions.

24 Frakcionációs kristályosítás BC(1)-BC(2) Összefoglalás Liquids produced in fractional crystallization from the Fo ss field all arrive at m. Di-poor liquids reach m via the cotectic and T, while more Di-rich liquids reach Tm via the pigeonite field and cotectic RT. Common natural rocks for which fractional crystallization in this system serves as a model are dunite, bronzitite (or orthopyroxenite of the Bushveld type), orthopyroxenite of the Stillwater type and websterite. All residual liquids and ISC's are oversaturated in SiO 2, and serve as crude models for granitic liquids and rocks produced by fractional crystallization of ultramafic, basaltic, and intermediate liquids.

25 Egyensúlyi olvadás Equilibrium melting is the exact reverse of equilibrium crystallization, and need not concern us further.

26 Frakcionációs olvadás - BC Kiindulási pont: bulk composition (BC), Pig + Tr-ból álló kőzet  ILC fejlődési út  TSC fejlődési út A kapott Pig összetétel, a BC SiO 2 telítettsége miatt, az EST vonalon lévő olvadékkal tart fenn egyensúlyt. Az adott Pig összetétel tie line-jának EST vonalon lévő metszéspontja így pontosan megadja az F L =0 kiindulási pontot. Az SiO 2 és BC közötti tie line metszi az En-Di vonalat. Ez a hely megadja, hogy milyen a kezdeti Pig összetétel. 1. Az olvadás elindul és Tr és Pig lép be a liquid fázisba. 1. A TSC eközben elmozdul a BC pontból. 2. A keletkező olvadék ILC folyamatos távozását követően az S-be jutunk, ahol a következő reakció játszódik le: Tr + Pig = L + Pr ss mindez egészen addig történik, míg a Tr teljesen el nem fogy, amikor is egy hopp után a Q pontba jutunk. 2. A TSC belép a 4 fázis (Liq, Pr ss, Pig, Tr) egyensúlyával jellemezhető háromszögbe. Ebből az En- Di vonal érintésével távozik, amikor is az SiO 2 túltelített zónát elhagyja, azaz elfogy a Tr. 3. Az ugrást követően Q pontban megkezdődik a Pig = Pr + L reakció. Ez 0.49 F L -ig, azaz Pig jelenlétéig tart. 3. A TSC elmozdulása nem számottevő és távolodó a háromszög Ca-gazdag csúcsától. 4. Már Q pontban elkezdődik az Fo ss megjelenése is a következő reakció révén: Pr ss = Fo ss + L A Pr ss részránya folyamatosan csökken, ami a QR’ vonalon történő elmozdulást jelenti R’ irányába. 4. A TSC folyamatosan az Fo ss csúcs felé tolódik el. 5. Az R’ pontból újabb hopp történik. Az ILC ekkor a maradék Fo ss -t olvasztja meg (a tiszta Fo olvadás pontja 1890°C) The final instantaneous liquid has the composition of Fo, at 1890 °C.

27 Frakcionációs olvadás - BC Az olvadék-szilárd részarányának meghatározása a TLC-nek köszönhető. A TLC egy teoretikus olvadék összetétel változás, amit a frakcionációs olvadás közben létrejövő olvadékcseppeket összekeverésével hozunk létre. A TLC S Q és Fo irányába mutató szakaszai egyenesek, a maradék görbült.

28 Frakcionációs olvadás TSC paths in fractional melting are summarized, where Di-rich compositions are ignored. It can be seen that the major portion of the silica- oversaturated region is dominated by a bundle of TSC paths emanating from invariant point T. The silica undersaturated region is dominated by a bundle emanating from R.

29 Diopszid-gazdag összetételek Diopszid: szilárd oldat kialakulása Fo ss és ensztatit irányába (Mg 2 SiO 4 és MgSiO 3 molekulák beépülése). Di ss mező kiterjedése függ: -a hőmérséklettől -a Di-val együtt előforduló fázisoktól Az x és + pontok nem esnek rá az En-Di vonalra, aminek oka, hogy az En-Di rendszer pszeudobináris (lásd: 7. dia). x összetételű Di ss T pontban lévő, + összetételű Di ss pedig R pontban lévő olvadékkal tart egyensúlyt. A tiszta CaMgSi 2 O 6 összetétel 1391.5 °C-on olvad meg.

