Formación y Estabilidad de Minerales
Los minerales se forman y persisten solo dentro de los rangos de temperatura, presión y composición en los que sus estructuras son termodinámicamente estables.
Definition
El estudio de las condiciones físicas y químicas, regidas por la termodinámica y la cinética, bajo las cuales los minerales cristalizan, se transforman y permanecen estables.
Scope
Este tema abarca los controles termodinámicos y cinéticos sobre la formación de minerales: energía libre de Gibbs, diagramas de fase y campos de estabilidad, nucleación y crecimiento de cristales, transiciones polimórficas, exsolución y la distinción entre persistencia en equilibrio y metaestable. Explica por qué los conjuntos minerales registran las condiciones bajo las cuales se formaron las rocas.
Core questions
- ¿Cómo determina la energía libre de Gibbs qué mineral es estable en condiciones dadas?
- ¿Por qué persisten los minerales metaestables fuera de sus campos de estabilidad?
- ¿Qué controla la velocidad de nucleación y crecimiento de cristales?
- ¿Cómo registran las transiciones polimórficas y la exsolución las condiciones cambiantes?
Key theories
- Minimización de la energía libre de Gibbs
- A temperatura y presión fijas, el conjunto con la energía libre de Gibbs total más baja es estable, por lo que los límites de fase en el espacio de presión-temperatura marcan dónde los minerales competidores tienen igual energía libre.
- Nucleación, crecimiento y metaestabilidad
- Debido a que la formación de una nueva fase requiere superar una barrera de energía de nucleación, los minerales pueden persistir metaestablemente fuera de sus campos de estabilidad, razón por la cual muchas rocas conservan conjuntos de alta temperatura o alta presión en la superficie.
Clinical relevance
Comprender la estabilidad de los minerales permite a los geólogos utilizar los conjuntos minerales como geotermómetros y geobarómetros, reconstruir las historias de presión-temperatura de las rocas y predecir las reacciones minerales durante el metamorfismo, la meteorización y el procesamiento industrial.
History
La formulación de la termodinámica química de Gibbs en el siglo XIX proporcionó la base teórica para la estabilidad de los minerales; los petrólogos experimentales en el siglo XX, comenzando con los estudios de fusión de Bowen, mapearon las relaciones de fase en los sistemas minerales, convirtiendo la termodinámica en una herramienta práctica para leer las historias de las rocas.
Key figures
- J. Willard Gibbs
- Norman L. Bowen
- Andrew Putnis
Related topics
Seminal works
- putnis1992
- anderson2005
Frequently asked questions
- ¿Por qué algunos minerales de alta presión sobreviven en la superficie?
- Su transformación a formas de menor presión es cinéticamente lenta a bajas temperaturas, por lo que persisten metaestablemente; el diamante, estable solo a gran profundidad, es el ejemplo clásico.
- ¿Qué es un campo de estabilidad?
- La región de un diagrama de presión-temperatura o composición dentro de la cual un mineral o conjunto particular tiene la energía libre más baja y es, por lo tanto, la fase de equilibrio.