Вопрос 15. Понятие о виртуальных инертных компонентах и внутренних степенях свободы применительно к метапелитам. Правило фаз.

Здесь мы рассматриваем на примере диаграммы состав парагенезис у метапелитов. Треугольная диаграмма – вверх – алюминий (в этой точке анд, сил, и кианит; и мсковит и серицит). Спправа - железо (и видимо магнетит). И слева магний. Сежду магнием и алюминием – выше кордиерит, и ниже поле побольше биотит. В самом низу гиперстен. А справа напротив биотита гранат. Ну все возможные там треугольники, только они не затрагивают биотит и гиперстен.

На этой диаграмме в углах – располагаются и инертные компоненты (или виртуальные). Они определяющие состав. Есть таке вполне подвижные компоненты – калий, натрий, вода, со2, кислород и др. Т.е. щелочи и флюиды.

Также есть избыточные компоненты – которые присутствуют вне зависимости от условий и состава пород - кварц, плагиоклаз и кпш.

А таке есть акчцесорные – циркон, апатит, ильменит, титанит. Но нет магнетита.

Правило фаз:

Введено гиббсоном, обработано Коржинским.

N=K+2 – а

Где н – число стпеней свободы, К – число компонентов (инертных), 2 – значит две внешние степпени свободы (т.е. Т и Д), а ф – число фаз (минералов во внутренней части диаграммы).

Варианты:

- например если химический анализ попал в поле граната, значит порода состоит из граната, плагиоклаза, кпш и кварца: гранатовый гнейс.

N= 3+2 – 1 = 4 – 4 значит что у нас две внешние и две внтренние стпенеи свободы, значит мы можем в двух направлениях менять состав и не уйти из поля гранатов. Т.о. получаются дивариантные парагенезы дающие информациию о составе осадка.

- пример 2: попали мы в поле гранат и кордиерита – гранат-кордиеритовый гнейс. Тогда н= 3+2-2 = 3, т.е. две внешних и одна внутрення степень свободы, и мы можем двигаться только вдоль коноды. Этот пертогенезис также не дает информацию о температуре и давлении.

- и пример последний: если у нас гранат – кордиерит – силиманитовый гнейс, то: н= 3+2-3=2, этот парагенезис позволит нам определить условия Т и Р.

Гранат кубический минерал, т.е. чем выше давление, тем выше его поля стаюильности, т.е. гранат будет уходить в более магнезиальную область (стрелочками от гранат к магнию биотиту). А кордиерит безводный минерал ,и содержит пустоты. И значит рост давления сузит его поле на диаграмме и тогда парагенетический треугольник сместиться в более магнезиальную область (Между кордиерритом гранатом и биотитом). Это такой своеобразный магнезиальный барометр.

С понижением температуры железистость увеличивается. С понижением температуры увеличится магнезиальность, скажем, того же биотита.

Есть еще гранат – кордиеритовый барометр: на основе состава гранат кориерита и силиманита определяем давление (и чем больше магния, тем больше давление).

И есть гранат- биотитовый термометр: по биотиту, гранату и кордиериту – так как там содержится водосодержащий минерал ,и реакция будет больше на Т. С повышением Т биотит сужает свое поле и будет становиться более магнезиальным.

Учебник:

Гнейсы являются породами, в составе которых преобладают полевые шпаты и кварц, которые можно рассматривать в качестве избыточных минералов. При петрохимических пересчетах их составы вычитаются из химических анализов метапелитов наряду с акцессорными минералами (апатитом, цирконом, магнетитом, рутилом). Остающиеся компоненты — Аl, Мg, Fе — являются виртуальными, определяющими минеральный парагенезис (дополнительно к полевым шпатам, кварцу и акцессорным минералам). В зависимости от соотношения виртуальных компонентов это может быть один дополнительный минерал, например, биотит (биотитовый гнейс), два минерала, например, биотит и силлиманит (биотит-силлиманитовый гнейс) или три минерала, например, биотит, силлиманит и гранат (биотит-силлиманит-гранатовый гнейс). На треугольную диаграмму А1—Мg—Fе составы пород и минералов наносятся после вычитания из них составов полевых шпатов и кварца. Например, из состава биотита вычитается условный полевошпатовый компонент (К,Nа)А18Si3О8, что приводит состав биотита в соответствие с составом пород, выраженным только посредством виртуальных компонентов. Диаграммы, на которых совмещаются составы пород и слагающих их минералов называются диаграммами «состав—минеральный парагенезис». Они служат основой физико-химического анализа парагенезисов минералов, проводимого на основе правила фаз, связывающего число виртуальных компонентов горных пород с числом фаз (минералов). Разницей этих чисел определяется число внутренних степеней свободы метаморфических систем, определяемых изоморфизмом виртуальных компонентов в составе минералов. В случае одного минерала, например, биотита (в биотитовом гнейсе) имеется две внутренних степени свободы n=К-Ф=3-1=2, и, следовательно, состав этого минерала может варьировать по двум характеристикам — глиноземистости А1/Мg+Fе) и железистости Fе/(Мg+Fе), изменяться в зависимости от состава глинистого осадка, подвергавшегося метаморфизму. При наличии в гнейсах трех виртуальных минералов, в биотит-силлиманитовом гнейсе имеется только одна внутренняя степень свободы n=К-Ф=3-2=1, так что произвольное значение может иметь только один параметр состава — железистость биотита Fе/(Мg+Fе). В породах с тремя виртуальными минералами, например, в биотит-силлиманит-гранатовых гнейсах, внутренние степени свободы на изменение состава минералов отсутствуют n=К-Ф=3-3=0. Следовательно, состав минералов является фиксированным и служит показателем внешних параметров метаморфизма — литостатического давления, температуры, химического потенциала воды во флюидах. С учетом этих трех внешних параметров правило фаз приобретает более общее значение n=К+3-Ф, фиксируя возможность образования парагенезисов с числом минералов, превышающим число виртуальных компонентов. Так, например, биотит-силлиманит-гранат-кордиеритовые гнейсы обладают двумя степенями свободы n=К+3-Ф=3+3-4=2. На пространственной диаграмме Рs-T—mH2O им отвечают минеральные фации, в которых произвольное значение имеют два из указанных выше трех внешних параметров. В ее ортогональных сечениях (на простых диаграммах) один из этих двух параметров имеет фиксированное значение, так что число степеней свободы (число независимых внешних параметров) четырехминеральных виртуальных парагенезисов сокращается до единицы n=К+2-Ф=3+2-4=1.