stringtranslate.com

Фракционная кристаллизация (геология)

Схематические диаграммы, демонстрирующие принципы фракционной кристаллизации в магме . При охлаждении магма эволюционирует в своем составе, поскольку из расплава кристаллизуются различные минералы. 1 : кристаллизуется оливин ; 2 : кристаллизуются оливин и пироксен ; 3 : кристаллизуются пироксен и плагиоклаз ; 4 : кристаллизуется плагиоклаз. На дне магматического резервуара образуется кумулятивная порода .

Фракционная кристаллизация , или фракционирование кристаллов , является одним из важнейших геохимических и физических процессов, происходящих в коре и мантии каменистого планетарного тела, такого как Земля. Он важен для образования магматических пород , поскольку является одним из основных процессов магматической дифференциации . [1] Фракционная кристаллизация также важна для образования осадочных эвапоритовых пород или просто фракционная кристаллизация представляет собой удаление рано образовавшихся кристаллов из первоначальной однородной магмы, чтобы предотвратить дальнейшую реакцию кристаллов с остаточным расплавом.

Магматические породы

Фракционная кристаллизация — это удаление и сегрегация из расплава минеральных осадков; за исключением особых случаев, удаление кристаллов изменяет состав магмы. [2] По сути, фракционная кристаллизация — это удаление рано образовавшихся кристаллов из изначально однородной магмы (например, путем гравитационного осаждения), так что эти кристаллы не вступают в дальнейшую реакцию с остаточным расплавом. [3] Состав оставшегося расплава становится относительно обедненным некоторыми компонентами и обогащенным другими, что приводит к осаждению последовательности различных минералов. [4]

Фракционная кристаллизация в силикатных расплавах ( магмах ) является сложной по сравнению с кристаллизацией в химических системах при постоянном давлении и составе, поскольку изменения давления и состава могут иметь драматические эффекты на эволюцию магмы. Добавление и потеря воды, углекислого газа и кислорода являются одними из изменений состава, которые необходимо учитывать. [5] Например, парциальное давление ( летучесть ) воды в силикатных расплавах может иметь первостепенное значение, как при кристаллизации магм гранитного состава в состоянии, близком к солидусу . [6] [7] Последовательность кристаллизации оксидных минералов, таких как магнетит и ульвошпинель , чувствительна к летучести кислорода в расплавах, [8] и разделение оксидных фаз может быть важным контролем концентрации кремнезема в развивающейся магме и может быть важным в андезитовом генезисе. [9] [10]

Эксперименты дали множество примеров сложностей, определяющих, какой минерал кристаллизуется первым по мере остывания расплава после прохождения точки ликвидуса .

Один пример касается кристаллизации расплавов, которые образуют основные и ультраосновные породы. Концентрации MgO и SiO 2 в расплавах являются одними из переменных, которые определяют, осаждается ли форстерит , оливин или энстатитовый пироксен , [11] но содержание воды и давление также важны. В некоторых составах при высоких давлениях без воды кристаллизация энстатита предпочтительна, но в присутствии воды при высоких давлениях предпочтительнее оливин. [12]

Гранитные магмы дают дополнительные примеры того, как расплавы в целом схожего состава и температуры, но при разном давлении могут кристаллизовать различные минералы. Давление определяет максимальное содержание воды в магме гранитного состава. Высокотемпературная фракционная кристаллизация относительно бедных водой гранитных магм может производить однощелочно -полевошпатовый гранит, а низкотемпературная кристаллизация относительно богатой водой магмы может производить двухполевошпатовый гранит . [13]

В процессе фракционной кристаллизации расплавы обогащаются несовместимыми элементами . [14] Следовательно, знание последовательности кристаллизации имеет решающее значение для понимания того, как эволюционируют составы расплавов. Текстуры горных пород дают представление, как это было задокументировано в начале 1900-х годов серией реакций Боуэна . [15] Примером такой текстуры , связанной с фракционной кристаллизацией, являются межзерновые (также известные как интеркумулюсные) текстуры, которые развиваются везде, где минерал кристаллизуется позже, чем окружающая матрица, заполняя, таким образом, оставшееся межзерновое пространство. Различные оксиды хрома, железа и титана демонстрируют такие текстуры, такие как межзерновой хромит в кремнистой матрице. [ необходима цитата ] Экспериментально определенные фазовые диаграммы для простых смесей дают представление об общих принципах. [16] [17] Численные расчеты с использованием специального программного обеспечения стали все более способными точно моделировать природные процессы. [18] [19]

