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charlot-meunier
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Chapitre 4: diagrammes de phase binaires
Systèmes avec solution solide: Ab-An
Systèmes eutectiques: Di-An
1. Plagioclase (Ab-An, NaAlSi3O8 - CaAl2Si2O8)
Solution Solide Complète
Fig. 6-8. Isobaric T-X phase diagram at atmospheric pressure. After Bowen (1913) Amer. J. Sci., 35, 577-599.
D’après cours en ligne de Winter
a = An60
= 60 g An + 40 g Ab XAn = 60/(60+40) = 0.60
D’après cours en ligne de Winter
F = 2-1+1=2
1. 2 variables intensives indépendentes doivent être spécifiées pour déterminer complètement le système
= situation divariante
2. On peut faire varier 2 variables intensives independamment sans changer , le nombres de phases
Variables intensives peuvent être P, T, X, masse volumique, G-V-S molaire etc.
Du point de vue géologique, les variables les plus intéressantes sont T et X (P constante)
D’après cours en ligne de Winter
Refroidissement à1475oC (point b) .
D’après cours en ligne de Winter
Refroidissement à1475oC (point b) .
D’après cours en ligne de Winter
et dépendent deT
XAnliq X
Anplag
F = 2 - 2 + 1 = 1 (“univariant”)Une seule variable doit être spécifiée:
T XAnliq X
Abliq X
Anplag X
Abplag (P cte)
D’après cours en ligne de Winter
A 1450oC, liquide d et plagioclase f coexistent à l’équilibre
Réaction continue du type:
liquidB + solidC = liquidD + solidF
D’après cours en ligne de Winter
fd e
de ef
Principe du levier:
Quantité de liquide Quantité de solide de
ef=
d = composition du liquide, f = composition du solidee = bulk composition
liquidus
solidus
D’après cours en ligne de Winter
Lorque Xplag h, Xplag = Xbulk la quantité de liquide 0
Donc g est la composition du dernier liquide à cristalliser à 1340oC pour Xbulk = 0.60
D’après cours en ligne de Winter
Le dernier plagioclase est i quand = 0.60
= 1 et F = 2 - 1 + 1 = 2
XAnplag
D’après cours en ligne de Winter
Note :oLe liquide cristallise sur un interval T de 135oC *oLa composition du liquide change de b à goLa composition du solide change de c à h
* La temperature et l’interval dépendent de la composition globale
(An/Ab)plag > (An/Ab)liq
D’après cours en ligne de Winter
Fusion à l’équilibre On chauffe An60 et le premier liquide est g à An20 et 1340oC On continue de chauffer: liquide et plagioclase changent de X Dernier plagioclase à fondre est c (An87) à 1475oC
D’après cours en ligne de Winter
Figure 3-5. a. Compositionally zoned hornblende phenocryst with pronounced color variation visible in plane-polarized light. Field width 1 mm. b. Zoned plagioclase twinned on the carlsbad law. Andesite, Crater Lake, OR. Field width 0.3 mm. © John Winter and Prentice Hall.
D’après cours en ligne de Winter
Cristallisation à l’équilibre:Avec une diminution de la température la composition du liquide et des minéraux devient plus albitiquesComposition finale du solide = Composition initiale du liquidePlagioclase (An/Ab)plag> (An/Ab)liq
Minéraux ferro-magnésiens Mg/(Mg+Fe)sol> Mg/(Mg+Fe)liq
Diffusion (Na+Si4+⇆Ca2+Al3+) très lente (liaisons fortes) : plagios zonésDiffusion (Mg⇆Fe) plus rapide
Fo - Fa (Mg2SiO4 - Fe2SiO4)
Fig. 6-10. Isobaric T-X phase diagram at atmospheric pressure After Bowen and Shairer (1932), Amer. J. Sci. 5th Ser., 24, 177-213.
Mg/(Mg+Fe)solide > Mg/(Mg+Fe)liquide
D’après cours en ligne de Winter
Cristallisation fractionée: Soustraction des cristaux lors de leur formation: pas de reaction continues avec le liquide
Pout toutes T: Xbulk = Xliq
•Le liquide s’enrichit en composants non réfractaires (liquide évolué)•La température du liquide descend en dessous de la température du solidus à l’équilibre
D’après cours en ligne de Winter
Fusion partielle:Les premiers liquides sont soustraits lors de leur
formation Xbulk = 0.60; premier liquide = g
Le liquide et le solide s’enrichissent en composants anorthitiques
D’après cours en ligne de Winter
Plagioclase
Liquid
Liquid
plus
Plagioclase
Différence entre les deux types de champs
Bleu clair : une phase
Tout point représente une composition de phase vraie
Bleu foncé: deux phases
Tout point correspond à deux phases à l’interface avec les
champs bleus et connecté par une droite horizontale
D’après cours en ligne de Winter
•Augmentation de la pression anhydre augmente la température du solidus
•Augmentation de la pression en présence d’eau abaisse le Augmentation de la pression en présence d’eau abaisse le solidussolidus
Figure 5-4. Relationship between Gibbs free energy and pressure for the solid and liquid forms of a substance at constant temperature. Peq is the equilibrium pressure. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.
