تشکیل و پایداری کانیها
کانیها تنها در محدودههای دما، فشار و ترکیبی که ساختارهایشان از نظر ترمودینامیکی پایدار هستند، تشکیل شده و باقی میمانند.
Definition
مطالعه شرایط فیزیکی و شیمیایی، که توسط ترمودینامیک و کینتیک کنترل میشوند، و تحت آن کانیها متبلور، دگرگون و پایدار میمانند.
Scope
این موضوع کنترلهای ترمودینامیکی و کینتیکی بر تشکیل کانیها را پوشش میدهد: انرژی آزاد گیبس، نمودارهای فازی و میدانهای پایداری، هستهزایی و رشد بلور، گذارهای چندشکلی، برونجوشیدگی (exsolution)، و تمایز بین پایداری تعادلی و شبهپایدار (metastable). این مبحث توضیح میدهد که چرا مجموعههای کانیایی شرایطی را که سنگها تحت آن تشکیل شدهاند، ثبت میکنند.
Core questions
- چگونه انرژی آزاد گیبس تعیین میکند که کدام کانی در شرایط معین پایدار است؟
- چرا کانیهای شبهپایدار (metastable) در خارج از میدانهای پایداری خود باقی میمانند؟
- چه عواملی سرعت هستهزایی و رشد بلور را کنترل میکنند؟
- چگونه گذارهای چندشکلی و برونجوشیدگی (exsolution) تغییرات شرایط را ثبت میکنند؟
Key theories
- کمینهسازی انرژی آزاد گیبس
- در دما و فشار ثابت، مجموعهای که کمترین انرژی آزاد گیبس کل را دارد، پایدار است، بنابراین مرزهای فازی در فضای فشار-دما نشاندهنده جایی هستند که کانیهای رقیب انرژی آزاد برابری دارند.
- هستهزایی، رشد و شبهپایداری (metastability)
- از آنجایی که تشکیل یک فاز جدید مستلزم غلبه بر یک سد انرژی هستهزایی است، کانیها میتوانند به صورت شبهپایدار (metastably) در خارج از میدانهای پایداری خود باقی بمانند، به همین دلیل بسیاری از سنگها مجموعههای دما بالا یا فشار بالا را در سطح حفظ میکنند.
Clinical relevance
درک پایداری کانیها به زمینشناسان این امکان را میدهد که از مجموعههای کانیایی به عنوان دماسنج و فشارسنج زمینشناسی استفاده کنند، تاریخچههای فشار-دمای سنگها را بازسازی کنند، و واکنشهای کانیایی را در طول دگرگونی، هوازدگی و فرآیندهای صنعتی پیشبینی نمایند.
History
فرمولبندی ترمودینامیک شیمیایی توسط گیبس در قرن نوزدهم، مبنای نظری پایداری کانیها را فراهم کرد؛ سنگشناسان تجربی در قرن بیستم، با مطالعات ذوب بوون آغاز کردند، روابط فازی را در سیستمهای کانیایی ترسیم کردند و ترمودینامیک را به ابزاری عملی برای خواندن تاریخچه سنگها تبدیل نمودند.
Key figures
- J. Willard Gibbs
- Norman L. Bowen
- Andrew Putnis
Related topics
Seminal works
- putnis1992
- anderson2005
Frequently asked questions
- چرا برخی از کانیهای فشار بالا در سطح زمین باقی میمانند؟
- تبدیل آنها به اشکال فشار پایینتر در دماهای پایین از نظر کینتیکی کند است، بنابراین به صورت شبهپایدار (metastably) باقی میمانند؛ الماس، که تنها در اعماق زیاد پایدار است، نمونه کلاسیک این پدیده است.
- میدان پایداری چیست؟
- ناحیهای از نمودار فشار-دما یا ترکیب که در آن یک کانی یا مجموعه خاص کمترین انرژی آزاد را دارد و بنابراین فاز تعادلی محسوب میشود.