10. Inkongurens olvadás: Fo-Qz rendszer

Az előadások a következő témára: "10. Inkongurens olvadás: Fo-Qz rendszer"— Előadás másolata:

1 10. Inkongurens olvadás: Fo-Qz rendszer
Aradi László

2

3 Peritektikus pont: Invariáns reakció pont, ahol az adott hőmérsékleten reakció játszódik le a jelenlévő ásványfázis és a kőzetolvadék között és ennek eredményeképpen egy új ásványfázis keletkezik.

4 1. Olvadék (Fo oldal) Hűlés során forszterit kristályosodik, egészen 1557 °C- ig, amíg az olvadék nem ér le a peritektikus pontba. Az olvadék összetétele a likvidusz mentén változik (1-4.) A peritektikus pontban az olvadék túltelített SiO2-ben, nem tud több Fo kristályosodni, tehát reagálni fog a két komponens: Fo + SiO2  Pr + hő A totál szolid összetétele (TSC) elkezd mozogni az 1557 °C-os izoterma mentén az eredeti összetétel felé (1.). A kristályodás végződésével visszakapjuk az 1. összetételt Fo + Pr keverékeként. A kristályosodás végig a peritektikus pontban zajlik.

5 2. Olvadék (MgSiO3) Hűlés során forszterit kristályosodik, egészen 1557 °C-ig, amíg az olvadék nem ér le a peritektikus pontba. Az olvadék összetétele a likvidusz mentén változik (2-4.) A peritektikus pontban az olvadék túltelített SiO2- ben, nem tud több Fo kristályosodni, tehát reagálni fog a két komponens: Fo + SiO2  Pr + hő A totál szolid összetétele elkezd mozogni az 1557 °C- os izoterma mentén az eredeti összetétel felé (2.). A kristályodás végződésével az összes olvadék elreagál a Fo-val, masszív piroxént kristályosítva

6 Egyensúlyi kristályosodás
3. példa: BC: SiO2>En (*) Mg2SiO4 + SiO2 = Mg2Si2O6 (A) Fo kezd kristályosodni  csak Fo kristályosodik  R pont (1557 °C): reakció kezdődik a Fo és L között (L már túl gazdag SiO2-ben, Fo nem stabil): Fo+SiO2=Pr (*) A  TSC: BC felé halad az 1557 °C-os izoterma mentén TSC L összetétel  Fo teljesen elreagál  TSC eléri En-t  L+Pr  csak Pr kristályosodik E pont (1543 °C): Pr+L+Cr, TSC eléri BC-t, L elfogy  kristályosodás vége  szilárd Pr+Cr

7 3. Olvadék (En+ SiO2) Hűlés során forszterit kristályosodik, egészen 1557 °C-ig, amíg az olvadék nem ér le a peritektikus pontba. Az olvadék összetétele a likvidusz mentén változik (3.-4.) A peritektikus pontban az olvadék túltelített SiO2-ben, nem tud több Fo kristályosodni, tehát reagálni fog a két komponens: Fo + SiO2  Pr + hő A totál szolid összetétele elkezd mozogni az 1557 °C-os izoterma mentén az eredeti összetétel felé (3.). Azonban miután az összes Fo reagált piroxénné, még marad livkid. Kétfázisú eutektikumra egyszerűsödik a rendszer, további Pr kristályosodik amíg az olvadék nem éri el az eutektikus pontot 1543 °C- on. Ekkor megkezdődik az olvadékból a krisztobalit kristályosodása, egészen addig, amíg a TSC el nem éri a 3. pontot En-ből. Tanulság: Egyensúlyi kristályosodás esetén forszteritet nem tartalmazhat olyan kőzet, ami később SiO2-ásványt kristályosított. 4. Olvadék Kétkomponensű eutektikum, lásd fent., infinitezimálisan kicsi forszterittel, amely rögtön piroxénné alakul. 5. Olvadék Kétkomponensű eutektikum

8 Részleges szegély: En-től balra lévő olvadékösszetétel
Tholeiites és szubalkáli bazaltok jellemző szövete: ortopiroxén szegély olivinen Részleges szegély: En-től balra lévő olvadékösszetétel Teljes szegély: egyensúlyi helyzet nem állt fenn  piroxén szegély megvédi az olivint a teljes átalakulástól Frakcionációs kristályosodás esetén a peritektikus ponton az olivin körül ensztatitos szegély alakul ki, az olvadék összetétele azonban tovább mozog az eutektikuspont (E) felé, ahol ensztatit és krisztobalit válik ki. Harangi – Kőzettan BSc Stillwater Complex: olivin zárvány opx-ben

