Reacții metamorfice

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

În câmpul fizic al metamorfismului , rocile sunt aduse la condiții de presiune și temperatură în care mineralele care le constituie nu se mai află în echilibru termodinamic . Reacțiile metamorfice sunt reacții chimice care apar pentru a readuce sistemul la un nou echilibru termodinamic și implică transformări de fază (minerale) care au loc în stare solidă, dar în care fluidele pot fi consumate sau produse. Rezultatul este formarea unei roci cu caracteristici mineralogice și structurale diferite de roca de pornire.
Reacțiile chimice care implică minerale în procesul metamorfic pot fi clasificate în funcție de fazele implicate sau în raport cu mecanismul reacției și condițiile de echilibru. Cu excepția tranzițiilor polimorfe, multe reacții în rocile metamorfice sunt combinații ale mai multor dintre aceste tipuri ideale.

Clasificare pe baza fazelor implicate

  • Reacții solide → solide : sunt acele în care sunt implicate doar faze solide, atât ca reactanți, cât și ca produse, fără participarea directă a unei faze volatile. Cu toate acestea, un fluid ar putea fi prezent într-un mod pasiv sau indirect activ, favorizând nucleația de noi cristale ca catalizator și redistribuirea ionilor prin difuzie . Mineralele reactive pot fi anhidre sau hidratate. În al doilea caz, faza apoasă (sub formă de hidroxil OH) este conservată.
    Exemple de reacții între mineralele anhidre:
    NaAlSi 2 O 6 + SiO 2 NaAlSi 3 O 8 (giadeite + quarzo = albite)
    MgSiO 3 + CaAl 2 Si 2 O 8 CaMgSi 2 O 6 + Al 2 SiO 5 (enstatite + anortite = diopside + andalusite)
    4(Mg,Fe)SiO 3 + CaAl 2 Si 2 O 8 (Mg,Fe) 3 Al 2 Si 3 O 12 + Ca(Mg,Fe)Si 2 O 6 + SiO 2 (ortopirosseno + anortite = granato + clinopirosseno + quarzo)
    NaAlSi 2 O 6 + SiO 2 NaAlSi 3 O 8 (giadeite + quarzo = albite)
    MgSiO 3 + CaAl 2 Si 2 O 8 CaMgSi 2 O 6 + Al 2 SiO 5 (enstatite + anortite = diopside + andalusite)
    4(Mg,Fe)SiO 3 + CaAl 2 Si 2 O 8 (Mg,Fe) 3 Al 2 Si 3 O 12 + Ca(Mg,Fe)Si 2 O 6 + SiO 2 (ortopirosseno + anortite = granato + clinopirosseno + quarzo)
    NaAlSi 2 O 6 + SiO 2 NaAlSi 3 O 8 (giadeite + quarzo = albite)
    MgSiO 3 + CaAl 2 Si 2 O 8 CaMgSi 2 O 6 + Al 2 SiO 5 (enstatite + anortite = diopside + andalusite)
    4(Mg,Fe)SiO 3 + CaAl 2 Si 2 O 8 (Mg,Fe) 3 Al 2 Si 3 O 12 + Ca(Mg,Fe)Si 2 O 6 + SiO 2 (ortopirosseno + anortite = granato + clinopirosseno + quarzo)
    NaAlSi 2 O 6 + SiO 2 NaAlSi 3 O 8 (giadeite + quarzo = albite)
    MgSiO 3 + CaAl 2 Si 2 O 8 CaMgSi 2 O 6 + Al 2 SiO 5 (enstatite + anortite = diopside + andalusite)
    4(Mg,Fe)SiO 3 + CaAl 2 Si 2 O 8 (Mg,Fe) 3 Al 2 Si 3 O 12 + Ca(Mg,Fe)Si 2 O 6 + SiO 2 (ortopirosseno + anortite = granato + clinopirosseno + quarzo)

