Équilibres de phases et fusion
Les diagrammes de phases décrivent la coexistence des minéraux et de la masse fondue en fonction de la température, de la pression et de la composition, fournissant le cadre quantitatif pour la fusion et la cristallisation.
Definition
L'étude des relations d'équilibre entre les minéraux et la masse fondue silicatée en fonction de la température, de la pression et de la composition, utilisée pour prédire les chemins de fusion et de cristallisation.
Scope
Ce sujet couvre la règle des phases de Gibbs, les diagrammes de phases binaires et ternaires avec les comportements eutectique, péritectique et de solution solide, le contraste entre la cristallisation et la fusion à l'équilibre et fractionnée, ainsi que les effets de la pression et des volatils sur la fusion. Il constitue le fondement expérimental reliant la thermodynamique à la pétrologie des roches ignées.
Core questions
- Comment la règle des phases de Gibbs contraint-elle le nombre de phases coexistantes ?
- Comment les relations eutectiques et péritectiques sont-elles lues à partir des diagrammes de phases binaires ?
- En quoi les chemins de cristallisation à l'équilibre et fractionnée diffèrent-ils ?
- Comment la pression et la teneur en eau modifient-elles les températures de fusion ?
Key theories
- Règle des phases de Gibbs
- La relation F = C - P + 2 lie le nombre de degrés de liberté aux composants et aux phases coexistantes, régissant le nombre de phases pouvant coexister et la manière dont les équilibres invariants, univariants et divariants apparaissent sur les diagrammes de phases.
- Équilibres de phases expérimentaux des systèmes silicatés
- La détermination en laboratoire des relations de fusion dans des systèmes tels que forstérite-diopside-silice et le binaire plagioclase, initiée par Bowen, a établi les comportements eutectique et péritectique et a quantifié les séquences de cristallisation des magmas naturels.
Clinical relevance
Les équilibres de phases permettent aux pétrologues de prédire les ordres de cristallisation, d'estimer les températures et les profondeurs des magmas, de modéliser la fusion partielle dans le manteau, et d'interpréter les assemblages minéralogiques et la zonation préservés dans les roches ignées.
History
La règle des phases de Gibbs a fourni la théorie dans les années 1870 ; le Geophysical Laboratory, sous la direction de Bowen et de ses collègues, a déterminé expérimentalement les relations de fusion des systèmes silicatés au début du XXe siècle, et le manuel de Morse a ensuite codifié leur utilisation quantitative en pétrologie ignée.
Key figures
- Norman L. Bowen
- J. Willard Gibbs
- S. A. Morse
Related topics
Seminal works
- bowen1928
- morse1980
- winter2013
Frequently asked questions
- Qu'est-ce qu'un eutectique ?
- La composition et la température auxquelles un liquide cristallise simultanément deux minéraux ou plus, le point de fusion le plus bas d'un système ; de nombreux magmas approchent des compositions eutectiques à mesure qu'ils cristallisent.
- Pourquoi l'ajout d'eau abaisse-t-il la température de fusion de la roche ?
- L'eau dissoute perturbe la structure de la masse fondue silicatée et stabilise le liquide, abaissant le solidus de sorte que les roches hydratées commencent à fondre à des températures significativement plus basses que les roches anhydres.