9 Immiscible Liquids Cool X = n At 1960oC hit solvus exsolution
® 2 liquids o and p f = 2 F = 1 both liquids follow solvus Mafic-rich liquid Silica-rich Crst 1695 Reaction? At 1695oC get Crst also

10 Olvadás – Pr+Cr Pr+Cr: 1543°C-on, eutektikus olvadék keletkezik. Cr elfogyásával R-felé mozdul a rendszer (Mg-gazdag rendszer esetén).Pr is elfogy, amennyiben E és R között van a bulk összetétel. Ha R- től balra van az összetétel, akkor R-ben megáll az olvadás, amíg az alábbi reakció nem játszódik le: Pr + hő  Fo + likvid inkongruens olvadás Pr elfogyása után az olvadék a Fo likviduszán mozog tovább, amíg Fo el nem fogy. Tanulság: SiO2 túltelített rendszer olvadása során Fo keletkezik!

11 Olvadás – Pr+Fo Pr+Fo: 1557°C-on R- ben: Pr + hő  Fo + likvid inkongruens olvadás Amíg Pr el nem fogy és TSC = Fo Majd Fo likviduszán mozog tovább, amíg Fo el nem fogy. Tanulság: SiO2 telített rendszer olvadása közben SiO2 túltelített olvadék keletkezik (amíg Pr rendelkezésre áll)

12 Frakcionációs olvadás
Pr+Cr: eutektikus olvadék képződik, amit eltávolítunk: TSC Pr-felé mozog (1543 °C), amg Cr el nem fogy. Ezután 1557 °C-on folytatódik az olvadás R-ben. R olvadékot eltávolítva (Pr olvad) Fo marad a rendszerben (5 %), ami 1890 °C-on olvad majd meg. Eredménye ugyanaz, mint az egyensúlyi olvadásnak, csak E és R olvadékok képződnek közben.

13 G – X diagramok T1: Fo+L stabil Pr-el szemben
T2: Pr metastabil kongruens olvadási hőmérséklete T3: 1557°C (R) Fo + Pr + L a minimumon T4: eutektikum

14 Pressure Effects Different phases have different compressibilities
Thus P will change Gibbs Free Energy differentially Raises melting point Shift eutectic position (and thus X of first melt, etc.) Thermal barrier Note effect on Fo-SiO2 system: Raises m.p. Hi P -> eutectic Figure The system Fo-SiO2 at atmospheric pressure and 1.2 GPa. After Bowen and Schairer (1935), Am. J. Sci., Chen and Presnall (1975) Am. Min.

15 Pressure Effects Different phases have different compressibilities
Thus P will change Gibbs Free Energy differentially Raises melting point Shift eutectic position (and thus X of first melt, etc.)

16 Szabadentalpia (G) - X

17 11. Inkongurens olvadás terner rendszerben: Fo-An-Qz rendszer

18 Inkongruens olvadás három komponensű rendszerben: Fo-An-SiO2
E: ternáris eutektikus pont 1220 °C, 3 izobár kotektikus vonal találkozásánál

19 Egyensúlyi kristályosodás – P (SiO2 telítetlen)
Likvid L vonalon a Fo-Pr peritektikus vonalig: FL =0.53 FS=0.47, TSC = Fo Pr kezd kristályodni (peritektikus vonal Fo+L  Pr) Olvadék R felé, TSC Pr felé halad tovább FL =0.28-nál éri el az olvadék a peritektikus pontot, TSC P és R felé  An és Pr kristályosodik, a Fo folyamatosan emésztődik, de még marad (0.35) míg a TSC eléri a kiindulási összetételt

20 Egyensúlyi kristályosodás – Q (SiO2 telített)
Alapjaiban P-hez hasonló, lényegi különbség, hogy az utolsó csepp R összetételű olvadék elreagál az utolsó Fo- val (lásd előadás első fele!). TSC An vonalon  csak An és En van a végső kikristályosodott anyagban

21 Egyensúlyi kristályosodás – S (SiO2 túltelített)
Fo elfogyásakor még 43 % (TSC = An+Pr) olvadék, ami a peritektikus pontból elmozdul az eutektikus pont felé, TSC pedig az An-En vonalon felfelé. Olvadék eléri az eutektikus pontot -> tridimit kezd kristályosodni, és itt is fejeződik be.