    Exemplu de reacție cu minerale hidratate:
    Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 + 4MgSiO 3 Mg 7 Si 8 O 22 (OH) 2 (talco + enstatite = antofillite) Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 + 4MgSiO 3 Mg 7 Si 8 O 22 (OH) 2 (talco + enstatite = antofillite)
  • Reacții solide → solide + fluide : sunt cele care eliberează sau consumă un fluid volatil și depind nu numai de presiune și temperatură, ci și de compoziția volatilului. Acestea sunt împărțite în:
    • Reacții de deshidratare : faza fluidă din produse este apa. Exemplu:
      KAl 2 AlSi 3 O 10 (OH) 2 + SiO 2 KAlSi 3 O 8 + Al 2 SiO 5 + H 2 O (muscovite + quarzo = K-feldspato + sillimanite + acqua) KAl 2 AlSi 3 O 10 (OH) 2 + SiO 2 KAlSi 3 O 8 + Al 2 SiO 5 + H 2 O (muscovite + quarzo = K-feldspato + sillimanite + acqua)
    • Reacții de decarbonare : faza fluidă din produse este CO 2 . Exemplu:
      CaCO 3 + SiO 2 CaSiO 3 + CO 2 (calcite + quarzo = wollastonite + CO 2 ) CaCO 3 + SiO 2 CaSiO 3 + CO 2 (calcite + quarzo = wollastonite + CO 2 )
    • Reacții de evaporare : atât apă, cât și CO 2 sunt prezente printre produse. Exemplu:
      KAl 2 AlSi 3 O 10 (OH) 2 + CaCO 3 + 2SiO 2 KAlSi 3 O 8 + CaAl 2 Si 2 O 8 + H 2 O + CO 2 (muscovite + calcite + 2 quarzo = K-feldspato + anortite + acqua + CO 2 ) KAl 2 AlSi 3 O 10 (OH) 2 + CaCO 3 + 2SiO 2 KAlSi 3 O 8 + CaAl 2 Si 2 O 8 + H 2 O + CO 2 (muscovite + calcite + 2 quarzo = K-feldspato + anortite + acqua + CO 2 )
      Condițiile de presiune și temperatură în care au loc aceste 3 tipuri de reacții sunt influențate de relația dintre presiunea fluidului și presiunea litostatică și, la presiune constantă, temperaturile în care au loc reacțiile depind de fracția molară X de H 2 O și CO 2 în compoziția fluidului.
    • Reacții redox : acestea sunt determinate de modificări ale temperaturii și fugacității volatilelor, în principal oxigen, și implică modificări ale stării de oxidare a unuia sau mai multor elemente. Cele mai frecvente implică minerale de fier și apar pentru a ajusta raportul dintre Fe 2+ și Fe 3+ pentru a varia gradul de oxidare a mediului. Exemple:
      6Fe 2 O 3 4Fe 3 O 4 + O 2 (ematite = magnetite + O 2 )
      2Fe 3 O 4 + 3SiO 2 3Fe 2 SiO 4 + O 2 (magnetite + quarzo = fayalite + O 2 )
      6Fe 2 O 3 4Fe 3 O 4 + O 2 (ematite = magnetite + O 2 )
      2Fe 3 O 4 + 3SiO 2 3Fe 2 SiO 4 + O 2 (magnetite + quarzo = fayalite + O 2 )
      6Fe 2 O 3 4Fe 3 O 4 + O 2 (ematite = magnetite + O 2 )
      2Fe 3 O 4 + 3SiO 2 3Fe 2 SiO 4 + O 2 (magnetite + quarzo = fayalite + O 2 )

Clasificare pe baza mecanismului de reacție și a condițiilor de echilibru

Câmpuri de stabilitate PT ale polimorfilor Al 2 SiO 5 cianit, silimanit și andaluzit

.

  • Reacții discontinue : în mod ideal, acestea au loc la o presiune specifică pentru fiecare temperatură [P = f (T)], astfel încât reactanții și produsele sunt în echilibru de -a lungul unei linii univariante în câmpul PT. Sunt de două tipuri:
    • Tranziții de fază polimorfă : implică transformarea unei faze solide într-o altă compoziție chimică identică, dar structură cristalină diferită. Exemple: transformarea calcitului aragonit , ambele CaCO3 compoziție; polimorfii de cuarț ( cuarț α cuarț β ), carbon ( diamant grafit ) și silicat de aluminiu Al 2 SiO 5 ( andaluzit kianit , silimanit kianit, andaluzit silimanită).
    • Reacții de transfer net (eterogene) : implică mișcări marcate ale materiei prin faze multiple cu consumul de reactivi și producerea de faze noi. Proporțiile modale ale diferitelor faze ale compoziției se modifică pe parcursul reacției. Exemplele date pentru reacțiile solide → solide sunt, de asemenea, exemple de reacții de transfer net.
  • Reacții continue : se referă în esență la minerale care sunt soluții solide a două sau mai multe componente pure (de exemplu, olivină care este un amestec de forsterită și fayalit). Ele sunt în mod constant la echilibru într-o gamă de valori PT în cadrul cărora ambele faze, reactant și produs, coexistă. În aceste reacții, atât proporțiile modale, cât și compoziția chimică a reactanților și produselor se schimbă, până când reactantul sau reactanții sunt consumați în totalitate, încheind astfel reacția. Reacția de schimb este un tip particular de reacție continuă în timpul căreia nu există variații în proporțiile modale ale reactanților și produselor, ci doar în concentrațiile ionilor care se înlocuiesc reciproc în reactanți. În exemplu, magneziul componentei flogopitice a micii ia locul fierului componentei almandine a granatului și invers:
    MgSiO 3 + CaFeSi 2 O 6 FeSiO 3 + CaMgSi 2 O 6 (flogopite (nella mica) + almandino (nel granato) = annite + piropo) MgSiO 3 + CaFeSi 2 O 6 FeSiO 3 + CaMgSi 2 O 6 (flogopite (nella mica) + almandino (nel granato) = annite + piropo)

