Krystalizacja frakcyjna (petrologia)

W krystalizację frakcyjną jest terminem stosowanym w petrologii związanego z formacji skalnych , opisuje on stopniowe oddzielanie krystalicznej minerałów z magmy .

Podstawy: Różnicowanie magmowe i krystalizacja frakcyjna

Zróżnicowanie magmowe to zbiorcze określenie procesów, w których z jednolitej magmy powstają różne skały. Na obszarach, na których występują zjawiska magmowe, często można znaleźć sekwencje skalne, które wahają się od zasadowych do kwaśnych członków, na przykład od bazaltów do andezytów i riolitów . Ta sekwencja skał tworzy asocjację skał , która jest wynikiem chemicznego zróżnicowania magmy macierzystej, tzn. częściowe magmy o różnych chemizmach były stopniowo oddzielane od magmy pierwotnej i wydobywane. Różnicowanie magmowe polega na oddzieleniu częściowych magm o różnym składzie od magmy tułowia.

Istnieje kilka rodzajów zróżnicowania magmowego. Zdecydowanie najważniejsza jest krystalizacja frakcyjna.

Krystalizacja frakcyjna

Definicja krystalizacji frakcyjnej

Definicja: Krystalizacja frakcyjna to sukcesywne oddzielanie skrystalizowanych minerałów od magmy.

Warunek powstawania magmy, procesy endogenne

Krystalizacja frakcyjna to proces zachodzący po uformowaniu się stopionej skały. Im wyższa jest zasadowość w stopie , tym wcześniej ultramaficznych maficzne lub minerałów takich jak oliwin lub piroksen wykrystalizować z magmowej stopu. Ze względu na większą gęstość zapadają się w magmie i pozostają jako oddzielna faza . Krystalizacja tych minerałów zmienia skład pozostałej ciekłej resztkowej magmy (tzw. faza płynna), ponieważ krystalizator ma inny skład chemiczny niż początkowy stop. Minerały Mafish zawierają mało krzemu, przez co w trakcie różnicowania magmowego wytop staje się coraz bardziej kwaśny - wzrasta zawartość Si.

Aspekty procesu krystalizacji frakcyjnej

Istnieje kilka aspektów, które odgrywają rolę w procesie krystalizacji frakcyjnej:

  1. W "różnicowaniu grawitacyjnym" frakcjonowana krystalizacja pod wpływem grawitacji reprezentuje ultramaficzne lub maficzne już uformowane kryształy tonące ze względu na ich większą gęstość na dnie komory magmowej , a więc stopią się pod wpływem usuniętej grawitacji - tak jest w "Abseigernie kryształów o wyższej gęstości oddzielonych wcześnie - tak, że stop jest zubożony w pewne jony , lżejsze części o określonej masie pozostają w pozostałym stopie. Kryształy od początkowych etapach chłodzenia gromadzić kumuluje się w dolnej części komory magmy .
  2. Jeśli podczas procesu krystalizacji nastąpi odkształcenie tektoniczne , ciekły stop może zostać wyciśnięty z już utworzonej zawiesiny kryształów. Stopniowo tworzą się kryształy z stygnącej magmy , które następnie są od niej oddzielane.
  3. W procesie „krystalizacji przepływowej” z wytopu podczas jego wznoszenia usuwane są kryształy, które wcześniej wykrystalizowały na chłodniejszych ściankach kanału wznoszenia.
Proces krystalizacji frakcyjnej z postępującym chłodzeniem

Kompatybilność: Sprawdzanie lokalizacji pierwiastków w fazie płynnej lub stałej

Miarą włączenia lub pozostania pierwiastków w fazie płynnej lub stałej jest niekompatybilność/kompatybilność. W tym kontekście kompatybilne pierwiastki można łatwo włączyć do ważnych minerałów magmowych; nie dotyczy to jednak elementów niekompatybilnych. Stwierdzenia dotyczące warunków krystalizacji magm w celu spełnienia ich często śladowych pierwiastków - badane stężenia .

Decydującą rolę odgrywa tu tzw. współczynnik dystrybucji , który wskazuje stosunek stężenia pierwiastka w minerale (lub jego paragenezy ) do stężenia tego samego pierwiastka w roztopie, jeśli te dwa są w równowadze chemicznej. Jeżeli pierwiastek jest obecny w minerale skrystalizowanym w wyższym stężeniu niż w stopie, to iloraz jest większy niż 1; iw tym przypadku element zachowuje się w sposób zgodny. Jeżeli pierwiastek występuje w minerale skrystalizowanym w mniejszym stężeniu niż w stopie, to iloraz jest mniejszy niż 1; a jeden mówi o niezgodnym pierwiastku śladowym.

