Frage:
Warum haben felsische Materialien niedrigere Schmelzpunkte als mafic?
foobarbecue
2014-04-16 23:05:39 UTC
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Aus Bowens Reaktionsreihen geht hervor, dass mehr felsische Mineralien niedrigere Schmelzpunkte haben als mafische Mineralien. Soweit ich weiß, gilt dies auch für abgeschreckte Gläser. Felsics weisen einen höheren Grad an SiO 2 -Polymerisation in der festen Phase auf, was ich für energetisch günstig gehalten hätte und deshalb hätte ich erwartet, dass ein felsisches Glas mehr Energie zum Schmelzen benötigt als ein entsprechendes Basaltglas und daher eine höhere Schmelztemperatur hat. Das Gegenteil ist jedoch der Fall. Warum ist das so?

Das ist eine gute Frage.
Drei antworten:
#1
+18
Brian Knight
2014-04-17 00:11:10 UTC
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Gute Frage! Wie Sie wissen, beschreibt Bowens Reaktionsreihe die Reihenfolge der Kristallisation von Silikatmineralien in einem kühlenden Magma.

Das komplexe Anion von Silikaten ist ein Tetraeder aus vier Sauerstoffatomen, die ein Siliziumatom umgeben und mit starken kovalenten Bindungen verbunden sind. Jedes Tetraeder kann voneinander isoliert sein oder sie können kovalent miteinander verbunden sein, indem Sauerstoffatome zwischen benachbarten Tetraedern geteilt werden. Auf diese Weise können sie Einzelketten (Pyroxen), Doppelketten (Amphibol), Schichten (Biotit) und dreidimensionale Netzwerke von ineinandergreifenden Tetraedern (Quarz) bilden.

Jede dieser kovalent gebundenen Strukturgruppen ( mit Ausnahme von 3D-Netzwerken) wird durch Ionenbindungen mit dazwischenliegenden Kationen (K + +, Na +, Ca>, Ca sup> an seine benachbarte Strukturgruppe (z. B. Einzelkette zu Einzelkette) gebunden 2+, Mg 2+, Fe 2+ usw.) Relativ gesehen haben kovalente Bindungen weniger Schmelzpunkte als Ionenbindungen. Quelle

In Bowens Reaktionsreihen sind die Mineralien, die sich am kühleren Ende der diskontinuierlichen Reihe bilden, reicher an Silizium und Sauerstoff und ärmer in Metallkationen. Daher werden die Mineralien am kühleren Ende auch stärker von kovalenten Bindungen gegenüber ionischen Bindungen dominiert. Diese Prävalenz ist der Grund, warum felsische Mineralien bei niedrigeren Temperaturen schmelzen als mafische .

Ihre Logik ist korrekt, wenn Sie die Mineralstabilität angesichts chemischer Verwitterung betrachten. An der Erdoberfläche sind diese kovalenten Bindungen viel stabiler und Mineralien wie Quarz sind tendenziell viel witterungsbeständiger als Olivin oder Pyroxen. Dies wird in der Goldich-Stabilitätsserie beschrieben, die ich gerne als Bowens Reaktionsserie betrachte, die auf dem Kopf stand.

#2
+18
Gimelist
2014-11-06 17:46:31 UTC
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Ich möchte Brians Antwort ergänzen und auf einige Ungenauigkeiten hinweisen.

Zunächst einmal ist es nicht wahr, dass felsische Mineralien niedrigere Schmelztemperaturen haben als mafische Mineralien stark>. Hier sind einige Schmelztemperaturen üblicher Mineralien, sortiert von hoch nach niedrig:

  • Forsterit (Mafic): 1890 ° C
  • Quarz (Felsic): 1713 ° C
  • Anorthit (felsisch): 1553 ° C
  • Diopsid (mafisch): 1391 ° C
  • Fayalit (mafisch): 1205 ° C
  • Sanidin (felsisch): 1150 ° C
  • Albit (felsisch): 1118 ° C

Beachten Sie, dass diese Reihenfolge von der Reihenfolge in Bowens Serie abweicht. Das ist kein Problem, denn Bowens Serie beschreibt die Reihenfolge der Kristallisation in gewöhnlichen Magmen (wie Brian richtig identifiziert hat) und nicht die Kristallisations- oder Schmelztemperatur der Mineralien. Obwohl diese beiden eng miteinander verwandt sind, sind sie nicht identisch.

Was bestimmt also die Reihenfolge der Mineralien in Bowens Serie? Hier wird es kompliziert. Die oben angegebenen Schmelztemperaturen gelten nur für reine Mineralien bei atmosphärischem Druck. Kühlmagmen haben niemals die exakte Zusammensetzung eines reinen Minerals und stehen selten unter atmosphärischem Druck. Das Mischen von Komponenten ( d. H. Mineralien) in einem einzelnen Magma senkt die Kristallisationstemperaturen aller Komponenten und damit die Schmelztemperaturen. Denken Sie an Eis auf einer Straße: Sie können es entweder durch Erhitzen oder durch Hinzufügen von Salz schmelzen. Durch Hinzufügen einer zweiten Komponente ( $ \ mathrm {NaCl} $ span>) zur reinen Komponente ( $ \ mathrm {H_2O} $) span>) Sie ermöglichen es dem Eis, bei Temperaturen unter 0 ° C zu schmelzen.