Reversibilitatea reacțiilor metamorfice

Reacțiile metamorfice în teorie ar trebui să fie reversibile: o reacție care se dezvoltă datorită creșterii temperaturii ar trebui să aibă loc invers când temperatura scade. De fapt, nu este cazul. Reacțiile produc aproape întotdeauna parageneză care rămâne metastabilă chiar și în condiții de neechilibru termodinamic. Cauzele sunt în principal trei: (1) scăderea temperaturii are loc mai rapid decât încălzirea care a declanșat reacția metamorfică; acest lucru reduce considerabil viteza reacțiilor și nu acordă pietrei timp pentru a se reechilibra; (2) îndepărtarea sau absența fazei fluide, care exercită o acțiune catalizatoare, nu permite inițierea reacțiilor; (3) reducerea presiunii dirijate (stresului), care mișcă și deformează cristalele, reduce posibilitatea fluidelor de a se deplasa între ele prin transferul de ioni.

Principalele reacții metamorfice

Reacțiile sunt ordonate prin creșterea temperaturii și în conformitate cu două dintre cele mai frecvente protolite de pornire: roci de bază (gabri, bazalturi etc.) și roci pelitice (argilite și siltstone). Pentru semnificația abrevierilor, a se vedea roca metamorfică . Mutând mouse-ul peste inițiale puteți citi numele complet al mineralului.

Mafic Rocks
300 ° C
Prh + Chl + Qtz Zo + Tr + H 2 O

Pmp + Chl + Qtz Zo + Tr + H 2 O
Chl + Cal + Qtz Zo + Tr + H 2 O + Co 2
Tr + Ms Phl + Zo + Chl + Qtz + H 2 O

500-550 ° C
Zo + Qtz An + H 2 O

Chl + Zo + Qtz Ts Hbl + An + H 2 O
Chl + Tr + Zo + Qtz Ts Hbl + H 2 O
Ab + Tr Ed + Qtz
Chl + Zo + QTZ Grs + Prp + H 2 O

600 ° C
Ts Hbl + Zo + Qtz An + Di + H 2 O

Tr + An Prp + Di + Qtz + H 2 O

650-800 ° C
Ts Hbl Cpx + Opx + An + H 2 O

Tr Cpx + Opx + Qtz + H 2 O
En + An Di + QTZ + Prp

Stânci pelitice
300 ° C
Kln + Qtz Prl + H 2 O

Glt + Chl + Qtz Stp

300-320 ° C
Prl + Chl Clc + QTZ + H 2 O

Hem + Fe Chl Clc + Mag + QTZ + H 2 O

400 ° C
Prl Și / Ky + Qtz + H 2 O

Chl + Kfs Bt + Ms + Qtz + H 2 O
Stp + Ms Bt + Chl + Qtz + H 2 O

500-550 ° C
Cld + Chl + qtz Grt + H 2 O

Chl + Ms + qtz Grt + Bt + H 2 O
chl + Ms + Qtz Crd + Bt + Ky + H 2 O
Cld + Ky St + Qtz + H 2 O
Clc + QTZ St + Grt + H 2 O

Bibliografie

  • D'Amico C., F. Innocenti F., Sassi P. - Științe ale Pământului - Magmatism și metamorfism - Ediții UTET. , ISBN 88-02-04082-6 .
  • Cel mai bun MG - Petrologie ignorie și metamorfică, ediția a II-a (2003) - Blackwell
  • Bucher K., Grapes R. - Petrogeneza rocilor metamorfice. Ediția a 8-a (2011) - Springer - ISBN 978-3-540-74168-8

Elemente conexe

știința Pământului Portalul Științelor Pământului : Accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu Științele Pământului