Chapter 18: The effects of High Pressure

Aradi LászlóBazaltok fázisdiagramjai PhD kurzus

2016.02.11

Diopszid

• Olvadási görbe meredeksége: 15.4 °C/kbar• Szolidusz ennél alacsonyabban, a diopszid inkongruensolvadása miatt

Simon egyenlet:

Anortit• Szinguláris pont: ahol a likvid és a szilárd összetétele megegyezik (lásd Zoltán)

• SAn: 1568 °C, 9 kbar• Corund: inkongruens olvadással anortitból 9 kbar felett

• The curve An + Cor + L is a continuous equilibrium passingthrough the singular point with its metastable and stable extensions coincident; hence the curve is a continuous curve, and the only thing that happens as it passes through S An is that the sign of the reaction changes from even (below SAn) to odd (above SAn)' The curve An = L lies everywhere to the right of the equilibrium An + Cor + L except at the singular point, where the two curves unite. The metastable segment of An = L lies on the same side of An + Cor + L as the stable segment.

• Part A of the figure shows the system CAS with the locations of An, the low pressure liquid L 1 , and the high‐pressure liquid L 2. Part B of the figure repeats the P‐ T inset of Fig. 18.3, and shows the isobaric section lines C1 and C3 corresponding to the first and third sketches in part C of the figure. Part C represents the compositons as projected from CaO. At a pressure C1, less than 9 kbar, we see in part C that the eutectic reaction Cor + An = L occurs at a lower temperature than the reaction An = L. As the pressure is raised, this eutectic migrates toward An. At 9 kbar, the pressureof the singular point, the liquid in equilibrium with corundum and anorthite has reached the composition of An. Thisgenerates the special T‐X configuration shown in the middle diagram of Fig. 18.4c. At pressure C3 the Cor + L field overlaps the composition of An and the melting relationship is incongruent, or odd. Note that in the last sketch of Fig. 18.4c, the metastable melting point of An at the top of the dashed curve lies higher than the incongruent melting point, as the arrangement of the curves in part B of the figure also shows. The T‐X diagram C3 , in fact, shows why themetastable extension of An = L must lie to the high temperature side of An + Cor + L. As shown in Fig. 18.4b, the singular point SAn does not lie at the thermal maximum on An + Cor + L except by chance. By chance, in fact, it does lie indistinguishably close to the maximum, as shown in Fig. lS.3. This figure also shows that at high pressures, An breaks down to grossular plus kyanite plus quartz by the subsolidus reaction: 3 An = Gross + 2 Ky + Q

Anortit

• An+L vonal kvázi konstans, míg Di olvadáspontja nagyban nő eutektikus összetétel folyamatosan változik a nyomás növekedésével, míg a kotektikus vonal hőmérséklete nő

• CaTs beépülése még jelentősebb, mint egy baron, ezért kihagyta Morse

Anortit + Diopszid (lásd Zoltán)

• 30 kbar körül Ab lebomlik: Ab = Jd + Q• An50 esetén közel hasonló meredekségű szolidusz,mint Ab likvidusza

Albit

• 9 kbartól Cor+L megjelenik, egyre jobban behatol a szilvamagba a P növekedésével

• Nagy P‐n An‐gazdag plag. már csak Cor+L‐del tud egyensúlyt tartani, max. plag An64 20 kbaron

• Plag önállóan sem tud előfordulni 20 kbar fölött, helyettemás Na‐Ca‐Al fázisok (jadeit, gránát, kianit) és kvarc

Plagioklász

Di‐An‐Ab• CaTs‐Jd beépülések még több gondot okoznak• Kotektikus vonal változik nyomás függvényében, de nem annyira, hogy plag gazdag anortózitok kristályosodását meg tudjuk magyarázni. Sőt, +Fe esetén még „rosszabb” a helyzet.

