I sistemi ternari sono dei diagrammi che spiegano il processo di cristallizzazione e/o fusione di un magma costituito da 3 componenti chimiche. Poichè il magma è un sistema naturale complesso, i diagrammi ternari possono rappresentarlo in modo più completo dato il maggior numero di componenti rispetto ai diagrammi binari.

I sistemi ternari hanno delle implicazioni importanti per la vita dell’uomo e non solo per spiegare i processi naturali La scoperta del vetro si fa risalite ai fenici (4000 anni fà) che accendevano fuochi sulla sabbia

T di fusione del quarzo = 1670 °C Sabbia quarzosa

La temperatura massima di combustione della legna è 300 °C. Invece il qtz fonde a 1670 °C

Sabbia quarzoso-feldspatica All’eutettico binario la T di fusione della sabbia qtz-kfs si è abbassata di 680 °C rispetto a 1670 °C di fusione del qtz 1250 °C

Nel sistema ternario la T di fusione si è abbassata di 1300 °C rispetto ai 1670 °C di fusione del qtz Sistema Ternario

Nel sistema ternario la T di fusione si è abbassata di 958 °C rispetto a 1538 °C di fusione del Fe

Il diagramma ternario Di-An-Fo descrive la petrogenesi del GABBRO (roccia intrusiva) e del BASALTO (roccia effusiva) costituite da pirosseno, plagioclasio e olivina Diagramma di fase ternario di diopside (pirosseno, CaMgSi2O6), anortite (plagioclasio, CaAl2Si2O8) e forsterite (olivina, Mg2SiO4)

Un diagramma ternario è un TRIANGOLO EQUILATERO che rappresenta le  Un diagramma ternario è un TRIANGOLO EQUILATERO che rappresenta le abbondanze modali di 3 componenti. Abbondanza modale = Percentuale di minerali osservati in una roccia

Le abbondanze di A, B e C aumentano partendo dal componente opposto rispetto a quello di riferimento

Le aree PIU’ VICINE ad ogni vertice sono caratterizzare da una MAGGIORE ABBONDANZA del componente di interesse

Il % dei componenti A, B e C della composizione 1 si calcola tracciando delle linee parallele al lato opposto del vertice che rappresenta il componente di interesse % A si misura sulla parallela del lato BC % B si misura sulla parallela del lato AC % C si misura sulla parallela del lato AB

Metodo alternativo... %A = X / BC %B = Y / BC %C = Z / BC

SISTEMA TERNARIO CON 1 EUTETTICO

Un diagramma di fase ternario è la rappresentazione BIDIMENSIONALE di tre sistemi binari che descrivono il processo di cristallizzazione (o fusione) di un materiale in uno spazio TRIDIMENSIONALE La proiezione bidimensionale delle 3 superfici di liquidus forma 3 linee cotettiche che confluiscono verso 1 unico punto di minimo termico chiamato eutettico ternario

3 Componenti - 6 curve di liquidus - 3 eutettici binari numero infinito di linee rette isoterme isoterme isoterme isoterme La proiezione bidimensionale delle 3 superfici di liquidus forma 3 linee cotettiche che confluiscono verso 1 unico punto di minimo termico chiamato eutettico ternario

Le 6 curve di liquidus diventano 3 superfici (o falde) di liquidus Le 3 falde di liquidus sono divise da 3 valli termiche La proiezione bidimensionale delle 3 valli termiche forma 3 linee cotettiche. Le 3 linee cotettiche convergono verso 1 punto di minimo termico chiamato eutettico ternario

Le 3 falde di liquidus sono separate da 3 valli termiche La proiezione bidimensionale delle 3 valli termiche origina 3 linee cotettiche Le 3 linee cotettiche uniscono i 3 eutettici binari con 1 eutettico ternario Le linee rette isoterme dei 3 sistemi binari diventano delle curve isoterme nel sistema ternario Eutettico ternario Eutettico binario Eutettico binario Eutettico binario Eutettico ternario Eutettico binario

V=3C -2F +1=2, all’interno dei campi “A+Liq”, “B+Liq e “C+Liq” V=3C -3F +1=1, sugli eutettici binari e sulle cotettiche V=3C -4F +1=0, sull’eutettico ternario Eutettico ternario Eutettico binario Eutettico binario Eutettico binario Eutettico ternario Eutettico binario

Cristallizzazione all’equilibrio ...ovvero... il solido che cristallizza coesiste con il fuso che si raffredda

