สมดุลวัฏภาคและการหลอมเหลว

แผนภาพวัฏภาคอธิบายว่าแร่ธาตุและหินหลอมเหลวอยู่ร่วมกันได้อย่างไรโดยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ความดัน และองค์ประกอบ ซึ่งเป็นกรอบเชิงปริมาณสำหรับการหลอมเหลวและการตกผลึก

Definition

การศึกษาความสัมพันธ์สมดุลระหว่างแร่ธาตุและหินหลอมเหลวซิลิเกตโดยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ความดัน และองค์ประกอบ ซึ่งใช้ในการทำนายเส้นทางการหลอมเหลวและการตกผลึก

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมกฎวัฏภาคของกิบส์ แผนภาพวัฏภาคแบบไบนารีและเทอร์นารีที่มีพฤติกรรมยูเทคติก เพริเทคติก และสารละลายของแข็ง ความแตกต่างระหว่างการตกผลึกและการหลอมเหลวแบบสมดุลและแบบเศษส่วน และผลกระทบของความดันและสารระเหยต่อการหลอมเหลว เป็นรากฐานเชิงทดลองที่เชื่อมโยงอุณหพลศาสตร์เข้ากับปิโตรวิทยาของหินอัคนี

Core questions

• กฎวัฏภาคของกิบส์จำกัดจำนวนวัฏภาคที่อยู่ร่วมกันได้อย่างไร?
• ความสัมพันธ์แบบยูเทคติกและเพริเทคติกอ่านจากแผนภาพวัฏภาคแบบไบนารีได้อย่างไร?
• เส้นทางการตกผลึกแบบสมดุลและแบบเศษส่วนแตกต่างกันอย่างไร?
• ความดันและปริมาณน้ำเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิการหลอมเหลวได้อย่างไร?

Key theories

กฎวัฏภาคของกิบส์

ความสัมพันธ์ F = C - P + 2 เชื่อมโยงจำนวนองศาอิสระเข้ากับองค์ประกอบและวัฏภาคที่อยู่ร่วมกัน ซึ่งควบคุมว่ามีกี่วัฏภาคที่สามารถอยู่ร่วมกันได้ และสมดุลแบบไม่เปลี่ยนแปลง แบบหนึ่งตัวแปร และแบบสองตัวแปรปรากฏบนแผนภาพวัฏภาคได้อย่างไร

สมดุลวัฏภาคเชิงทดลองของระบบซิลิเกต

การกำหนดความสัมพันธ์การหลอมเหลวในห้องปฏิบัติการในระบบต่างๆ เช่น ฟอร์สเตอไรต์-ไดออปไซด์-ซิลิกา และพลาจิโอเคลสแบบไบนารี ซึ่งบุกเบิกโดยโบเวน ได้สร้างพฤติกรรมแบบยูเทคติกและเพริเทคติก และหาปริมาณลำดับการตกผลึกของหินหนืดธรรมชาติ

Clinical relevance

สมดุลวัฏภาคช่วยให้นักปิโตรวิทยาคาดการณ์ลำดับการตกผลึก ประมาณอุณหภูมิและความลึกของหินหนืด จำลองการหลอมเหลวบางส่วนในเนื้อโลก และตีความกลุ่มแร่และการแบ่งเขตที่คงอยู่ในหินอัคนี

History

กฎวัฏภาคของกิบส์ให้ทฤษฎีในช่วงทศวรรษ 1870; ห้องปฏิบัติการธรณีฟิสิกส์ภายใต้โบเวนและเพื่อนร่วมงานได้กำหนดความสัมพันธ์การหลอมเหลวของระบบซิลิเกตโดยการทดลองในช่วงต้นศตวรรษที่ยี่สิบ และตำราของมอร์สได้ประมวลการใช้งานเชิงปริมาณในปิโตรวิทยาหินอัคนีในภายหลัง

Key figures

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

Seminal works

• bowen1928
• morse1980
• winter2013

Frequently asked questions

ยูเทคติกคืออะไร?

องค์ประกอบและอุณหภูมิที่ของเหลวตกผลึกแร่ธาตุสองชนิดขึ้นไปพร้อมกัน ซึ่งเป็นจุดหลอมเหลวต่ำสุดในระบบ หินหนืดหลายชนิดมีแนวโน้มที่จะมีองค์ประกอบแบบยูเทคติกเมื่อเกิดการตกผลึก

ทำไมการเติมน้ำจึงทำให้อุณหภูมิการหลอมเหลวของหินลดลง?

น้ำที่ละลายอยู่จะรบกวนโครงสร้างของหินหลอมเหลวซิลิเกตและทำให้ของเหลวเสถียรขึ้น ซึ่งจะลดจุดโซลิดัสลง ทำให้หินที่มีน้ำเริ่มหลอมเหลวที่อุณหภูมิต่ำกว่าหินแห้งอย่างมีนัยสำคัญ