30 Diopszid-gazdag összetételek A tiszta CaMgSi 2 O 6 összetétel 1391.5 °C- on olvad meg. Kisebb T-n szemlélve a Di ss mező minden irányba kiterjed (ekkor már magába kebelezi az En-Di vonalat is). Nagyobb hőmérsékleten a Di ss mező összeszűkül egészen addig, míg egy pont marad belőle, amely összetételét a maximális termális stabilitás (maximum thermal stability) néven definiálunk. A maximális termális stabilitás összetételnek megadhatjuk az Fo ss és SiO 2 -vel képzett tie line- jait.

31 Diopszid-gazdag összetételek A model Di ss a 27. és 28. dián megjelenő ovális Di ss mezőnek a tengelyét reprezentálja. A maximális termális stabilitás összetételtől függően, de erre a vonalra esik. Azaz maximális termális stabilitás SiO 2 - vagy Fo ss -vel képzett tie line- jai ezen a vonalon végződnek. Amennyiben egy Di ss - és Fo ss -ból álló rendszert melegítjük az olvadásuk a maximális termális stabilitásban végződő tie line mentén fog bekövetkezni. Egészen pontosan ott, ahol a vizsgált tie line metszi a likvid vonalat M (maximum) pontban. Azok a pontok és vonalak, amely mentén peritektektikus reakció játszódik le „odd”, ahol eutektikus reakció játszódik le „even” néven neveztetik.

32 Diopszid-gazdag összetételek Csökkenő hőmérséklet esetén elmozdulunk M pontból, azaz kristályosítunk. Kezdetben a reakció „even” azaz kotektikus vonalon mozgunk. Azonban pont után a likvid vonal „odd”-ba vált, azaz peritektikus vonalba. Az „even” szakasz során Fo ss keletkezik, míg az „odd” szakaszon Fo ss emésztődik fel. Triangle 3 shows an equilibrium, in which the reaction is odd, i.e., L=Di ss -Fo ss, because the tangent to the liquid path cuts the extension of the tie line Di ss -Fo ss. Az R pontban a likvid+Fo ss =Pig+Di ss reakció játszódik le. A T pontban a likvid + Pig = Tr + Di ss reakció játszódik le.

33 Pigeonit – diopszid határ Kiindulási pont: B (teljes kristályosodás után kőzetalkotó ásványai: Di ss, Pig, Tr) As the liquid has reached RT. In order for crystallization to proceed any further, the liquid must move toward T. In doing so, it will encounter tie lines to diopside that fall progressively above B, and therefore pigeonite must be continually added to the TSC. The reaction along this part of curve RT is therefore undeniably L=Di ss +Pig, an even reaction. Nevertheless, the curve itself here is odd, because its tangent lies on Di minus Pig. The part of the curve nearer T is an even curve, because its tangent now falls between Di and Pig, the composition of Di ss having moved upward.

34 Egyensúlyi kristályosítás – BC(8) 1. Először Di ss válik ki (egyre jobban tiszta Di) A likvid eközben egy görbe mentén mozog a Tm görbe irányába. A Tm kotektikus vonal elérése pillanatában a kijelölhetjük azt az első háromfázisú háromszöget (Di ss – L – Tr). Elindul Tr kristályosodása. 2. A likvid a Tm kotektikus vonalon mozog egészen addig, míg el nem fogy. Ez akkor következik be, amikor a háromszög Di ss -Tr szára áthalad a BC(8) kiindulási összetételen. The minimum m has nothing to do with this particular crystallization path.

35 Feltételezett kétkomponensű rendszer minimum olvadási összetétellel (m) -Az m-ben a szolidusz és a likvidusz egybeesik -Amennyiben egy m összetételű likvid kristályosodik, akkor Tm hőmérsékleten egy homogén kristály fog keletkezni.

36 Likvid és szilárd összetételek a T-X síkba vetítve A fold line ketté választja a képet. A bal oldalon egy már korábbról (29. dia) ismert X-X plot, míg a jobb oldalon, annak projekcióból előállított T-X plot-ja látható. A projekció síkja a Di ss -En síkban van. In the X-X plot, tie lines are shown between Di ss and liquid. One of these tie lines is the unique line Fo ss -M-Di ss, and this plots in projection as a point, a maximum, in the T - X diagram.

37 Projekció In the Fo ss projection, Fig. A., Fo ss is to be understood as an added phase in all regions, since this is a projection from Fo ss. Similarly, Cr or Tr is to be understood in all labels on Fig. B. A) - Q is seen to be a reaction point where Pr ss is converted to Pig. - The change from odd to even reaction along the curve RM cannot be discerned in the T-X diagram, as it is a property of ternary relations involving Fo ss. B) - The isothermal tie line Pig–X–T truncates the Di ss –L loop to the left of the minimum m.

