Клинопироксеновая термобарометрия

Клинопироксеновая термобарометрия — это научный метод который использует минерал клинопироксен для определения температуры и давления магмы , минерала во время кристаллизации . Клинопироксен встречается во многих магматических породах , поэтому метод можно использовать для определения информации обо всей породе. можно использовать множество различных минералов Для геотермобарометрии , но клинопироксен особенно полезен, поскольку он является обычным вкрапленником в магматических породах и его легко идентифицировать, а кристаллизация жадеита , типа клинопироксена, предполагает увеличение молярного объема , что делает его хорошим индикатором. давления. ^{[ 1 ]}

Данные, полученные с помощью этого метода, используются для понимания магматической кристаллизации , прогрессивного и ретроградного метаморфизма и образования рудных месторождений . ^{[ 2 ]} Понимание этих процессов может помочь как промышленности, так и научному сообществу. С помощью этих данных информацию о составе литосферы можно экстраполировать более подробно, а алмазоразведочная отрасль может определить вероятность того, что кимберлит содержит алмазы. ^{[ 3 ]}

Методы

Термобарометрия использует константы равновесия для расчета информации об условиях окружающей среды, присутствующих во время формирования горных пород. ^{[ 2 ]} Пока каждая порода формируется, она реагирует с окружающими элементами , пока не остынет достаточно, чтобы стать инертной. Каждый минерал в породе охлаждается и кристаллизуется в разных точках; Петрогенетическая сетка — полезный способ визуализировать последовательность кристаллизации каждого минерала. ^{[ 2 ]}

Отдельные реакции конкретных минералов можно использовать для расчета температуры или давления. Следовательно, для расчета температуры и давления магмы для одной породы необходимы две разные реакции. Некоторые реакции лучше зависят от давления, а другие — от температуры, что основано на термодинамике и принципе Ле Шателье.

Этот метод требует калибровки каждой реакции , что осуществляется посредством экспериментов и анализа данных . Эксперименты включают моделирование температур и давлений, при которых образуются эти породы, и наблюдение за тем, как протекает реакция в этих условиях, в то время как анализ данных основан на накоплении большой базы данных образцов горных пород с информацией о давлении и температуре. Экспериментальные данные, как правило, сильно разнятся , будет использование данных из природных формаций поэтому более точным , если они доступны. ^{[ 2 ]}

Давление

изображении показан эксперимент , определяющий калибровочную кривую изменения объема диопсида На этом при различных давлениях . На основании полученных данных можно рассчитать константу равновесия этой реакции.

Реакции, лучшие для давления ( геобарометры ), — это те, которые имеют большое изменение молярного объема во время реакции. Более высокое давление приводит к уменьшению общего объема реакции, а более низкое давление позволяет увеличить общий объем реакции. Следовательно, исходя из доли минералов, имеющих больший объем, по сравнению с долей минералов, имеющих меньший объем, можно рассчитать давление окружающей среды во время реакции как функцию температуры. Необходимо провести эксперименты, чтобы откалибровать каждую реакцию и определить скорость изменения объема при изменении давления. ^{[ 2 ]}

Температура

Лучшими по температуре реакциями ( геотермометры ) являются те, которые имеют большую энтальпию реакции, а это значит, что они выделяют или потребляют много тепла . Более высокие температуры позволяют реакции потреблять это тепло, в то время как более низкие температуры заставляют реакцию выделять тепло. Как и в случае с геобарометрами, для расчета температуры можно использовать долю минералов, образующихся в результате выделения тепла по сравнению с потреблением тепла, при условии, что реакция откалибрована. ^{[ 2 ]}

Типы реакций

Клинопироксен участвует в трех типах реакций, которые можно использовать для термобарометрии.

