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PubblicatoFulvio Leo Modificato 8 anni fa
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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.
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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
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T di fusione del quarzo = 1670 °C Sabbia quarzosa
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La temperatura massima di combustione della legna è 300 °C.
Invece il qtz fonde a 1670 °C
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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
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Nel sistema ternario la T di fusione si è abbassata di 1300 °C rispetto ai 1670 °C di fusione del qtz Sistema Ternario
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Nel sistema ternario la T di fusione si è abbassata di 958 °C rispetto a 1538 °C di fusione del Fe
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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)
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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
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Le abbondanze di A, B e C aumentano partendo dal componente opposto rispetto a quello di riferimento
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Le aree PIU’ VICINE ad ogni vertice sono caratterizzare da una MAGGIORE ABBONDANZA del componente di interesse
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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
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Metodo alternativo... %A = X / BC %B = Y / BC %C = Z / BC
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SISTEMA TERNARIO CON 1 EUTETTICO
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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
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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
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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
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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
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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
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Cristallizzazione all’equilibrio
...ovvero... il solido che cristallizza coesiste con il fuso che si raffredda
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Cristallizzazione all’equilibrio di un fuso basaltico
X X X Fuso differenziato Fuso basaltico Solido accumulato Olivina Pirosseno Plagioclasio
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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
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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
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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
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Il fuso basaltico ha composizione iniziale
Come si calcola in termini di diopside, anortite e forsterite?
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Ogni vertice del triangolo corrisponde al 100% del componente
La composizione “a” risulta essere 10% An 55% Fo 35% Di
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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?
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La direzione di cristallizzazione e/o di raffreddamento è indicata dalla linea di congiunzione tra il vertice Fo ed il punto “a”
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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
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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
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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
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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
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SISTEMA TERNARIO CON 2 EUTETTICI
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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
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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
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1 EUTETTICO + 1 PERITETTICO
SISTEMA TERNARIO CON 1 EUTETTICO + 1 PERITETTICO
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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
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Cristallizzazione termina al peritettico
Cristallizzazione termina all’eutettico
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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).
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Inizio esempio Fo-En-An
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Fine esempio Fo-En-An
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Inizio esempio En-An
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Fine esempio En-An
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Inizio esempio1 En-An-Qz
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Fine esempio1 En-An-Qz
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Inizio esempio2 En-An-Qz
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Fine esempio2 En-An-Qz
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