Formação e Estabilidade Mineral

Os minerais formam-se e persistem apenas dentro das faixas de temperatura, pressão e composição onde as suas estruturas são termodinamicamente estáveis.

Definition

O estudo das condições físicas e químicas, governadas pela termodinâmica e cinética, sob as quais os minerais cristalizam, transformam-se e permanecem estáveis.

Scope

Este tópico abrange os controlos termodinâmicos e cinéticos na formação mineral: energia livre de Gibbs, diagramas de fase e campos de estabilidade, nucleação e crescimento cristalino, transições polimórficas, exsolução e a distinção entre persistência em equilíbrio e metaestável. Explica por que as associações minerais registam as condições sob as quais as rochas se formaram.

Core questions

• Como a energia livre de Gibbs determina qual mineral é estável em dadas condições?
• Por que os minerais metaestáveis persistem fora dos seus campos de estabilidade?
• O que controla a taxa de nucleação e crescimento cristalino?
• Como as transições polimórficas e a exsolução registam as condições em mudança?

Key theories

Minimização da energia livre de Gibbs

A uma temperatura e pressão fixas, a associação com a menor energia livre total de Gibbs é estável, de modo que os limites de fase no espaço pressão-temperatura marcam onde os minerais concorrentes têm energia livre igual.

Nucleação, crescimento e metaestabilidade

Como a formação de uma nova fase requer a superação de uma barreira de energia de nucleação, os minerais podem persistir metaestavelmente fora dos seus campos de estabilidade, razão pela qual muitas rochas preservam associações de alta temperatura ou alta pressão na superfície.

Clinical relevance

A compreensão da estabilidade mineral permite aos geólogos usar associações minerais como geotermómetros e geobarómetros, reconstruir as histórias de pressão-temperatura das rochas e prever reações minerais durante o metamorfismo, intemperismo e processamento industrial.

History

A formulação da termodinâmica química de Gibbs no século XIX forneceu a base teórica para a estabilidade mineral; petrologistas experimentais no século XX, começando com os estudos de fusão de Bowen, mapearam as relações de fase em sistemas minerais, transformando a termodinâmica numa ferramenta prática para ler as histórias das rochas.

Key figures

• J. Willard Gibbs
• Norman L. Bowen
• Andrew Putnis

Seminal works

• putnis1992
• anderson2005

Frequently asked questions

Por que alguns minerais de alta pressão sobrevivem na superfície?

A sua transformação para formas de menor pressão é cineticamente lenta a baixas temperaturas, então eles persistem metaestavelmente; o diamante, estável apenas em grandes profundidades, é o exemplo clássico.

O que é um campo de estabilidade?

A região de um diagrama de pressão-temperatura ou composição dentro da qual um determinado mineral ou associação tem a menor energia livre e é, portanto, a fase de equilíbrio.