38 G-X diagram G- and T-X diagrams for systems showing melting at a maximum (A) and at a minimum (B). A kisebb G értékű halmazállapot a stabilabb.

39 Di-En vonal piroxénjei – nagy P Gasparik, 2014

40 Di-En vonal piroxénjei - nagy P Gasparik, 2014

41 Di-En vonal piroxénjei - nagy P Gasparik, 2014

42 Kísérleti kőzettani eredmények Two series of anhydrous experiments have been performed in an end-loaded piston cylinder apparatus on a primitive, mantle derived tholeiitic basalt at 1 GPa pressure and temperatures in the range 1060–1330 ° C. Villiger et al., 2004

43 Kísérleti kőzettani eredmények Liquids in the fractional crystallization experiments evolve with progressive silica increase from basalt to dacite, whereas liquids in the equilibrium crystallization experiments remain basaltic and display only a moderate SiO 2 increase accompanied by more pronounced alumina enrichment. The principal phase equilibria controls responsible for these contrasting trends are suppression of the peritectic olivine + liquid = opx reaction, and earlier plagioclase saturation in the fractionation experiments compared with the equilibrium experiments. As a consequence, crystallization processes operating in the lower continental crust or at the base of the crust (10 GPa pressure, 35 km depth) lead to the production of large volumes of ultramafic cumulates (34–57% of the initial liquid mass) prior to the crystallization of gabbroic assemblages. Villiger et al., 2004

44 Kísérleti kőzettani eredmények Increasing H 2 O concentration in the liquid changes the crystallization sequence. Low H 2 O concen- tration in the liquid stabilizes plagioclase earlier than garnet and amphibole while derivative liquids remain quartz normative. Higher H 2 O contents (>3%) sup- press plagioclase and lead to crystallization of amphi- bole and garnet thereby producing derivative corundum normative andesite liquids. The seismic Moho in most arcs probably corresponds to the plagioclase-saturation boundary. However, the combined effects of high total pressure and high H 2 O contents in magmas at the base of arc crust will suppress plagioclase until significant amounts of the initial magma mass is crystallized, possibly up to 60%. This has the interesting consequence that the seismic Moho and the transition from igneous crust to residual mantle peridotite nearly coincide underneath shallow oceanic crust (dry, low pressure crystallization), whereas in subduction-related magmatic arcs the seismic Moho may be significantly shallower than the igneous crust - residual mantle transition (wet, high pressure crystallization). Müntener et al., 2001

45 Application to natural systems I. The minimum m prevents liquids from leaving the Fo-Di-SiO 2 system by fractionation, and is consistent with natural fractionation sequences which lead to pyroxene-quartz-feldspar rocks rather than to wollastonite-bearing siliceous rocks which would result from fractionation out of the system, beyond the maximum M'. Although the natural systems are usually iron-rich, thus making comparison with the system FDS rather tenuous. The reaction of olivine to both Pr ss and Pig is a phenomenon for which much evidence exists in natural rocks. The reaction relation of olivine plus liquid to orthopyroxene is the hallmark of tholeiitic basalts.

46 Application to natural systems II. Muskox layered intrusion, Canada Irvine, 1974

47 Források megjelölése A külön forrással nem megjelölt ábrák forrása a Morse-könyv. Morse, S. A. (1980). Basalts and phase diagrams: an introduction to the quantitative use of phase diagrams in igneous petrology. Springer Verlag. Gasparik, T. (2014). Phase diagrams for geoscientists. An Atlas of the Earth's Interior, Springer Ed., second edition. Villiger, S., Ulmer, P., Müntener, O., & Thompson, A. B. (2004). The liquid line of descent of anhydrous, mantle-derived, tholeiitic liquids by fractional and equilibrium crystallization—an experimental study at 1· 0 GPa. Journal of Petrology, 45(12), 2369-2388. Müntener, O., Kelemen, P. B., & Grove, T. L. (2001). The role of H2O during crystallization of primitive arc magmas under uppermost mantle conditions and genesis of igneous pyroxenites: an experimental study. Contributions to Mineralogy and Petrology, 141(6), 643-658. Irvine, T. N. (1975). Crystallization sequences in the Muskox intrusion and other layered intrusions—II. Origin of chromitite layers and similar deposits of other magmatic ores. Geochimica et Cosmochimica Acta, 39(6), 991-1020.