تكون المعادن واستقرارها
تتكون المعادن وتستمر فقط ضمن نطاقات درجة الحرارة والضغط والتركيب التي تكون فيها هياكلها مستقرة ديناميكيًا حراريًا.
Definition
دراسة الظروف الفيزيائية والكيميائية، التي تحكمها الديناميكا الحرارية والحركية، والتي تتشكل فيها المعادن وتتحول وتبقى مستقرة.
Scope
يغطي هذا الموضوع الضوابط الديناميكية الحرارية والحركية لتكون المعادن: طاقة غيبس الحرة، مخططات الأطوار ومجالات الاستقرار، التنوّي ونمو البلورات، التحولات متعددة الأشكال (polymorphic transitions)، الانفصال (exsolution)، والتمييز بين الاستقرار التوازني والاستقرار شبه المستقر (metastable persistence). ويوضح لماذا تسجل التجمعات المعدنية الظروف التي تشكلت فيها الصخور.
Core questions
- كيف تحدد طاقة غيبس الحرة أي معدن مستقر في ظروف معينة؟
- لماذا تستمر المعادن شبه المستقرة (metastable) خارج مجالات استقرارها؟
- ما الذي يتحكم في معدل التنوّي ونمو البلورات؟
- كيف تسجل التحولات متعددة الأشكال (polymorphic transitions) والانفصال (exsolution) الظروف المتغيرة؟
Key theories
- تقليل طاقة غيبس الحرة
- عند درجة حرارة وضغط ثابتين، يكون التجمع ذو أقل طاقة غيبس حرة كلية هو المستقر، لذا فإن حدود الأطوار في فضاء الضغط ودرجة الحرارة تشير إلى حيث تتساوى طاقة المعادن المتنافسة الحرة.
- التنوّي، النمو، والاستقرار شبه المستقر
- نظرًا لأن تشكيل طور جديد يتطلب التغلب على حاجز طاقة التنوّي، يمكن للمعادن أن تستمر بشكل شبه مستقر خارج مجالات استقرارها، وهذا هو السبب في أن العديد من الصخور تحتفظ بتجمعات ذات درجة حرارة عالية أو ضغط عالٍ على السطح.
Clinical relevance
يتيح فهم استقرار المعادن لعلماء الجيولوجيا استخدام التجمعات المعدنية كمقاييس حرارة ومقاييس ضغط جيولوجية، وإعادة بناء تاريخ الصخور من حيث الضغط ودرجة الحرارة، والتنبؤ بالتفاعلات المعدنية أثناء التحول، التجوية، والمعالجة الصناعية.
History
قدمت صياغة غيبس للديناميكا الحرارية الكيميائية في القرن التاسع عشر الأساس النظري لاستقرار المعادن؛ وقام علماء البترول التجريبيون في القرن العشرين، بدءًا من دراسات بوين للانصهار، برسم خرائط علاقات الأطوار في الأنظمة المعدنية، محولين الديناميكا الحرارية إلى أداة عملية لقراءة تاريخ الصخور.
Key figures
- J. Willard Gibbs
- Norman L. Bowen
- Andrew Putnis
Related topics
Seminal works
- putnis1992
- anderson2005
Frequently asked questions
- لماذا تنجو بعض المعادن عالية الضغط على السطح؟
- تحولها إلى أشكال ذات ضغط أقل بطيء حركيًا عند درجات حرارة منخفضة، لذا فإنها تستمر بشكل شبه مستقر؛ والماس، المستقر فقط في الأعماق الكبيرة، هو المثال الكلاسيكي.
- ما هو مجال الاستقرار؟
- المنطقة في مخطط الضغط ودرجة الحرارة أو التركيب التي يكون فيها معدن معين أو تجمع معين يمتلك أقل طاقة حرة، وبالتالي يكون هو الطور التوازني.