Wie hängt es mit der Kristallisation und den Schmelztemperaturen zusammen? Schauen Sie sich diese beiden Diagramme an:

An-Di-Fo An-Fo-Qz ( Quelle)

Diese Diagramme beschreiben die Reihenfolge der Kristallisation von Mineralien in einem Magma, dessen Zusammensetzung anhand der drei Endelemente (Anorthit, Diopsid, Forsterit und Anorthit, Forsterit, Quarz) definiert werden kann. Eine Abstiegslinie ist eine Linie, die die Entwicklung der kristallisierenden Mineralien aus einem Magma verfolgt. Nehmen Sie zum Beispiel ein Magma mit gleichen Mengen Di und Fo und etwas weniger An als der Rest. Dieses Magma kristallisiert zuerst nur Forsterit, dann kristallisiert es Forsterit und Diopsid zusammen und schließlich kristallisiert es alle drei Mineralien zusammen, bis keine Flüssigkeit mehr vorhanden ist. Dies gilt trotz der höheren Schmelztemperatur von Anorthit gegenüber Diopsid. Das Schmelzen dieses Gesteins würde zunächst dazu führen, dass alle drei Mineralien bei 1270 ° C zusammenschmelzen , obwohl ihre Schmelztemperaturen isoliert um etwa 500 ° C variieren.

Das zweite Diagramm zeigt eine komplexere Situation, in der ein Gestein mit einer Fo-reichen Zusammensetzung zuerst Fo kristallisieren könnte, das dann zur Bildung von Enstatit verbraucht wird. Ein ähnliches Magma mit etwas weniger Fo-Komponente kristallisiert möglicherweise nicht einmal Forsterit, sondern kristallisiert Quarz, obwohl die Gesamtzusammensetzung immer noch Fo-reich ist.

Dieses Thema der Magmakristallisation und -schmelze ist faszinierend und a Eine kurze Einführung (mit vielen visuellen Hilfsmitteln) finden Sie hier: Teaching Phase Equilibria.

Fantastisch. Diese Antwort erinnerte mich an einige Dinge, die ich gelernt hatte, und stellte Verbindungen zwischen Konzepten her, die ich nicht verbunden hatte. Die Tatsache, dass der Quarzschmelzpunkt zwischen dem der beiden Endglieder von Olivin liegt, ist ein Augenöffner. Ich denke, die eigentliche Frage in meinem Kopf war damals: "Warum ist der Rhyolith-Solidus so niedrig?" Es ist 750C trocken. Ich habe immer noch Probleme, das zu verstehen.
Ich bin mir nicht sicher, wie ich die niedrigen Schmelzpunkte ohne komplexe Thermodynamik intuitiv erklären kann. Ich bin mir nicht mal sicher, ob ich die thermodynamischen Prinzipien richtig verstehe.
Ich denke, es ist Zeit für mich, ein oder zwei Schmelzmodellierungsprogramme herunterzuladen und eine Weile herumzuspielen. Vielleicht lesen Sie den Quellcode.
Soweit ich weiß, müssen Sie es nicht einmal herunterladen. Es gibt eine Version von MELTS, die online funktioniert. :) :)
#3
+4
Zbynek Burival
2016-03-17 02:16:24 UTC
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Ein weiterer Trick - felsische Magmen sind im Grunde fraktionierte Derivate anderer Gesteine. Während des Gesteinszyklus tendieren die flüchtigsten Bestandteile zu den felsischen Gesteinen. Wasser und Flussmittel verringern im Allgemeinen den Schmelzpunkt. Und Felsgesteine ​​haben normalerweise Alkalien im Vergleich zu Fe / Mg in Mafic-Gesteinen. Alkalien sind reaktiver und flüchtiger.

Wenn Sie Mafikgesteine ​​teilweise schmelzen, befinden sich die reaktivsten und flüchtigsten Komponenten in der ersten Schmelze. Wenn es von der Quelle entfernt wird, erhalten Sie mehr fraktionierte und felsische Schmelze. Wenn Sie dies viele Male wiederholen, erhalten Sie eine extrem fraktionierte Schmelze mit minimalen Mafic-Komponenten und einem hohen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen und hochreaktiven Elementen wie Alkalien oder Fluor.

Flussmittel wie Wasser, Bor, Phosphor, Fluor usw. können den Schmelzpunkt stark senken . Z.B. trockener Haplogranit schmilzt bei 700 ° C kaum, während einige Pegmatite mit extremem Wasser- und Flüchtigkeitsgehalt offensichtlich unter 500 ° C schmelzen können. Trockene anorogene Granite oder Ryolite haben einen viel höheren Schmelzpunkt als einige feuchte Granite vom S-Typ.

Flussmittel, teilweises Schmelzen und Eutektika sind alle sehr nützlich, um das Schmelzverhalten von Mineralaggregaten zu verstehen, liefern jedoch nur wenige Details des Bindungstyps und der Festigkeit, die Brian Knights Antwort detailliert beschreibt.


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