Question:
Pourquoi les matériaux felsiques ont-ils des points de fusion inférieurs à ceux du mafique?
foobarbecue
2014-04-16 23:05:39 UTC
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Il ressort clairement de la série de réactions de Bowen que plus de minéraux felsiques ont des points de fusion plus bas que les minéraux mafiques. Pour autant que je sache, il en va de même pour les verres trempés.

Les felsiques ont un degré plus élevé de polymérisation du SiO 2 dans la phase solide, ce que j'aurais pensé être énergétiquement favorable , et par conséquent, je me serais attendu à ce qu'un verre felsique nécessite plus d'énergie pour fondre qu'un verre basaltique correspondant et ait donc une température de fusion plus élevée. Cependant, le contraire est vrai. Pourquoi est-ce le cas?

c'est une excellente question.
Trois réponses:
#1
+18
Brian Knight
2014-04-17 00:11:10 UTC
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Bonne question! Comme vous le savez, la série de réactions de Bowen décrit l'ordre de cristallisation des minéraux silicatés dans un magma en refroidissement.

L'anion complexe des silicates est un tétraèdre de quatre atomes d'oxygène entourant un atome de silicium, relié par de fortes liaisons covalentes. Chaque tétraèdre peut être isolé l'un de l'autre ou ils peuvent être liés ensemble de manière covalente en partageant des atomes d'oxygène entre des tétraèdres adjacents. De cette façon, ils peuvent former des chaînes simples (pyroxène), des chaînes doubles (amphibole), des feuilles (biotite) et des réseaux tridimensionnels de tétraèdres imbriqués (quartz).

Chacun de ces groupes structurels liés de manière covalente ( sauf les réseaux 3D) est lié à son groupe structural voisin (par exemple, une chaîne à une seule chaîne) par des liaisons ioniques avec des cations intermédiaires (K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ , etc.).

Relativement parlant, les liaisons covalentes ont des points de fusion que les liaisons ioniques. Source

Dans la série de réactions de Bowen, les minéraux qui se forment à l'extrémité la plus froide de la série discontinue sont plus riches en silicium et en oxygène et plus pauvres dans les cations métalliques. Par conséquent, les minéraux à l'extrémité la plus froide sont également plus dominés par les liaisons covalentes que par les liaisons ioniques. Cette prévalence est la raison pour laquelle les minéraux felsiques fondent à des températures plus basses que les mafiques .

Votre logique est correcte lorsque vous examinez la stabilité des minéraux face à l'altération chimique. À la surface de la Terre, ces liaisons covalentes sont beaucoup plus stables et les minéraux comme le quartz ont tendance à être beaucoup plus résistants aux intempéries que l'olivine ou le pyroxène. Ceci est décrit dans la série sur la stabilité de Goldich, à laquelle j'aime penser comme la série de réactions de Bowen était sur la tête.

#2
+18
Gimelist
2014-11-06 17:46:31 UTC
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Je voudrais ajouter à la réponse de Brian et signaler également quelques inexactitudes.

Tout d'abord, il n'est pas vrai que les minéraux felsiques ont des températures de fusion plus basses que les minéraux mafiques fort>. Voici quelques températures de fusion des minéraux communs, triées de haut en bas:

  • Forstérite (mafique): 1890 ° C
  • Quartz (felsique): 1713 ° C
  • Anorthite (felsique): 1553 ° C
  • Diopside (mafique): 1391 ° C
  • Fayalite (mafique): 1205 ° C
  • Sanidine (felsique): 1150 ° C
  • Albite (felsique): 1118 ° C

Notez que cet ordre diffère de l'ordre dans la série de Bowen. Il n'y a pas de problème avec cela, car la série de Bowen décrit l'ordre de cristallisation dans les magmas communs (comme Brian l'a correctement identifié) et non la température de cristallisation ou de fusion des minéraux. Bien que ces deux éléments soient étroitement liés, ils ne sont pas identiques.

Alors, qu'est-ce qui dicte l'ordre des minéraux dans la série de Bowen? C'est là que ça se complique. Les températures de fusion indiquées ci-dessus ne s'appliquent qu'aux minéraux purs sous pression atmosphérique. Les magmas de refroidissement ne sont jamais dans la composition exacte d'un minéral pur et sont rarement à la pression atmosphérique. Le mélange de composants ( c'est-à-dire minéraux) dans un seul magma abaissera les températures de cristallisation de tous les composants, et donc les températures de fusion. Pensez à la glace sur une route: vous pouvez la faire fondre soit en la chauffant, soit en ajoutant du sel. En ajoutant un deuxième composant ( $ \ mathrm {NaCl} $ ) au composant pur ( $ \ mathrm {H_2O} $ ) vous permettez à la glace de fondre à des températures inférieures à 0 ° C.