Унивариантные реакции или реакции смещения равновесия либо создают, либо разрушают фазы внутри магмы. ^{[ 2 ]} Каждая фаза в конечном итоге кристаллизуется в уникальный минерал. В зависимости от условий температуры и давления разные пропорции в конечной породе появляются этих фаз. Примером реакции является жадеита и кварца реакция с образованием анальбита . ^{[ 2 ]}^{[ 1 ]} Жадеит — это разновидность пироксена , поэтому эту реакцию используют для барометрии клинопироксена.

${\ce {NaAlS2O6 + SiO2 -> NaAlS3O8}}$

Эта конкретная реакция включает в себя большое изменение объема между реагентами и продуктами , поэтому реакция очень чувствительна к изменениям давления. ^{[ 2 ]}

Реакции обмена происходят, когда есть минералы со схожей структурой , и ионы меняются местами внутри этой структуры. ^{[ 2 ]} Это распространенный метод расчета температуры, поскольку большинство обменных реакций имеют высокую энтальпию . Одним из примеров реакции является обмен Fe ²⁺ и мг ²⁺ в составе граната и клинопироксена. ^{[ 2 ]} Это приводит к тому, что пироп и геденбергит (пироксен) превращаются в альмандин и диопсид (пироксен).

${\ce {Mg3Al2Si3O12 + 3CaFeSi2O6 -> Fe3Al2Si3O12 + 3CaMgSi2O6}}$

Solvus Equilibria Реакции происходят, когда две фазы растворяются друг в друге в зависимости от температуры, поэтому это обычно полезно для геотермометрии. ^{[ 2 ]} Одна из таких реакций - растворение клинопироксена и ортопироксена друг в друге. Это меняет распределение кальция и магния по минералу. ^{[ 2 ]}

Приложения

Клинопироксеновая термобарометрия обычно используется в горнодобывающей промышленности. Это особенно полезно для алмазной промышленности, поскольку многие заинтересованные стороны обладают данными о давлении и температуре, касающимися образования горных пород, содержащих алмазы. ^{[ 3 ]} Это важно, поскольку алмазы обычно встречаются в кимберлитах , но кимберлиты не всегда содержат алмазы. Вместо того, чтобы добывать каждый найденный кимберлит, можно взять их образцы, чтобы увидеть, образовались ли они в среде, которая способствовала бы кристаллизации алмазов.

Другие приложения в основном научные; о давлении и температуре магмы можно использовать для предложения детальных моделей литосферы Данные и мантии. ^{[ 3 ]} Эти модели улучшают понимание геологической и вулканической активности, что может способствовать способности ученых предсказывать такие события, как извержения или землетрясения .

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Путирка, Кейт; Джонсон, Мари; Кинзлер, Розамонд; Лонги, Джон; Уокер, Дэвид (1996). «Термобарометрия основных магматических пород на основе равновесия клинопироксен-жидкость, 0–30 кбар». Вклад в минералогию и петрологию . 123 : 92–108.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м Мисра, Кула К. (2012). Введение в принципы и приложения геохимии . Пондичерри, Индия: Уайли-Блэквелл. стр. 107–128. ISBN 9781444347197 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Грюттер, Герман С. (2009). «Геотермы ксеноцист пироксена: методы и применение». Литос . 112 : 1167–1178. дои : 10.1016/j.lithos.2009.03.023 .

[:12-1] Jump up to: ^а ^б Путирка, Кейт; Джонсон, Мари; Кинзлер, Розамонд; Лонги, Джон; Уокер, Дэвид (1996). «Термобарометрия основных магматических пород на основе равновесия клинопироксен-жидкость, 0–30 кбар». Вклад в минералогию и петрологию . 123 : 92–108.

[:02-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м Мисра, Кула К. (2012). Введение в принципы и приложения геохимии . Пондичерри, Индия: Уайли-Блэквелл. стр. 107–128. ISBN 9781444347197 .

[:22-3] Jump up to: ^а ^б ^с Грюттер, Герман С. (2009). «Геотермы ксеноцист пироксена: методы и применение». Литос . 112 : 1167–1178. дои : 10.1016/j.lithos.2009.03.023 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]