Domanda:
Perché i materiali felsici hanno punti di fusione inferiori rispetto al mafico?
foobarbecue
2014-04-16 23:05:39 UTC
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È chiaro dalla serie di reazioni di Bowen che più minerali felsici hanno punti di fusione inferiori rispetto ai minerali mafici. Per quanto ne so, lo stesso vale per i vetri temprati.

I felsici hanno un grado più elevato di polimerizzazione SiO 2 in fase solida, che avrei pensato fosse energeticamente favorevole , e quindi mi sarei aspettato che un vetro felsico richiedesse più energia per fondersi rispetto a un corrispondente vetro basaltico e quindi avesse una temperatura di fusione più alta. Comunque, l'opposto è vero. Perché è così?

questa è un'ottima domanda.
Tre risposte:
#1
+18
Brian Knight
2014-04-17 00:11:10 UTC
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Bella domanda! Come sapete, la serie di reazioni di Bowen descrive l'ordine di cristallizzazione dei minerali di silicato in un magma raffreddante.

L'anione complesso dei silicati è un tetraedro di quattro atomi di ossigeno che circonda un atomo di silicio, connesso con forti legami covalenti. Ogni tetraedro può essere isolato l'uno dall'altro o possono essere legati insieme in modo covalente condividendo atomi di ossigeno tra tetraedri adiacenti. In questo modo possono formare catene singole (pirosseno), catene doppie (anfibolo), fogli (biotite) e reti tridimensionali di tetraedri ad incastro (quarzo).

Ciascuno di questi gruppi strutturali legati in modo covalente ( tranne le reti 3D) è legato al suo gruppo strutturale adiacente (ad esempio da catena singola a catena singola) da legami ionici con cationi intermedi (K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ , ecc.).

Relativamente parlando, i legami covalenti hanno un punti di fusione rispetto ai legami ionici. Fonte

Nella serie di reazioni di Bowen, i minerali che si formano all'estremità più fredda della serie discontinua sono più ricchi di silicio e ossigeno e più poveri in cationi metallici. Pertanto, i minerali all'estremità più fredda sono anche più dominati da legami covalenti rispetto ai legami ionici. Questa prevalenza è il motivo per cui i minerali felsici si sciolgono a temperature inferiori a quelli mafici .

La tua logica è corretta quando si guarda alla stabilità minerale di fronte agli agenti atmosferici chimici. Sulla superficie terrestre, quei legami covalenti sono molto più stabili e minerali come il quarzo tendono ad essere molto più resistenti agli agenti atmosferici rispetto all'olivina o al pirosseno. Questo è descritto nella serie di stabilità di Goldich, che mi piace pensare come la serie di reazioni di Bowen capovolta.

#2
+18
Gimelist
2014-11-06 17:46:31 UTC
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Vorrei aggiungere qualcosa alla risposta di Brian e segnalare anche alcune imprecisioni.

Prima di tutto, non è vero che i minerali felsici hanno temperature di fusione inferiori rispetto ai minerali mafici . Ecco alcune temperature di fusione di minerali comuni, ordinate dalla più alta alla più bassa:

  • Forsterite (mafic): 1890 ° C
  • Quarzo (felsico): 1713 ° C
  • Anortite (felsica): 1553 ° C
  • Diopside (mafic): 1391 ° C
  • Fayalite (mafic): 1205 ° C
  • Sanidina (felsica): 1150 ° C
  • Albite (felsica): 1118 ° C

Notare che questo ordine differisce dall'ordine nelle serie di Bowen. Non c'è problema, perché la serie di Bowen descrive l'ordine di cristallizzazione nei magmi comuni (come Brian ha correttamente identificato) e non la cristallizzazione o la temperatura di fusione dei minerali. Sebbene questi due siano strettamente correlati, non sono identici.

Quindi cosa determina l'ordine dei minerali nella serie di Bowen? È qui che diventa complicato. Le temperature di fusione sopra indicate si applicano solo ai minerali puri a pressioni atmosferiche. I magmi di raffreddamento non hanno mai la composizione esatta di un minerale puro e sono raramente alla pressione atmosferica. La miscelazione di componenti ( cioè minerali) in un singolo magma abbasserà le temperature di cristallizzazione di tutti i componenti, e quindi le temperature di fusione. Pensa al ghiaccio su una strada: puoi scioglierlo riscaldandolo o aggiungendo sale. Aggiungendo un secondo componente ( $ \ mathrm {NaCl} $ ) al componente puro ( $ \ mathrm {H_2O} $ ) stai rendendo possibile lo scioglimento del ghiaccio a temperature inferiori a 0 ° C.

