Frakční krystalizace (geologie) - Fractional crystallization (geology)

Krystalizace
Proces krystalizace-200px.png
Základy
Krystal  · Krystalická struktura  · Nukleace
Koncepty
Krystalizace  · Růst krystalů
Rekrystalizace  · Očkovací krystal
Protokrystalické  · Monokrystal
Metody a technologie
Boules
Metoda Bridgman – Stockbarger
Proces křišťálové tyče
Czochralského metoda
Epitaxe  · Metoda toku
Frakční krystalizace
Frakční zmrazení
Hydrotermální syntéza
Kyropoulosova metoda
Laserem vyhřívaný podstavec
Mikro-stahování
Tvarovací procesy v růstu krystalů
Lebkový kelímek
Metoda Verneuil
Tavení zóny
Schémata znázorňující principy frakční krystalizace v a magma. Během chlazení se magma vyvíjí ve složení, protože z taveniny krystalizují různé minerály. 1: olivín krystalizuje; 2: olivín a pyroxen krystalizovat; 3: pyroxen a plagioklas krystalizovat; 4: plagioklas krystalizuje. Na dně nádrže magmatu, a kumulovat skálu formuláře.

Frakční krystalizacenebo krystalová frakcionace, je jedním z nejdůležitějších geochemických a fyzikálních procesů pracujících uvnitř kůra a plášť skalnatého planetárního tělesa, jako je Země. Je to důležité při tvorbě vyvřeliny protože je to jeden z hlavních procesů magmatická diferenciace.[1] Frakční krystalizace je také důležitá při tvorbě sedimentární odpařit skály.

Vyvřeliny

Frakční krystalizace je odstranění a segregace z taveniny minerální sraženiny; kromě zvláštních případů odstranění krystalů mění složení magmatu.[2] V podstatě je frakční krystalizace odstraněním časně vytvořených krystalů z původně homogenního magmatu (například usazováním gravitací), takže těmto krystalům je zabráněno v další reakci se zbytkovou taveninou. Složení zbývající taveniny se v některých složkách relativně vyčerpává a v jiných obohacuje, což má za následek vysrážení sledu různých minerálů.[3]

Frakční krystalizace v taveninách křemičitanu (magmas ) je komplexní ve srovnání s krystalizací v chemických systémech při konstantním tlaku a složení, protože změny tlaku a složení mohou mít dramatický vliv na vývoj magmatu. Přidání a ztráta vody, oxid uhličitý a kyslík patří mezi změny složení, které je třeba vzít v úvahu.[4] Například částečný tlak (prchavost ) vody v silikátových taveninách může mít zásadní význam, jako vsolidus krystalizace magmat žula složení.[5][6] Krystalizační sekvence kysličník minerály jako např magnetit a ulvospinel je citlivý na propustnost kyslíku tavenin,[7] a separace oxidových fází může být důležitou kontrolou oxid křemičitý koncentrace ve vyvíjejícím se magmatu a může být důležitá v andezit Genesis.[8][9]

Pokusy poskytly mnoho příkladů složitostí, které řídí, který minerál krystalizuje jako první, když se tavenina ochladí kolem likvidní.

Jeden příklad se týká krystalizace tavenin, které se tvoří mafic a ultramafický skály. MgO a SiO2 koncentrace v taveninách patří mezi proměnné, které určují, zda forsterit olivín nebo enstatit pyroxen je vysrážený,[10] ale obsah vody a tlak jsou také důležité. V některých kompozicích je při vysokých tlacích bez vody upřednostňována krystalizace enstatitu, ale v přítomnosti vody při vysokých tlacích je upřednostňován olivín.[11]

Granitová magma poskytují další příklady toho, jak taveniny obecně podobného složení a teploty, ale za jiného tlaku, mohou krystalizovat různé minerály. Tlak určuje maximální obsah vody v magmatu žulového složení. Vysokoteplotní frakční krystalizace relativně chudá na vodu žula magma mohou produkovat jedno-alkalický živec žula a nízkoteplotní krystalizace magmatu relativně bohatého na vodu může způsobitživce žula.[12]

