Mineral Oluşumu ve Kararlılığı
Mineraller, yapıları termodinamik olarak kararlı olduğu sıcaklık, basınç ve bileşim aralıklarında oluşmakta ve varlıklarını sürdürmektedir.
Tanım
Minerallerin kristalleştiği, dönüştüğü ve kararlı kaldığı, termodinamik ve kinetik tarafından yönetilen fiziksel ve kimyasal koşulların incelenmesidir.
Kapsam
Bu kapsam, mineral oluşumu üzerindeki termodinamik ve kinetik kontrolleri ele almaktadır: Gibbs serbest enerjisi, faz diyagramları ve kararlılık alanları, çekirdeklenme ve kristal büyümesi, polimorfik geçişler, ekssolüsyon ve denge ile metastabil kalıcılık arasındaki ayrım. Mineral topluluklarının kayaçların oluştuğu koşulları neden kaydettiğini açıklamaktadır.
Temel sorular
- Gibbs serbest enerjisi, belirli koşullarda hangi mineralin kararlı olduğunu nasıl belirlemektedir?
- Metastabil mineraller neden kararlılık alanlarının dışında varlıklarını sürdürmektedir?
- Çekirdeklenme ve kristal büyüme hızını ne kontrol etmektedir?
- Polimorfik geçişler ve ekssolüsyon, değişen koşulları nasıl kaydetmektedir?
Temel kuramlar
- Gibbs serbest enerjisi minimizasyonu
- Sabit sıcaklık ve basınçta, toplam Gibbs serbest enerjisi en düşük olan topluluk kararlıdır; bu nedenle basınç-sıcaklık uzayındaki faz sınırları, rekabet eden minerallerin eşit serbest enerjiye sahip olduğu yerleri işaretlemektedir.
- Çekirdeklenme, büyüme ve metastabilite
- Yeni bir faz oluşturmak bir çekirdeklenme enerji bariyerini aşmayı gerektirdiğinden, mineraller kararlılık alanlarının dışında metastabil olarak varlıklarını sürdürebilmektedir; bu nedenle birçok kayaç, yüzeyde yüksek sıcaklık veya yüksek basınç topluluklarını korumaktadır.
Klinik önem
Mineral kararlılığını anlamak, jeologların mineral topluluklarını jeotermometre ve jeobarometre olarak kullanmalarına, kayaçların basınç-sıcaklık geçmişlerini yeniden yapılandırmalarına ve metamorfizma, ayrışma ve endüstriyel işlemler sırasında mineral reaksiyonlarını tahmin etmelerine olanak tanımaktadır.
Tarihçe
Gibbs'in on dokuzuncu yüzyıldaki kimyasal termodinamik formülasyonu, mineral kararlılığı için teorik temeli sağlamıştır; yirminci yüzyılda, Bowen'ın erime çalışmalarıyla başlayan deneysel petrologlar, mineral sistemlerindeki faz ilişkilerini haritalayarak termodinamiği kayaç geçmişlerini okumak için pratik bir araca dönüştürmüşlerdir.
Öne çıkan isimler
- J. Willard Gibbs
- Norman L. Bowen
- Andrew Putnis
İlgili konular
Temel eserler
- putnis1992
- anderson2005
Sıkça sorulan sorular
- Bazı yüksek basınç mineralleri neden yüzeyde hayatta kalmaktadır?
- Daha düşük basınçlı formlara dönüşü, düşük sıcaklıklarda kinetik olarak yavaş olduğundan, metastabil olarak varlıklarını sürdürmektedirler; sadece büyük derinliklerde kararlı olan elmas, bunun klasik bir örneğidir.
- Kararlılık alanı nedir?
- Belirli bir mineralin veya topluluğun en düşük serbest enerjiye sahip olduğu ve dolayısıyla denge fazı olduğu, bir basınç-sıcaklık veya bileşim diyagramının bölgesidir.