Fråga:
Varför har felsiska material lägre smältpunkter än mafik?
foobarbecue
2014-04-16 23:05:39 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Det framgår tydligt av Bowens reaktionsserie att fler felsiska mineraler har lägre smältpunkter än mafiska mineraler. Såvitt jag vet är detsamma sant för kylda glasögon.

Felsics har en högre grad av SiO 2 polymerisation i fast fas, vilket jag skulle ha tyckt var energiskt fördelaktig , och därför skulle jag ha förväntat mig att ett felsiskt glas skulle kräva mer energi för att smälta än ett motsvarande basaltglas och därför ha en högre smälttemperatur. Motsatsen är dock sant. Varför är så fallet?

det här är en bra fråga.
Tre svar:
#1
+18
Brian Knight
2014-04-17 00:11:10 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Bra fråga! Som ni vet beskriver Bowens reaktionsserie kristalliseringsordningen för silikatmineraler i en kylmagma.

Den komplexa anjonen av silikater är en tetraeder med fyra syreatomer som omger en kiselatom, förbunden med starka kovalenta bindningar. Varje tetraeder kan isoleras från varandra eller så kan de bindas samman kovalent genom att dela syreatomer mellan intilliggande tetraeder. På detta sätt kan de bilda enkla kedjor (pyroxen), dubbla kedjor (amfibol), ark (biotit) och tredimensionella nätverk av sammankopplade tetraedrar (kvarts).

Var och en av dessa kovalent bundna strukturgrupper ( förutom 3D-nätverk) är bunden till sin angränsande strukturella grupp (t.ex. enkelkedja till enkelkedja) av jonbindningar med mellanliggande katjoner (K ​​ + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ , etc.).

Relativt sett har kovalenta bindningar lägre smältpunkter än jonbindningar. Källa

I Bowens reaktionsserier är mineralerna som bildas i den kallare änden av den diskontinuerliga serien rikare på kisel och syre och fattigare i metallkatjoner. Därför domineras mineralerna i den svalare änden också mer av kovalenta bindningar över jonbindningar. Denna prevalens är anledningen till att felsiska mineraler smälter vid lägre temperaturer än mafiska .

Din logik är korrekt när man tittar på mineralstabilitet inför kemisk väderbildning. Vid jordytan är dessa kovalenta bindningar mycket mer stabila och mineraler som kvarts tenderar att vara mycket mer motståndskraftiga mot väderförhållanden än olivin eller pyroxen. Detta beskrivs i Goldich-stabilitetsserien, som jag gillar att tänka på när Bowens reaktionsserie stod på huvudet.

#2
+18
Gimelist
2014-11-06 17:46:31 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jag skulle vilja lägga till Brians svar och även påpeka några felaktigheter.

Först och främst det är inte sant att felsiska mineraler har lägre smälttemperaturer än mafiska mineraler stark>. Här är några smälttemperaturer för vanliga mineraler, sorterade från höga till låga:

  • Forsterit (mafic): 1890 ° C
  • Quartz (felsic): 1713 ° C
  • Anorthit (felsic): 1553 ° C
  • Diopside (mafic): 1391 ° C
  • Fayalite (mafic): 1205 ° C
  • Sanidine (felsic): 1150 ° C
  • Albite (felsic): 1118 ° C

Observera att denna ordning skiljer sig från ordningen i Bowens serie. Det är inget problem med det, för Bowens serie beskriver kristallisationsordningen i vanliga magmas (som Brian korrekt identifierade) och inte mineralernas kristallisation eller smältningstemperatur. Även om dessa två är nära besläktade är de inte identiska.

Så vad dikterar mineralernas ordning i Bowens serie? Det är här det blir komplicerat. De ovan angivna smälttemperaturerna gäller endast rena mineraler i atmosfärstryck. Kylmagmas är aldrig i den exakta sammansättningen av ett rent mineral och är sällan i atmosfärstryck. Blandning av komponenter ( dvs. mineraler) i en enda magma kommer att sänka kristallisationstemperaturerna för alla komponenter och därmed smälttemperaturerna. Tänk is på en väg: du kan smälta den antingen genom att värma den eller genom att tillsätta salt. Genom att lägga till en andra komponent ( $ \ mathrm {NaCl} $ ) till den rena komponenten ( $ \ mathrm {H_2O} $ ) du gör det möjligt för isen att smälta vid temperaturer lägre än 0 ° C.