Come si relaziona alle temperature di cristallizzazione e di fusione? Dai un'occhiata a questi due diagrammi:

An-Di-Fo An-Fo-Qz ( sorgente)

Questi diagrammi descrivono l'ordine di cristallizzazione dei minerali in un magma la cui composizione può essere definita in termini di tre membri finali (Anorthite, Diopside, Forsterite e Anorthite, Forsterite, Quartz). Una linea di discesa è una linea che segue l'evoluzione dei minerali cristallizzati da un magma. Prendiamo ad esempio un magma con quantità uguali di Di e Fo e leggermente meno An rispetto al resto. Questo magma prima cristallizzerebbe solo forsterite, poi cristallizzerà forsterite e diopside insieme e alla fine cristallizzerà tutti e tre i minerali insieme, fino a quando non ci sarà più liquido. Ciò nonostante la temperatura di fusione più elevata dell'anortite sul diopside. La fusione di questa roccia comporterebbe inizialmente la fusione di tutti e tre i minerali insieme a 1270 ° C, anche se le loro temperature di fusione in isolamento variano di circa 500 ° C.

Il secondo diagramma mostra una situazione più complessa, dove una roccia con una composizione ricca di Fo potrebbe prima cristallizzare Fo che verrà poi consumato per formare enstatite. Un magma simile con una componente Fo leggermente inferiore potrebbe non cristallizzare affatto la forsterite, ma piuttosto cristallizzare il quarzo, anche se la composizione complessiva è ancora ricca di Fo.

Questo argomento della cristallizzazione e fusione del magma è affascinante e un è disponibile una breve introduzione (con molti aiuti visivi) è disponibile qui: Teaching Phase Equilibria.

Fantastico. Questa risposta mi ha ricordato diverse cose che avevo imparato e stabilito connessioni tra concetti che non avevo collegato. Il fatto che il punto di fusione del quarzo si trovi tra quello dei due membri terminali dell'olivina apre gli occhi. Penso che la vera domanda nella mia testa a quel tempo fosse "perché il solidus della riolite è così basso"? È asciutto a 750 ° C. In realtà ho ancora problemi a capirlo.
Non sono sicuro di come spiegare intuitivamente i punti di fusione bassi senza termodinamiche complesse. Non sono nemmeno sicuro di aver compreso correttamente i principi termodinamici.
Penso che sia ora per me di scaricare uno o due programmi di modellazione di fusione e giocare per un po '. Magari leggi il codice sorgente.
Per quanto ne so, non è nemmeno necessario scaricarlo. Esiste una versione di MELTS che funziona online. :)
#3
+4
Zbynek Burival
2016-03-17 02:16:24 UTC
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Un altro trucco: i magmi felsici sono fondamentalmente derivati ​​frazionati di altre rocce. Durante il ciclo delle rocce, le componenti più volatili tendono verso le rocce felsiche. Acqua e flussi generalmente riducono il punto di fusione. E le rocce felsiche di solito hanno alcali rispetto a Fe / Mg nelle rocce mafiche. Gli alcali sono più reattivi e volatili.

Se si sciolgono parzialmente le rocce mafiche, i componenti più reattivi e volatili si trovano nella prima fusione. Se viene rimosso dalla fonte, si ottiene una fusione più frazionata e felsica. Ripeti molte volte e ottieni una fusione estremamente frazionata con componenti mafici minimi e un alto contenuto di sostanze volatili ed elementi altamente reattivi come alcali o fluoro.

Flussi come acqua, boro, fosforo, fluoro ecc. Possono ridurre fortemente il punto di fusione . Per esempio. l'aplogranite secca si scioglie appena a 700 gradi Celsius mentre un po 'di pegmatite si scioglie con un contenuto estremo di acqua e sostanze volatili può ovviamente esistere sotto i 500 gradi Celsius. I graniti anorogenici secchi o rioliti hanno un punto di fusione molto più alto di alcuni graniti di tipo S bagnati.

I flussi, la fusione parziale e l'eutettica sono tutti molto utili per comprendere i comportamenti di fusione degli assemblaggi minerali, ma forniscono poco dei dettagli nitidi del tipo di legame e della forza dettagliati nella risposta di Brian Knight.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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