Quel est le rapport avec les températures de cristallisation et de fusion? Jetez un œil à ces deux schémas:

An-Di-Fo An-Fo-Qz ( source)

Ces diagrammes décrivent l'ordre de cristallisation des minéraux dans un magma dont la composition peut être définie en fonction des trois membres d'extrémité (Anorthite, Diopside, Forstérite et Anorthite, Forstérite, Quartz). Une ligne de descente est une ligne qui suit l'évolution des minéraux cristallisants à partir d'un magma. Prenons par exemple un magma avec des quantités égales de Di et Fo et légèrement moins An que le reste. Ce magma cristalliserait d'abord uniquement la forstérite, puis il cristalliserait la forstérite et le diopside ensemble et finalement il cristallisera les trois minéraux ensemble, jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de liquide. Ceci malgré la température de fusion plus élevée de l'anorthite par rapport au diopside. La fusion de cette roche entraînerait dans un premier temps la fusion des trois minéraux ensemble à 1270 ° C, même si leurs températures de fusion isolées varient d'environ 500 ° C.

Le deuxième diagramme montre une situation plus complexe, où une roche avec une composition riche en Fo pourrait d'abord cristalliser du Fo qui sera ensuite consommé pour former de l'enstatite. Un magma similaire avec un peu moins de composant Fo pourrait même ne pas cristalliser du tout la forstérite, mais plutôt cristalliser du quartz, même si la composition globale est encore riche en Fo.

Ce sujet de la cristallisation et de la fusion du magma est fascinant et un Une brève introduction est disponible (avec de nombreuses aides visuelles) est disponible ici: Équilibres de phase d'enseignement.

Fantastique. Cette réponse m'a rappelé plusieurs choses que j'avais apprises et établi des liens entre des concepts que je n'avais pas connectés. Le fait que le point de fusion du quartz se situe entre celui des deux extrémités de l'olivine est une révélation. Je pense que la vraie question dans ma tête à l'époque était "pourquoi la rhyolite solidus est-elle si basse"? Il est sec à 750 ° C. J'ai encore du mal à comprendre cela.
Je ne sais pas comment expliquer intuitivement les points de fusion bas sans thermodynamique complexe. Je ne suis même pas sûr de bien comprendre les principes de la thermodynamique.
Je pense qu'il est temps pour moi de télécharger un ou deux programmes de modélisation de fusion et de jouer pendant un moment. Peut-être lire le code source.
Autant que je sache, vous n'avez même pas besoin de le télécharger. Il existe une version de MELTS qui fonctionne en ligne. :)
#3
+4
Zbynek Burival
2016-03-17 02:16:24 UTC
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Encore une astuce: les magmas felsiques sont essentiellement des dérivés fractionnés d'autres roches. Pendant le cycle de la roche, les composants les plus volatils tendent vers les roches felsiques. L'eau et les flux réduisent généralement le point de fusion. Et les roches felsiques ont généralement des alcalis par rapport au Fe / Mg dans les roches mafiques. Les alcalis sont plus réactifs et volatils.

Si vous faites fondre partiellement des roches mafiques, les composants les plus réactifs et les plus volatils se trouvent dans la première fusion. S'il est retiré de la source, vous obtenez une fonte plus fractionnée et felsique. Répétez plusieurs fois et vous obtenez une fusion extrêmement fractionnée avec un minimum de composants mafiques et une teneur élevée en éléments volatils et hautement réactifs comme les alcalis ou le fluor.

Les flux comme l'eau, le bore, le phosphore, le fluor, etc. peuvent réduire fortement le point de fusion . Par exemple. l'haplogranite sèche fond à peine à 700 degrés Celsius, tandis qu'une certaine pegmatite fond avec une teneur extrême en eau et en matières volatiles peut évidemment exister sous 500 degrés Celsius. Les granites anorogéniques secs ou les ryolites ont un point de fusion beaucoup plus élevé que certains granites humides de type S.

Les flux, la fusion partielle et l'eutectique sont tous très utiles pour comprendre les comportements de fusion des assemblages minéraux, mais fournissent peu de détails sur le type de liaison et la force ont détaillé la réponse de Brian Knight.


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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