dG = VdP - SdT à T constante: dG/dP = V
D’après cours en ligne de Winter
Systèmes avec solution solide: Ab-An
Systèmes eutectiques: Di-An
Example: Diopside (CaMgSi2O6) – Anorthite (CaAlSi2O8)Sans solution solide
Fig. 6-11. Isobaric T-X phase diagram at atmospheric pressure. After Bowen (1915), Amer. J. Sci. 40, 161-185.
D’après cours en ligne de Winter
Composition a:
An70
F = 2 - 1 + 1 = 2
Cristallisation à l’équilibre
D’après cours en ligne de Winter
1455oC (point b)
F = 2 - 2 + 1 = 1
D’après cours en ligne de Winter
Refroidissement continu: Xliq descend le long du liquidus
Reaction continuoue: liqA anorthite + liqB
D’après cours en ligne de Winter
1274oC = 3 so F = 2 - 3 + 1 = 0 invariant◦ (P) T, composition de toutes les phases sont fixes◦ Réaction discontinuoue jusqu’à épuisement d’une
phase.
D’après cours en ligne de Winter
A gauche de l’eutectique: situation similaire
D’après cours en ligne de Winter
Cristallisation sur un interval T de~280oC-Une séquence de mineraux cristallise sur cet
intervalLes minéraux qui cristallisent dependent de T
- La séquence change avec la composition
D’après cours en ligne de Winter
Stillwater complex, Montana. Field
D’après cours en ligne de Winter
Texture Texture OphitiqueOphitique
Dike de Dike de diabasediabase
D’après cours en ligne de Winter
• Le dernier liquide qui cristallise dans un sytème binaire eutectique est de composition eutectique•La Fusion à l’équilibre est l’opposé de la cristallisation à l’equilibre
• Les premiers liquides sont de composition eutectique
D’après cours en ligne de Winter
Cristallisation fractionée:
Fig. 6-11. Isobaric T-X phase diagram at atmospheric pressure. After Bowen (1915), Amer. J. Sci. 40, 161-185.
•La fractionation d’une phase n’influence pas la cristallisation•La roche finale aura la composition eutectique et non pas la composition du liquide initial
D’après cours en ligne de Winter
Fusion partielle:
•Après consomation d’une phase à l’eutectique, le solide est soit Di pur ou An pur•Fusion interompue jusqu’à ce que Tliq de Di ou de An est atteinte
D’après cours en ligne de Winter
Le mélange de deux composants provoque une dépression du liquidus
Tous les système atteignent le point eutectique Pas de réaction entre liquide et solide:
cristallisation fractionée = cristallisation à l’équilibre
Tous les mélanges An + Di fondent à la même T (1274°)
Fusion fractionée: saut de température du liquidus. Pas de liquide de composition intermédiaire
Figure 6-16. T-X phase diagram of the system albite-orthoclase at 0.2 GPa H2O pressure. After Bowen and Tuttle (1950). J. Geology.
D’après cours en ligne de Winter
D’après cours en ligne de Winter
Composition aPremier solide à b: 1090oCDernier liquide à e: 1000oC
Le point eutectique n’est pas atteint
Solide final = d780°C: Intersection du solvusexsolution (perthite)
D’après cours en ligne de Winter
Composition iPremier solide à j: 1020oCDernier liquide à k: 970oC
Le point eutectique n’est pas atteint
Solide finale = Xi
Intersection du solvusexsolution (antiperthite)
Cristallisation Fractionée-> liquide approche l’eutectique
Figure 6-17. The Albite-K-feldspar system at various H2O pressures. (a) and (b) after Bowen and Tuttle (1950), J. Geol, (c) after Morse (1970) J. Petrol.
Système hypersolvus Système subsolvus
•Perthite: Composition a: exsolution de lamelles de feldaspaths riche en Na dans un feldspath riche en K•Antiperthite: Composition i: exsolution de lamelles de feldaspaths riche en K dans un feldspath riche en Na
http://www.ucl.ac.uk/~ucfbrxs/PLM/perthites/DSCN7203.jpg