相平衡と融解

相図は、温度、圧力、組成の関数として鉱物とメルトがどのように共存するかを記述し、融解と結晶化のための定量的な枠組みを提供する。

Definition

温度、圧力、組成の関数として、鉱物とケイ酸塩メルト間の平衡関係を研究し、融解および結晶化経路を予測するために使用される。

Scope

このトピックでは、ギブズの相律、共晶、包晶、固溶体挙動を伴う二成分および三成分相図、平衡結晶化と分別結晶化および融解の対比、ならびに融解に対する圧力と揮発性物質の影響について扱う。これは、熱力学と火成岩の岩石学を結びつける実験的基礎である。

Core questions

• ギブズの相律は、共存する相の数をどのように制約するか？
• 二成分相図から共晶関係と包晶関係はどのように読み取られるか？
• 平衡結晶化経路と分別結晶化経路はどのように異なるか？
• 圧力と含水量は融解温度をどのように変化させるか？

Key theories

ギブズの相律

関係式 F = C - P + 2 は、自由度を成分と共存する相に結びつけ、いくつの相が共存できるか、そして不変、一変、二変平衡が相図上にどのように現れるかを支配する。

ケイ酸塩系の実験的相平衡

ボーエンによって開拓された、フォルステライト-ダイオプサイド-シリカ系や斜長石二成分系などの系における融解関係の実験的決定は、共晶および包晶挙動を確立し、天然マグマの結晶化シーケンスを定量化した。

Clinical relevance

相平衡により、岩石学者は結晶化順序を予測し、マグマの温度と深さを推定し、マントルにおける部分融解をモデル化し、火成岩に保存されている鉱物集合とゾーニングを解釈することができる。

History

1870年代にギブズの相律が理論を提供し、20世紀初頭にボーエンとその同僚が率いる地球物理学研究所がケイ酸塩系の融解関係を実験的に決定した。その後、モースの教科書が火成岩石学におけるその定量的使用を体系化した。

Key figures

• Norman L. Bowen
• J. Willard Gibbs
• S. A. Morse

Seminal works

• bowen1928
• morse1980
• winter2013

Frequently asked questions

共晶とは何か？

液体が2つ以上の鉱物を同時に結晶化する組成と温度であり、系内で最も低い融点である。多くのマグマは結晶化するにつれて共晶組成に近づく。

水が岩石の融解温度を下げるのはなぜか？

溶解した水はケイ酸塩メルト構造を破壊し、液体を安定化させることで固相線を低下させるため、含水岩石は乾燥岩石よりも著しく低い温度で融解を開始する。