Осадочные породы

Фракционная кристаллизация играет важную роль в формировании осадочных эвапоритовых пород. [20]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Петрология. Изучение магматических... горных пород , Лорен А. Рэймонд, 1995, McGraw-Hill, стр. 91
  2. ^ Wilson BM (1989). Магматический петрогенезис: глобальный тектонический подход. Springer. стр. 82. ISBN 9780412533105.
  3. ^ Emeleus, CH; Troll, VR (август 2014). "The Rum Igneous Centre, Scotland". Mineralogic Magazine . 78 (4): 805–839. Bibcode : 2014MinM...78..805E. doi : 10.1180/minmag.2014.078.4.04 . ISSN  0026-461X.
  4. ^ Петрология. Изучение магматических...пород , Лорен А. Рэймонд, 1995, McGraw-Hill, стр. 65
  5. ^ Ланге, Р. Л.; Кармайкл, Иэн С. Э. (1990). «Термодинамические свойства силикатных жидкостей с упором на плотность, тепловое расширение и сжимаемость». Обзоры в Mineralogy and Geochemistry . 24 (1): 25–64 . Получено 8 ноября 2020 г.
  6. ^ Хуан, В. Л.; Вилли, П. Дж. (март 1973 г.). «Отношения плавления мусковитового гранита при 35 кбар как модель плавления метаморфизованных субдуцированных океанических осадков». Вклад в минералогию и петрологию . 42 (1): 1–14. Bibcode : 1973CoMP...42....1H. doi : 10.1007/BF00521643. S2CID  129917491.
  7. ^ Филпоттс, Энтони Р.; Агу, Джей Дж. (2009). Принципы магматической и метаморфической петрологии (2-е изд.). Кембридж, Великобритания: Cambridge University Press. С. 604–612. ISBN 9780521880060.
  8. ^ Макбирни, Александр Р. (1984). Магматическая петрология . Сан-Франциско, Калифорния: Freeman, Cooper. С. 124–127. ISBN 0877353239.
  9. ^ Джастер, Томас К.; Гроув, Тимоти Л.; Перфит, Майкл Р. (1989). «Экспериментальные ограничения на образование FeTi базальтов, андезитов и риодацитов в Галапагосском центре спрединга, 85° з.д. и 95° з.д.». Журнал геофизических исследований . 94 (B7): 9251. Bibcode : 1989JGR....94.9251J. doi : 10.1029/JB094iB07p09251.
  10. ^ Филпоттс и Агу 2009, стр. 609–611.
  11. ^ Филпоттс и Агу 2009, стр. 201–205.
  12. ^ Кусиро, Икуо (1969). «Система форстерит-диопсид-кремнезем с водой и без нее при высоких давлениях» (PDF) . American Journal of Science . 267.A: 269–294 . Получено 8 ноября 2020 г. .
  13. ^ Макбирни 1984, стр. 347–348.
  14. ^ Кляйн, Э. М. (2005). «Геохимия магматической океанической коры». В книге Рудника, Р. (ред.). Кора — Трактат по геохимии, том 3. Амстердам: Elsevier. стр. 442. ISBN 0-08-044847-X.
  15. ^ Боуэн, Н. Л. (1956). Эволюция магматических пород . Канада: Дувр. С. 60–62.
  16. ^ Макбирни 1984, стр. 68–102.
  17. ^ Филпоттс и Агу 2009, стр. 194–240.
  18. ^ Филпоттс и Агу 2009, стр. 239–240.
  19. ^ Ghiorso, Mark S.; Hirschmann, Marc M.; Reiners, Peter W.; Kress, Victor C. (май 2002 г.). "pMELTS: пересмотр MELTS для улучшенного расчета фазовых отношений и распределения основных элементов, связанных с частичным плавлением мантии до 3 ГПа: pMELTS, пересмотр MELTS". Геохимия, геофизика, геосистемы . 3 (5): 1–35. doi : 10.1029/2001GC000217 .
  20. ^ Рааб, М.; Спиро, Б. (апрель 1991 г.). «Изменения изотопов серы при испарении морской воды с фракционной кристаллизацией». Химическая геология: Секция изотопных геонаук . 86 (4): 323–333. Bibcode :1991CGIGS..86..323R. doi :10.1016/0168-9622(91)90014-N.