Hur är det relaterat till kristallisation och smälttemperaturer? Ta en titt på dessa två diagram:

An-Di-Fo An-Fo-Qz ( källa)

Dessa diagram beskriver ordningen för kristallisering av mineraler i en magma vars sammansättning kan definieras i termer av de tre änddelarna (Anorthite, Diopside, Forsterite och Anorthite, Forsterite, Quartz). En härkomstlinje är en linje som spårar utvecklingen av de kristalliserande mineralerna från en magma. Ta till exempel en magma med lika stora mängder Di och Fo och något mindre An än resten. Denna magma skulle först kristallisera bara forsterit, sedan kristallisera forsterit och diopside tillsammans och så småningom kristallisera alla tre mineralerna tills det inte finns mer vätska. Detta trots den högre smälttemperaturen för anortit över diopside. Att smälta denna sten skulle först resultera i att alla tre mineralerna smälte tillsammans vid 1270 ° C, även om deras smälttemperatur isolerat varierar med cirka 500 ° C.

Det andra diagrammet visar en mer komplex situation där en sten med en Fo-rik komposition först kan kristallisera Fo som sedan kommer att konsumeras för att bilda enstatit. En liknande magma med lite mindre Fo-komponent kanske inte ens kristalliserar forsterit alls utan snarare kristalliserar kvarts, även om den totala sammansättningen fortfarande är Fo-rik. kort introduktion är tillgänglig (med många visuella hjälpmedel) finns här: Lärningsfasjämvikt.

Fantastisk. Det här svaret påminde mig om flera saker jag hade lärt mig och etablerade kopplingar mellan begrepp som jag inte hade kopplat till. Det faktum att kvartssmältpunkten ligger mellan de två ändarna av olivin är en ögonöppnare. Jag tror att den verkliga frågan i mitt huvud då var "varför är rhyolit solidus så låg"? Det är 750C torrt. Jag har faktiskt fortfarande problem med att förstå det.
Jag är inte säker på hur man intuitivt ska förklara de låga smältpunkterna utan komplex termodynamik. Jag är inte ens säker på att jag förstår de termodynamiska principerna ordentligt.
Jag tror att det är dags för mig att ladda ner ett smältmodelleringsprogram eller två och spela en stund. Läs kanske källkoden.
Såvitt jag vet behöver du inte ens ladda ner det. Det finns en version av MELTS som fungerar online. :)
#3
+4
Zbynek Burival
2016-03-17 02:16:24 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ytterligare ett knep - felsiska magmas är i grunden fraktionerade derivat av andra bergarter. Under bergcykeln tenderar de mest flyktiga komponenterna mot de felsiska stenarna. Vatten och flöden minskar i allmänhet smältpunkten. Och felsiska bergarter har vanligtvis alkalier jämfört med Fe / Mg i mafiska bergarter. Alkalier är mer reaktiva och flyktiga.

Om du delvis smälter mafiska stenar, är de mest reaktiva och flyktiga komponenterna i den första smältan. Om det tas bort från källan blir du mer fraktionerad och felsisk smälter. Upprepa många gånger så får du extremt fraktionerad smälta med minimala mafiska komponenter och högt innehåll av flyktiga ämnen och mycket reaktiva element som alkalier eller fluor.

Flöden som vatten, bor, fosfor, fluor etc. kan kraftigt minska smältpunkten . T.ex. torr haplogranit smälter knappt vid 700 Celsius medan en del pegmatit smälter med extremt vatten och flyktigt innehåll kan uppenbarligen existera under 500 Celsius. Torra anorogena graniter eller ryoliter har mycket högre smältpunkt än vissa våta graniter av S-typ.

Flöden, partiell smältning och eutektik är alla mycket användbara för att förstå smältbeteenden hos mineralsammansättningar, men ger lite av den snygga grusdetaljen av bindningstyp och styrka detaljerad Brian Knights svar.


Denna fråga och svar översattes automatiskt från det engelska språket.Det ursprungliga innehållet finns tillgängligt på stackexchange, vilket vi tackar för cc by-sa 3.0-licensen som det distribueras under.
Loading...