физ -хим основы петрологии лекция 7 Лекция 7

физ. -хим. основы петрологии, лекция 7 Лекция 7. Двухкомпонентные системы Системы эвтектического типа: Альбит-Кремнезем, Диопсид-Анортит

физ. -хим. основы петрологии, лекция 7 Системы эвтектического типа: общие особенности Условия двухкомопнентности системы: 1) на оси Т° каждый минерал с конгруэнтным плавлением является однокомпонентной системой – это Q, Ab, An, Ne, Le, Dy, Fo, Fa. Этому условию не удовлетворяют минералы переменного состава – Bt, Kfs, En (Hyp), Hbl и другие минералы переменного состава. 2) на оси концентраций в интервале 0 – 100 % система все время должна оставаться двухкомпонентной. Этому условию удовлетворяют не все минералы – например в системе An – Fo появляется промежуточный компонент – Sp. 3) Процессы происходят в равновесной закрытой системе. Состав системы всегда находится в пределах отрезка фаз. Если Т системы лежит на конце отрезка фаз, то вторая фаза в системе либо появляется, либо исчезает.

физ. -хим. основы петрологии, лекция 7 Ход равновесной кристаллизации можно изобразить на графике «температура – время» : кристаллизация всегда заканчивается, плавление всегда начинается в эвтектике

физ. -хим. основы петрологии, лекция 7 Способы нарушения равновесия системы – процессы дифференциации (то есть изменения состава системы в ходе ее кристаллизации): 1) кристаллизационная дифференциация (фракционирование) – удаление кристаллов каким-либо способом из магмы (обычногравитационные причины); 2) динамическая дифференциация – при движении магмы по трещинам. Например, магма перемещается по трещинам, уже есть вкрапленники; твердые минералы, цепляясь за стенки, отстают от расплава. 3) отжим жидкости – происходит при тектонических деформациях

физ. -хим. основы петрологии, лекция 7 При удалении твердого компонента состав системы изменяется, и соответствует составу остаточной жидкости, при кристаллизации которой мы получим другой состав (или соотношение) конечных фаз. Фракционная кристаллизация также заканчивается в эвтектике. Благодаря проявлению процессов дифференциации (фракционной кристаллизации) возможны случаи получения из одной родоначальной магмы двух разных пород – анхимономинеральной и эвтектического состава. «Анхи» = почти.

физ. -хим. основы петрологии, лекция 7 Система Na. Al. Si 3 O 8 – Si. O 2 (альбит – кремнезем)

физ. -хим. основы петрологии, лекция 7 Система Ab-Si. O 2 – упрощенная модель гаплогранитной системы. Гапло- (греч. haploos простой, одиночный) - составная часть сложных слов, означающая «простой» , «одиночный» , «непарный» . Первые порции расплава появляются в эвтектической точке на границе зерен Qtz и Ab. Любое плавление в системе начинается с эвтектики. При этом количественное соотношение фаз в породе не влияет на состав первых порций расплава (эвтектической выплавки) – он всегда будет постоянным. Температура сухой эвтектики ~ 1000 С. Гранитные расплавы могут теоретически образоваться в сухой системе в земной коре, если есть достаточный тепловой источник (например внедрение расплавов основного состава). Исходя из наличия эвтектики, кислый расплав можно выплавить даже из породы базальтового состава. В присутствии летучих компонентов (H 2 O прежде всего), температура эвтектики существенно понижается (до 600 – 700 С). Разнообразие составов гранитных эвтектических выплавок – из-за разных давлений и разных летучих компонентов.

физ. -хим. основы петрологии, лекция 7 Динамика кристаллизации системы «альбит – кремнезем» с учетом полиморфных переходов в системе кремнезема Температуры полиморфных превращений будут те же, что и для однокомпонентной системы в том случае, если второй компонент не образует твердых растворов с фазами состава Si. O 2. Это утверждение справедливо и для других систем.

физ. -хим. основы петрологии, лекция 7 Система Ca. Mg. Si 2 O 6 – Ca. Al 2 Si 2 O 8 (диопсид – анортит) Впервые изучена Н. Боуэном с коллегами в 1915 году.

