Bjergarter som kemiske og termodynamiske systemer Forelæsning 4

Beskrivelse af bjergarter  Faktiske indhold af mineraler modal sammensætning  Indhold af grundstoffer kemisk sammensætning vægt % eller mol % oxider  mineralogi og kemisk sammensætning to sider af samme sag

Kemisk sammensætning og mineralogi Mineralogi og kemi Kvarts SiO 2 Alkalifeldspat NaAlSi 3 O 8 -KAlSi 3 O 8 AbNa 2 OAl 2 O 3 3SiO 2 OrK 2 OAl 2 O 3 3SiO 2 Plagioklas NaAlSi 3 O 8 -CaAl 2 Si 2 O 8 AbNa 2 OAl 2 O 3 3SiO 2 An CaOAl 2 O 3 2SiO 2 Kemisk sammensætning mol % SiO 2 83,89 TiO 2 0,12 Al 2 O 3 4,34 Fe 2 O 3 0,12 FeO 0,80 MnO 0,01 MgO 0,23 CaO 0,72 Na 2 O 5,07 K 2 O 2,45 P 2 O 5 0,01 H 2 O 2,21

Bjergarter = termodynamiske systemer TYPER AF SYSTEMER udveksling af energi* stof Isolerede - - Lukkede + - Åbne + - * energi = termal + mekanisk Gibbs’ faseregel F = C – P + 2 BESKRIVELSE AF SYSTEMER Faser i systemet (P) faste faser (mineraler), smelte, gas,.. Komponenter i systemet (C) X i  X i = 1 Frihedsgrader i systemet (F) tryk (P) temperatur (T) sammensætninger (X i )

FeO/Fe 2 O 3 ! men FeO = k

Gibbs’ fri energi for et materiale A G = H – T  S G: Gibbs fri energi H: entalpi S: entropi T: absolut temperatur G 298,1 Gibbs fri energi ved 298 K og 1 bar H 298,1 entalpien ved 298 K og 1 bar S 298,1 entropien ved 298 K og 1 bar C p varmekapaciteten som funktion af T V(P,T) volumen som funktion af P og T G A (P,T) = H 298,1 +  Cp  dT - T  (S 298,1 -  (C p /T)  dT) +  V T  dP Hvis to faser A og B er i termodynamisk ligevægt G A = G B og  G B-A = G B – G A = 0

Gibbs’ fri energi

Gibbs’ frie energi for ex. andalusit og kyanit som funktion af P og T Materialet (fasen) med laveste G-værdi er den stabile, den anden er den ustabile Ligevægt mellem de to faser hvor G ANDALUSIT = G KYANIT (dvs hvor de to G,P,T-flader skærer hinanden) Projektionen ned på P,T- planet viser således ligevægts P,T-kurven

Gibbs’ faseregel: F = C-P+2

Kemisk forvitring af granit fysisk og kemisk nedbrydning af en granitkvarts alkalifeldspatkaolinit plagioklas biotit, oxider start bjergarten: kvarts SiO kaolinitAl 4 Si 4 O 10 (OH) 8 kaolinit 2Al 2 O 3  4SiO 2  4H 2 O

Sedimenters mineralogi

lermineralerne

Ler sedimenter – mineralogi og kemi

Men første valg: SiO 2

1-komponent systemet SiO 2 geotermal gradient

Systemet Al 2 SiO 5 som model: fasediagrammet for Al 2 SiO 5

Systemet Al 2 O 3 -SiO 2 som model

sammmensætningsbarren Vores bjergart SiO 2 64,47 % Al 2 O 3 8,79 % = 100 % SiO 2 88,0 % Al 2 O 3 12,0 %

Opvarmning til 1020 o C

Systemet Al 2 O 3 -SiO 2