Během procesu frakční krystalizace se taveniny obohacují nekompatibilní prvky.[13] Znalost krystalizační sekvence je proto zásadní pro pochopení toho, jak se vyvíjejí složení taveniny. Textury hornin poskytují vhledy, jak dokumentoval na počátku 20. století Bowenova reakční série.[14] Příklad takového textura, související s frakční krystalizací, jsou mezigranulární (také známé jako intercumulus) textury, které se vyvíjejí všude tam, kde minerál krystalizuje později než okolní matrice, a proto vyplňuje zbývající intersticiální prostor. Různé oxidy chrómu, železa a titanu vykazují takové textury, jako je mezikrystalový chromit v křemičité matrici.[Citace je zapotřebí ] Experimentálně určeno fázové diagramy pro jednoduché směsi poskytují vhled do obecných zásad.[15][16] Numerické výpočty se speciálním softwarem jsou stále více schopné přesně simulovat přírodní procesy.[17][18]

Sedimentární horniny

Frakční krystalizace je důležitá při tvorbě sedimentárních vaporitických hornin.[19]

Viz také

Reference

  1. ^ Petrologie Studium magmatické ... skály, Loren A. Raymond, 1995, McGraw-Hill, s. 91
  2. ^ Wilson B.M. (1989). Igneous Petrogenesis Globální tektonický přístup. Springer. p. 82. ISBN  9780412533105.
  3. ^ Petrologie Studium magmatické ... skály, Loren A. Raymond, 1995, McGraw-Hill, s. 65
  4. ^ Lange, R.L .; Carmichael, Ian S.E. (1990). „Termodynamické vlastnosti silikátových kapalin s důrazem na hustotu, tepelnou roztažnost a stlačitelnost“. Recenze v mineralogii a geochemii. 24 (1): 25–64. Citováno 8. listopadu 2020.
  5. ^ Huang, W. L .; Wyllie, P. J. (březen 1973). „Tavící vztahy muskovit-žula na 35 kbar jako model pro fúzi metamorfovaných subdukovaných oceánských sedimentů“. Příspěvky do mineralogie a petrologie. 42 (1): 1–14. doi:10.1007 / BF00521643. S2CID  129917491.
  6. ^ Philpotts, Anthony R .; Ague, Jay J. (2009). Principy magmatické a metamorfní petrologie (2. vyd.). Cambridge, Velká Británie: Cambridge University Press. str. 604–612. ISBN  9780521880060.
  7. ^ McBirney, Alexander R. (1984). Magmatická petrologie. San Francisco, Kalifornie: Freeman, Cooper. str. 124–127. ISBN  0877353239.
  8. ^ Juster, Thomas C .; Grove, Timothy L .; Perfit, Michael R. (1989). „Experimentální omezení týkající se tvorby bazaltů, andezitů a rhyodacitů FeTi ve středisku pro šíření galapágů, 85 ° Z a 95 ° Z“. Journal of Geophysical Research. 94 (B7): 9251. doi:10.1029 / JB094iB07p09251.
  9. ^ Philpotts & Ague 2009, str. 609-611.
  10. ^ Philpotts & Ague 2009 201-205.
  11. ^ Kushiro, Ikuo (1969). „Systém forsterit-diopsid-oxid křemičitý s vodou a bez vody při vysokých tlacích“ (PDF). American Journal of Science. 267.A: 269–294. Citováno 8. listopadu 2020.
  12. ^ McBirney 1984, str. 347-348.
  13. ^ Klein, E.M. (2005). "Geochemie magmatické oceánské kůry". V Rudnick, R. (ed.). The Crust - Treatise on Geochemistry Volume 3. Amsterdam: Elsevier. p. 442. ISBN  0-08-044847-X.
  14. ^ Bowen, N.L. (1956). Evoluce magmatické skály. Kanada: Dover. str. 60–62.
  15. ^ McBirney 1984, str. 68-102.
  16. ^ Philpotts & Ague 2009, str. 194-240.
  17. ^ Philpotts & Ague 2009, str. 239-240.
  18. ^ Ghiorso, Mark S .; Hirschmann, Marc M .; Reiners, Peter W .; Kress, Victor C. (květen 2002). "PMELTS: Revize MELTS pro lepší výpočet fázových vztahů a rozdělení hlavních prvků v souvislosti s částečným roztavením pláště na 3 GPa: pMELTS, REVIZE Tavenin". Geochemie, geofyzika, geosystémy. 3 (5): 1–35. doi:10.1029 / 2001GC000217.
  19. ^ Raab, M .; Spiro, B. (duben 1991). "Izotopové variace síry během odpařování mořské vody s frakční krystalizací". Chemická geologie: sekce izotopových geověd. 86 (4): 323–333. doi:10.1016 / 0168-9622 (91) 90014-N.