физ. -хим. основы петрологии, лекция 7 Ультраосновные породы могут образоваться из базальтового расплава если кристаллизация идет по диопсидовой ветви. Плагиоклазовые породы (анортозиты или лабрадориты) – если кристаллизация идет по анортитовой ветви. Ультраосновные горные породы слагают мантию Земли. При высоких степенях плавления этих пород возможно появление расплавов ультраосновного состава. Обычно ультраосновные породы, наблюдаемые на поверхности Земли – твердые реститы от плавления, их обычно можно наблюдать пределах складчатых систем в офиолитовых комплексах фрагментах подлитосферной мантии Земли, выведенных на поверхность в ходе тектонических процессов. Анортозиты – уникальные породы. Они часто встречаются в расслоенных сериях основных горных пород, являясь результатом фракционной кристаллизации основных магм (наш случай – кристаллизация по анортитовой ветви). Анортозиты часто слагают крупные самостоятельные интрузии, такие широко распространены на Луне, и в пределах древних кратонов (Украина, Канада, Финляндия). Важная особенность анортозитов – отсутствие эффузивных аналогов.

Chapter 20: Anorthosites Figure 20 -1 a. a. “Snowflake” clusters of plagioclase crystals from the Fiskenæsset complex, W. Greenland. Myers (1985) Stratigraphy and structure of the Fiskenæsset complex, West Greenland. Grønl. Geol. Unders. Bull 150. Photograph courtesy John Myers. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Chapter 20: Anorthosites Figure 20 -1 a. a. Typical texture of Archean anorthosite. From the Fiskenæsset complex, W. Greenland. Myers (1985) Stratigraphy and structure of the Fiskenæsset complex, West Greenland. Grønl. Geol. Unders. Bull 150. Photograph courtesy John Myers. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

физ. -хим. основы петрологии, лекция 7 Основные гипотезы происхождения анортозитов следующие: 1) Фракционная кристаллизация больших объемов первичных магм базитового состава: габброидно-анортозитовой или высокоглиноземистых базальтов – при этом предполагается всплывание кристаллов плагиоклаза в базальтовой магме; либо среднего состава (монцонитовой, андезитовой) – предполагается кумуляция кристаллов плагиоклаза. 2) Частичное плавление материала (метаморфизованных магматических или анортозитовым реститом. базитового состава осадочных пород) с

Chapter 20: Anorthosites a. Mantle-derived magma underplates the crust as it becomes density equilibrated. Figure 20 -2. Model for the generation of Massif-type anorthosites. From Ashwall (1993) Anorthosites. Springer-Verlag. Berlin. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Chapter 20: Anorthosites b. Crystallization of mafic phases (which sink), and partial melting of the crust above the ponded magma. The melt becomes enriched in Al and Fe/Mg. Figure 20 -2. Model for the generation of Massif-type anorthosites. From Ashwall (1993) Anorthosites. Springer-Verlag. Berlin. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Chapter 20: Anorthosites c. Plagioclase forms when the melt is sufficiently enriched. Plagioclase rises to the top of the chamber whereas mafics sink. Figure 20 -2. Model for the generation of Massif-type anorthosites. From Ashwall (1993) Anorthosites. Springer-Verlag. Berlin. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Chapter 20: Anorthosites d. Plagioclase accumulations become less dense than the crust above and rise as crystal mush plutons. Figure 20 -2. Model for the generation of Massif-type anorthosites. From Ashwall (1993) Anorthosites. Springer-Verlag. Berlin. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Chapter 20: Anorthosites e. Plagioclase plutons coalesce to form massif anorthosite, whereas granitoid crustal melts rise to shallow levels as well. Mafic cumulates remain at depth or detach and sink into the mantle. Figure 20 -2. Model for the generation of Massif-type anorthosites. From Ashwall (1993) Anorthosites. Springer-Verlag. Berlin. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

физ. -хим. основы петрологии, лекция 7 Система Ca. Al 2 Si 2 O 8 – Ca. Mg. Si 2 O 6 при высоких давлениях При больших давлениях (20 кбар) при плавлении на глубине в выплавках 75 % An

физ. -хим. основы петрологии, лекция 7 Система Ca. Al 2 Si 2 O 8 – Ca. Mg. Si 2 O 6 при высоких давлениях, c H 2 O В присутствии летучих (воды) температуры фазовых переходов существенно понижаются, а в эвтектических выплавках – до 80 % An

физ. -хим. основы петрологии, лекция 7 Петрологические выводы из диаграммы An-Di: 1) Диаграмма гаплобазальтовой системы объясняет постоянство состава наиболее распространенных на Земле базальтовых магм – толеитовых базальтов, которые образованы в результате частичного плавления в мантии. 2) Диаграмма иллюстрирует физико-химическую возможность получать из одного исходного расплава породы разного состава - от анортозитов до ультраосновных пород.

физ. -хим. основы петрологии, лекция 7