Forszterit• 30 kbarig közel lineáris

Fo‐Di‐An• An szétesik Cor‐ra (lásd Plag)

• Sp és Di mező nő Fo és An rovására

• 5 kbar „véletlenül” szinguláris pontot tartalmaz 1292 °C‐on

• Invariáns pontok csak átszúrják a háromszöget CaTsbeépülése miatt

• Nagy P‐n Sp és SiO2gazdag likvid képződik

1377 °C: Fo + L = Di + Sp1372 °C: Di + Sp + An

SiO2

Fo‐SiO2

• Kongruens olvadás: 1584 °C, 1.4 kbar

• Eutektikus olvadék összetétele nagymértékben nem változik

• Ol+likvid  Opx 1.4 kbar alatt, (l. Zoltán)

• Nagyobb nyomáson: Pr  En, és Cr  β‐kvarc

Fo‐An‐SiO2

• Lásd előző előadásom• Fo és An nem kristályosodhat együtt  troktolitok kis nyomáson képződnek

• T peritektikus pont: F + L  En + Sp

• E: sima eutektikum, CaTs miatt likvid kiesik a síkból

Fo‐Di‐SiO2• Pig mező valószínűleg eltűnt, ezzel egyszerűsítve a rendszert

• Fo és En együtt kristályosodik, a piroxénekDi és En gazdag szilárd oldatok

• “Thermal barrier” 1560‐1570 °C

• Fo megmarad, mert a vele egyensúlyt tartó olvadék SiO2‐ben szegény

• Peridotit olvadása: Di‐Fo‐En pontban, Di fogy el először és Fo‐En vonalon mozog tovább. Azaz?

Fo‐Di‐An• Lásd Tomi

Ne‐SiO2• Ab mint “thermal barrier” eltűnik nagy nyomáson (Jd+ L, majd Jd+Qz)

• 2 szinguláris pont: JdL és Ab  L

• P2‐n Jd “thermal barrier” a két eutektikus pont között

• P3‐n albit inkongruensolvadása

• 2 valódi invariáns pont: IAb (Ab és L legnagyobb stabilitása) és Ijd(Jd és L legkisebb stabilitása)

• Első olvadék L(Ne,Ab)‐n Ijd‐ig, ahol szubszolidusz reakció: Ne + Ab  Jd

• Jd = Ab + L szerint folytatódik köpenyszerű összetételek esetén

• Szoliduszon létrejövő“köpőcsésze” stabilizálhatja a növekedő geotermát a létrejövő reakciók révén (bővebben: Kata)

• Első olvadék lehet alkálibb, majd egyre kevésbé (LIL elemek inkompatibilesek olvadékba)

• Érdekesség: Ab = Jd + L negatív dőlés  Jd + L a sűrűbb, Ab lebegni fog az olvadékban

Ne‐SiO2

Ka‐SiO2

• 19 kbartól szanidinkongurensen kezd olvadni

• S1 > S2 (ábra torz!!!)• K‐gazdag összetétel esetén az első olvadék alkáliában szegény lenne ugyanakkor ez nem reális a Földre nézve, Na >> K alkáli olvadékokat fogunk látni, legalábbis a Földön…

Káliföldpát• Ortoklász likvidusza meredekebb  a minimum összetétel Ab felé mozdul el nagyobb nyomáson (lásd Tomi ábráit)

• Solvus is emelkedik, de csak 60 kbar környékén metszené a szoliduszt, ahol már An régen nem stabil (Jd + Qz) fölösleges új diagramot rajzolni, ugyanez Lc nélkül

Fa‐Fo• “Köpöcsésze” a likviduszon a fázisátalakulásnál

• Szilvamag eltolódik nagyobb T felé emelkedő nyomás esetén

• 20 kbaron Fo59 olvadék egyensúlyban Fo87 olivinnelreális peridotit‐bazalt reláció

Nori + nagyP

H2O hatása

• Akimotoit: ensztatit ilmenit szerk. dimorfja, (Mg,Fe)SiO3, olvadéka ultramafikus  (Mg/Si = 2‐6) és illó gazdag!

• Superhydrous Phase B: előbb dehidratálódik, mint megolvadna

• HWd és WD komplett elegysort alkotnak• Olvadási hőmérsékletek túl kicsik ahhoz, 

hogy vizes fázis legyen az átmeneti zónában, még a NAMs‐oknak is. Összes víz olvadékban, ami jelen kell, hogy legyen az átmeneti zónában

• Szubdukciós zónákban: 7 GPa, 600‐700 °C: „choke point”, A fázis meg tudja tartani a vizet, majd később wadsleyite‐ként tudja a továbbvinni a TZ felé

Folks, a science cikk nem, de a nature mellekelve!

• Olvadás itt is köpeny hőmérsékleteek alatt ‐> “szabad”karbonatitos olvadék lehet a köpenyben

CO2 hatása – Afanitos kimberlit olvasztása