22 Egyensúlyi kristályosodás – T (SiO2 túltelített)
Fo előbb elfogy (TSC csak Pr), minthogy az olvadék (0.68) el tudna jutni a peritektikus pontba  Pr+L mezőbe léphetünk, 51% olvadékig csak Pr válik ki An megjelenik, TSC An-En vonalon mozog (lásd S). A likvid eléri E-t (28%) és ott is marad a kristályosodás végéig

23 En-R vonaltól balra lesz peritektikus olvadék, ettől jobbra (pl
En-R vonaltól balra lesz peritektikus olvadék, ettől jobbra (pl. T) sosem En-E-től balra fekvő összetételek esetén az olvadék E-be L (An, Pr)-en keresztül, ettől jobbra L (Pr,Tr)-en keresztül

24 Egyensúlyi kristályosodás – U
Likvid közvetlenül R pontba kerül, TSC Fo-ból elindul U felé, miközben An és Pr kristályosodik a Fo mellett. U-R vonaltól balra fekvő olvadékokból Fo+An kristályosodik, mielőtt eljutna a peritektikus pontba. W: Pr kristályosodik FL=0.58-ig, miután Tr kristályosodik, olvadék pedig elindul a kotektikus L (Pr, Tr) vonalon, az eutektikus pontig (FL=0.50-nél).

25 Egyensúlyi kristályosodás – X
An kristályosodik, An-Fo kotektikus vonalat éri el az olvadék R előtt. FL=0.82-ig Fo+An (TSC An-Fo vonalon) FL=0.65-nél eléri az olvadék R- t, 0.39-ig ott marad miközben TSC R-felé mozdul. Fo elfogy, likvid E-felé An+Pr-t kristályosítva. FL=0.12től eutektikus kristályosodás E-ben  anortózitos nórit (nincs olivin!) V?

26 Frakcionációs kristályosodás – P
Olivin mindig megmarad, olvadék mindig eléri az eutektikus pontot. Olvadék pontozott vonalon halad 53 % olvadéknál Pr-Fo határ, de Fo eltűnt, belemehetünk a Pr mezejébe, egészen a Pr- An kotektikus vonalig. Elérve E felé indul, és maradék 20 % eutektikus olvadékból kristályosodik. Végső termék: Fo (dunit), Pr (bronzitite),Pr+An (nórit),Pr+An+Tr (Qz monzonit) QST: Egyre kevesebb olivin, egyre több Pr, An és eutektikus összetétel

27 Frakcionációs kristályosodás – U, V, W, X
U: Fo, An+Pr, E V: Pr, Pr+An, E W: Pr, Pr+Tr, E X: An, An+Fo, An+Pr, E

28 Frakcionációs olvadás - T
En+An+Tri kiindulási „kőzet” 1220°C eutektikus olvadék a hármas pontokban, ahol mindhárom fázis érintkezik Tovább hevítve állandó T-n folytatódik, amíg Tri el nem fogy  An+En vonalon leszünk (FL=0.28) [eddig megegyezik az egyensúlyi/frakc. kristályosodással. Folyamatos olvadék eltávolítás nem reális a természetben, de itt ez nem jelent gondot, nem okoz különbséget ha a 28% egyben, vagy folyamatosan távozik a kőzetből] Olvadás megáll, 1270°C-on indul meg a további a peritektikus pontban: An + Pr  Fo + L, míg An el nem fogy (FL=0.52). Az olvadék összetétele E-R keveredési vonalon, nem pedig a kotektikus vonalon! Olvadék eltávozásával En-Fo szoliduszáig (C,Fo-SiO2 peritektikus pontba, 1557°C) nem történik további olvadás

29 Frakcionációs olvadás
An-E és E-En vonaltól jobbra csak E olvadék keletkezik, összes többiben megjelenik a peritektikus R összetétel Érdekesség: SiO2-ben alultelített rendszerek esetén olvadás során nem jelenik meg E olvadék, azonban kristályosodás során akár jelentős mennyiségben is

30

31 Zafirin: (Mg,Al)8(Al,Si)6O20

32 Stillwater Complex