Фазовые равновесия и плавление

Фазовые диаграммы описывают сосуществование минералов и расплава в зависимости от температуры, давления и состава, обеспечивая количественную основу для процессов плавления и кристаллизации.

Definition

Изучение равновесных взаимосвязей между минералами и силикатным расплавом в зависимости от температуры, давления и состава, используемое для прогнозирования путей плавления и кристаллизации.

Scope

Эта тема охватывает правило фаз Гиббса, бинарные и тройные фазовые диаграммы с эвтектическим, перитектическим поведением и поведением твердых растворов, различие между равновесной и фракционной кристаллизацией и плавлением, а также влияние давления и летучих компонентов на плавление. Это экспериментальная основа, связывающая термодинамику с петрологией магматических пород.

Core questions

• Как правило фаз Гиббса ограничивает количество сосуществующих фаз?
• Как считываются эвтектические и перитектические отношения с бинарных фазовых диаграмм?
• Чем отличаются пути равновесной и фракционной кристаллизации?
• Как давление и содержание воды влияют на температуры плавления?

Key theories

Правило фаз Гиббса

Соотношение F = C - P + 2 связывает число степеней свободы с компонентами и сосуществующими фазами, определяя, сколько фаз может сосуществовать и как инвариантные, унивариантные и дивариантные равновесия отображаются на фазовых диаграммах.

Экспериментальные фазовые равновесия силикатных систем

Лабораторное определение отношений плавления в таких системах, как форстерит-диопсид-кремнезем и плагиоклазовый бинар, впервые проведенное Боуэном, установило эвтектическое и перитектическое поведение и количественно определило последовательности кристаллизации природных магм.

Clinical relevance

Фазовые равновесия позволяют петрологам прогнозировать последовательность кристаллизации, оценивать температуры и глубины магмы, моделировать частичное плавление в мантии и интерпретировать минеральные ассоциации и зональность, сохранившиеся в магматических породах.

History

Правило фаз Гиббса заложило теоретическую основу в 1870-х годах; Геофизическая лаборатория под руководством Боуэна и его коллег экспериментально определила отношения плавления силикатных систем в начале двадцатого века, а учебник Морзе позднее систематизировал их количественное применение в петрологии магматических пород.

Key figures

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

Seminal works

• bowen1928
• morse1980
• winter2013

Frequently asked questions

Что такое эвтектика?

Состав и температура, при которых жидкость кристаллизует два или более минералов одновременно, что соответствует самой низкой точке плавления в системе; многие магмы приближаются к эвтектическим составам по мере кристаллизации.

Почему добавление воды снижает температуру плавления породы?

Растворенная вода нарушает структуру силикатного расплава и стабилизирует жидкость, понижая солидус, так что водосодержащие породы начинают плавиться при значительно более низких температурах, чем сухие.