To, czy element zachowuje się w sposób zgodny czy niekompatybilny, zależy od kilku czynników. Najważniejsze z nich to skład chemiczny stopu, ciśnienie, temperatura i chemia kryształów. Powodem tego jest to, że różne jony w różnym stopniu pasują do sieci krystalicznej minerałów. Zarówno promień jonu, jak i ładunek jonu muszą jak najdokładniej pasować do relacji między miejscami sieci. Na przykład kryształ zawierający Ca może z łatwością zawierać Sr, ponieważ te dwa jony mają ten sam ładunek jonowy i mają podobny promień.

Rubid i cyrkon są przykładami wysoce niekompatybilnych pierwiastków śladowych w wielu magmach.

Należy zauważyć, że wszystkie istotne warunki ulegają ciągłym zmianom podczas procesów geologicznych. Krystalizacja ze stopu zmienia skład chemiczny stopu i kryształów; ciśnienie, a zwłaszcza temperatura, należy również ogólnie postrzegać jako zmienne. Współczynniki rozkładu zatem ciągle się zmieniają, ponieważ są funkcjami tych wartości.

Stopień krystalizacji magmy jest określony przez stosunek masy początkowego stopu do masy stopu po procesie (krystalizacji) ("córka" do "magmy macierzystej"). Po Rayleigha ZASADA Fraktionierungsgleichung następuje koncentracja zgodnego pierwiastka śladowego w stopie w dużym współczynniku dystrybucyjnego z najszybciej; z drugiej strony koncentracja niekompatybilnych pierwiastków w stopie wzrasta wraz z postępem różnicowania.

Różne stężenia niekompatybilnych pierwiastków, na przykład w MORB (bazalt środkowy grzbietu oceanicznego) i OIB ( bazalt oceano -wyspowy), pozwalają na wyciągnięcie wniosków o podobnej lub innej genezie magmy bazaltowej, biorąc pod uwagę wielkość szkliwa ułamki.

Zobacz też

literatura

  • Myron G. Best: Petrologia magmowa i metamorficzna . WH Freemann & Company, San Francisco 1982, ISBN 0-7167-1335-7 , s. 45 ff .
  • Stephen Blake, Tom Argles: Wzrost i zniszczenie: ewolucja kontynentalna w strefach subdukcji , The Open University, Walton Hall, Milton Keynes, 2003 ISBN 978-0-7492-5666-1

Indywidualne dowody

  1. ↑ a b Volker Jacobshagen, Jörg Arndt, Hans-Jürgen Götze, Dorothee Mertmann, Carin M. Wallfass: Wprowadzenie do nauk geologicznych (=  uniwersyteckie wydania miękkie . Tom 2106 ). Verlag Eugen Ulmer & Co., Stuttgart 2000, ISBN 3-8252-2106-7 , s. 283 .
  2. ↑ a b c Martin Okrusch, Siegfried Matthes: Mineralogie. Wprowadzenie do mineralogii specjalnej, petrologii i geologii. Wydanie IX. Springer Spectrum, Berlin 2014, ISBN 978-3-642-34659-0 , rozdz. 17.4: „Różnicowanie magmowe”, s. 276–279, tam na s. 276.
  3. ↑ Martin Okrusch, Siegfried Matthes: Mineralogie. Wprowadzenie do mineralogii specjalnej, petrologii i geologii. Wydanie IX. Springer Spectrum, Berlin 2014, ISBN 978-3-642-34659-0 , rozdz. 18.3: „Zasada reakcji Bowena”, s. 299–302, tam na s. 300 i n.
  4. ↑ Martin Okrusch, Siegfried Matthes: Mineralogie. Wprowadzenie do mineralogii specjalnej, petrologii i geologii. Wydanie IX. Springer Spectrum, Berlin 2014, ISBN 978-3-642-34659-0 , rozdz. 33.1: „Geochemiczna klasyfikacja pierwiastków”, s. 596-598, tam na s. 598.
  5. ↑ Martin Okrusch, Siegfried Matthes: Mineralogie. Wprowadzenie do mineralogii specjalnej, petrologii i geologii. Wydanie IX. Springer Spectrum, Berlin 2014, ISBN 978-3-642-34659-0 , rozdz. 33.4: „Geochemia pierwiastków śladowych procesów magmowych”, s. 603-610.