Cân bằng pha và nóng chảy

Biểu đồ pha mô tả cách các khoáng vật và chất nóng chảy cùng tồn tại dưới dạng các hàm của nhiệt độ, áp suất và thành phần, cung cấp khuôn khổ định lượng cho quá trình nóng chảy và kết tinh.

Definition

Nghiên cứu các mối quan hệ cân bằng giữa các khoáng vật và chất nóng chảy silicat dưới dạng các hàm của nhiệt độ, áp suất và thành phần, được sử dụng để dự đoán các đường nóng chảy và kết tinh.

Scope

Chủ đề này bao gồm quy tắc pha Gibbs, biểu đồ pha nhị phân và tam phân với hành vi eutectic, peritectic và dung dịch rắn, sự tương phản giữa kết tinh và nóng chảy cân bằng và phân đoạn, cũng như ảnh hưởng của áp suất và chất dễ bay hơi đến quá trình nóng chảy. Đây là nền tảng thực nghiệm liên kết nhiệt động lực học với thạch học của đá mácma.

Core questions

• Quy tắc pha Gibbs hạn chế số lượng pha cùng tồn tại như thế nào?
• Các mối quan hệ eutectic và peritectic được đọc từ biểu đồ pha nhị phân như thế nào?
• Các đường kết tinh cân bằng và phân đoạn khác nhau như thế nào?
• Áp suất và hàm lượng nước làm thay đổi nhiệt độ nóng chảy như thế nào?

Key theories

Quy tắc pha Gibbs

Mối quan hệ F = C - P + 2 liên kết số bậc tự do với các thành phần và các pha cùng tồn tại, chi phối số lượng pha có thể cùng tồn tại và cách các cân bằng bất biến, đơn biến và nhị biến xuất hiện trên biểu đồ pha.

Cân bằng pha thực nghiệm của hệ silicat

Việc xác định trong phòng thí nghiệm các mối quan hệ nóng chảy trong các hệ như forsterite-diopside-silica và hệ nhị phân plagioclase, được tiên phong bởi Bowen, đã thiết lập hành vi eutectic và peritectic và định lượng các trình tự kết tinh của magma tự nhiên.

Clinical relevance

Cân bằng pha cho phép các nhà thạch học dự đoán thứ tự kết tinh, ước tính nhiệt độ và độ sâu của magma, mô hình hóa sự nóng chảy một phần trong lớp phủ, và giải thích các tập hợp khoáng vật và sự phân đới được bảo tồn trong đá mácma.

History

Quy tắc pha của Gibbs đã cung cấp lý thuyết vào những năm 1870; Phòng thí nghiệm Địa vật lý dưới sự chỉ đạo của Bowen và các đồng nghiệp đã xác định các mối quan hệ nóng chảy của hệ silicat bằng thực nghiệm vào đầu thế kỷ XX, và sách giáo khoa của Morse sau đó đã hệ thống hóa việc sử dụng định lượng của chúng trong thạch học mácma.

Key figures

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

Seminal works

• bowen1928
• morse1980
• winter2013

Frequently asked questions

Eutectic là gì?

Thành phần và nhiệt độ mà tại đó một chất lỏng kết tinh đồng thời hai hoặc nhiều khoáng vật, là điểm nóng chảy thấp nhất trong một hệ; nhiều magma tiếp cận thành phần eutectic khi chúng kết tinh.

Tại sao việc thêm nước làm giảm nhiệt độ nóng chảy của đá?

Nước hòa tan làm phá vỡ cấu trúc nóng chảy silicat và ổn định chất lỏng, làm giảm đường solidus để đá ngậm nước bắt đầu nóng chảy ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể so với đá khô.