Cristallizzazione all’equilibrio di un fuso basaltico X X X Fuso differenziato Fuso basaltico Solido accumulato Olivina Pirosseno Plagioclasio

Al punto 1 si forma un fuso di composizione X = 70% B + 30% A Il fuso inizia a raffreddare fino al punto 2 dove intercetta la curva di liquidus del componente B

Al punto 2 appare il primo cristallo del componente B Al punto 3 il fuso continua a cristallizzare il componente B La composizione del fuso si arricchisce nel componente A

Al punto 4 inizia a formarsi il primo cristallo del componente A La temperatura del sistema fuso+A+B rimane costante lungo la linea termica del solidus Al punto 5 il fuso scompare e la temperatura diminuisce nuovamente Il solido finale ha la stessa composizione del fuso di partenza X=70% B + 30% A

Il fuso basaltico ha composizione iniziale Come si calcola in termini di diopside, anortite e forsterite?

Ogni vertice del triangolo corrisponde al 100% del componente La composizione “a” risulta essere 10% An 55% Fo 35% Di

Quale è il primo minerale che cristallizza con il raffreddamento? La composizione “a” si trova in una porzione del triangolo che è delimitata da 2 cotettiche ed 1 vertice Il fuso ha una T=1700 °C Quale è il primo minerale che cristallizza con il raffreddamento?

La direzione di cristallizzazione e/o di raffreddamento è indicata dalla linea di congiunzione tra il vertice Fo ed il punto “a”

Applicare la regola della leva: Fuso residuale / olivina Come si calcola il rapporto tra la quantità di fuso residuale e la quantità di olivina cristallizzata nel punto X? Applicare la regola della leva: Fuso residuale / olivina = a-Fo / a-X x

Il punto “b” giace sulla cotettica La temperatura di cristallizzazione è 1350 °C Il pirosseno inizia a cristallizzare cotetticamente insieme all’olivina Il fuso residuale si evolverà nella direzione dell’eutettico ternario M 1300 1350

Nel punto “X” (T=1320 °C) quale è il rapporto tra fuso residuale e solido totale cristallizzato? Tracciare la retta congiungente il punto “X” ed il punto “a” Applicare la regola della leva tra i punti “X”, “a” e “m”: Fuso residuale / solido cristallizzato = a-m / a-X 1300 x Il rapporto tra olivina e diopside che hanno cristallizzato totalmente dall’inizio del raffreddamento del magma è: Olivina totale/ Diopside totale = m-Di / m-Fo 1350 m

Dove termina la cristallizzazione? Il plagioclasio inizia a cristallizzare al punto di eutettico ternario Fo, Di e An cristallizzano contemporaneamente alla temperatura di 1270 °C, fino alla completa scomparsa del fuso L’ultima goccia di fuso avrà la composizione di eutettico ternario: 49%Di + 44%An +7%Fo 1300 1350

SISTEMA TERNARIO CON 2 EUTETTICI

I componenti X e Y formano il composto intermedio W La linea ZW si definisce linea di coniugazione (o linea di Alkemade) lungo la quale X e Y reagiscono stechiometricamente per formare W Il punto in cui la linea di coniugazione interseca la linea cotettica è un punto di massimo termico

La linea di coniugazione rappresenta una barriera termica che separa il diagramma “XYZ” in 2 diagrammi distinti “XWZ” e “YWZ” Il fuso che si origina nel diagramma “XWZ” non può cristallizzare nel diagramma “YWZ” e viceversa

1 EUTETTICO + 1 PERITETTICO SISTEMA TERNARIO CON 1 EUTETTICO + 1 PERITETTICO

L’olivina e il quarzo formano come minerale intermedio l’enstatite La fusione dell’enstatite è incongruente poichè forma olivina e fuso che hanno composizioni stechiometricamente diverse La reazione di peritettico è zerovariante come la reazione di eutettico: V=2C-3F+1 Il peritettico non è un punto di minimo termico come l’eutettico

Cristallizzazione termina al peritettico Cristallizzazione termina all’eutettico

Lungo la curva PERITETTICA e nel punto di PERITETTICO ho sempre una reazione incongruente. Quindi, durante il processo di cristallizzazione all’equilibrio, l’olivina (Fo) sarà sempre consumata per formare l’ortopirosseno (En).

Inizio esempio Fo-En-An

Fine esempio Fo-En-An

Inizio esempio En-An

Fine esempio En-An

Inizio esempio1 En-An-Qz

Fine esempio1 En-An-Qz

Inizio esempio2 En-An-Qz

Fine esempio2 En-An-Qz