Неорганическая геохимия - Хендерсон П.
Скачать (прямая ссылка):
В предыдущих разделах были описаны соотношения между константой равновесия К и температурой, а также между этими параметрами и соотношениями активность/состав, катионной упорядоченностью и перераспределением элементов. Если имеются необходимые термодинамические данные, в соответствующих случаях эти соотношения могут быть использованы для определения температур и/или давлений образования минералов путем применения основных термодинамических уравнений (см. разд. 7.2.4):
ДС° = —/?Г1п/( (при постоянном Р), (7.24)
р
ДС - ДЯ°—ТАЯ0 И- Г Ы3йР,
где Т и Р — интересующие нас давление и температура, а ДЯ° и Д5° взяты для соответствующего равновесия при интересующей нас температуре и давлении 1 бар.
Когда К для данной реакции зависит главным образом от температуры (т. е. между исходными веществами и продуктами реакции имеется- большое изменение энтальпии, но малое изменение объема), то такая реакция потенциально может быть хорошим геотермометром. Аналогично реакции, сопровождающиеся большим изменением объема и малым изменением энтальпии, потенциально являются геобарометрами. Например, реакция
СаА1251а08 = СаА1аБЮ4 8Юа. (7.64)
плагиоклаз "клинопироксен,, кварц
имеет пологие изолинии К на Р—Г-диаграмме (рис. 7.7), и поэтому она является потенциальным геобарометром. Напротив, реакция
СаРе812Ов + 1/ЗМ&3А12313012 = 1/ЗРе3А1й51301а 4- СаМ^С (7.65) клинопироксен гранат гранат клинопироксен
182 Часть II
имеет крутые изолинии К (рис. 7.8), и поэтому она—-хороший потенциальный геотермометр [446]. Однако потенциально возможное использование равновесий (7.64) и (7.65) в породах может быть реализовано только тогда, когда будет известно соотношение между активностями компонентов реакций (7.64) или (7.65) и составами природных мультисистем (см. разд. 7.3).
Поскольку, прежде чем равновесия смогут быть использованы как геотермометры (или геобарометры), необходимо уста-
ГА 1 1 1
¦15 о,г
0,1
10 0,05
5 1
700 800 7\°С 900
Рис. 7.7. Изолинии К для равновесия СаА1281208 = СаАЬБЮб + БЮг. плагиоклаз клинопироксен кварц (Стандартное состояние — чистые фазы при заданных Р и Т) [446].
Рис. 7.8. Примерное положение изолиний К для равновесия СаРе51206+ клинопироксен + '/зМ&А^зОи- '/зРезА^-Аз-Ь гранат гранат
+ СаЛ^аОе. По Буду {446]. клинопироксен
новить соотношения активность/состав для главных компонентов, возникает вопрос: не будет ли проще использовать для этой цели разделение микроэлементов (в случае, когда микроэлемент в растворе подчиняется закону Генри)? Действительно, закон распределения Нернста составляет основу многих попыток создать геотермометры. Например, в работе [157] было определено распределение никеля между сосуществующими оливином, пироксеном и стеклом из некоторых образцов лав, закаленных при известных температурах. Результат показан на рис. 7.9. При обсуждении равновесия, задаваемого уравнением (7.58), уже было показано, что коэффициент распределения № между кристаллами и жидкостью зависит от активности главных компонентов жидкости, поэтому распределение кристалл — жидкость едва ли будет надежным геотермометром, за исключением случаев очень ограниченных диапазонов составов системы. Подобным образом распределение никеля между оливином и пироксеном зависит от активности некоторых главных компо
7. Термодинамический контроль распределения элементов 183
центов. Равновесие может быть записано через компоненты:
СаА^31-2Ов + 1/2Жя8Ю4 = Са№31206 + 1/2М?2ЗЮ4. (7.66) клинопироксен Ыьоливин КН-клинопироксен оливин
Соответствующая константа равновесия
^срхСаЫ!3!2ов- (ао1мгаао4)1/!
асрхСаМЄ5і2Ов- (а01Ы125Ю4)1/2
(7.67)
• Оливин/
"""^^ стекло
//Оливин/" » пироксен
У
/ \. Пироксен/ «К стекло
\
0,8
Юъ/Г, К"
0.7
Если применить тот же способ анализа, что и в случае реакции (7.58), можно показать, что коэффициент распределения /г зависит от активностей СаМ^51206 и СаЫ181206. Маловероятно, что коэффициенты активности этих компонентов были равны единице, так как в состав клинопирок-сенов обычно входят и другие элементы, особенно А1. При использовании закона распределения Р1ернста для того, чтобы расширить область действия геотермометров за пределы составов, по которым они калибровались, необходимо, чтобы система была идеальной, а это в общем случае не так. Применение геотермометра, основанного на распределении №, неизбежно имело бы ограниченные результаты.
В некоторых случаях использование простых, но разумных предположений о соотношениях активность/состав может привести к созданию достаточно надежных геотермометров. Вуд и Банно [447] использовали допущение, что и ортопироксеиовая, и клииопироксеновая фазы ведут себя как идеальные двухпозициоииые растворы компонентов CaMgSІ206 и М?2$1206 и создали геотермометр, основанный на разрыве смесимости между диопсидом и энстатитом. Реакция записывается через компоненты:
Мд^Оо = ладо,,, (7.68)
ортопироксен клинопироксен
и для нее при равновесии
АС° = —#71П (^орх^о6) = —%Т 1пК (ПРИ постоянном Р). (7.69)
