PETROLOGIE MAGMATICĂ

Transcription

1 presunea ICHID MAGMAIC + SOUŢIE HIDROERMAĂ UNIVERSIAEA DIN BUCUREŞI FACUAEA DE GEOOGIE ŞI GEOFIZICĂ Marn Şeclăman Sorn Constantn Bărzo Anca uca PEROOGIE MAGMAICĂ SISEME ŞI PROCESE MAGMAICE (P 1 ) RM (P 1 ) a 1 1 Condţe nerealzablă (P 1 ) SH (P 2 ) RM (P 2 ) a 2 Rocă magmatcă + soluţe hdrotermală R.M. k S.H. b 2 b 1 2 (P 2 ) SH ( 2 ) f ( 1 ) f ( 1 ) ( 2 ) s temperatura Bucureşt, 1999

2

3 UNIVERSIAEA DIN BUCUREŞI FACUAEA DE GEOOGIE ŞI GEOFIZICĂ Marn Şeclăman Sorn Constantn Bârzo Anca uca PEROOGIE MAGMAICĂ SISEME ŞI PROCESE MAGMAICE ISBN Edtura Unverstăţ dn Bucureşt

4 Cuprns Prefaţă 7 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Smbolur sstemce Ordonarea sstemelor mnerale pe crterul compozţonal Ssteme mnerale de ordnul întâ Ssteme mnerale de ordnul n Ssteme petrografce Cele cnc tpur de ssteme petrografce Structura sstemelor petrografce Speca petrografcă. pul petrografc Ssteme magmatce pur fundamentale separate pe crterul gentăţ pur compozţonale separate pe crterul chmsmulu global Roc magmatce Corpur magmatce Morfologa corpurlor magmatce Pozţa corpurlor magmatce Compozţa corpurlor magmatce Structura corpurlor magmatce Vârsta corpurlor magmatce Asocaţ de corpur magmatce. Provnc magmatce Clasfcarea roclor magmatce Clasfcarea ş nomenclatura roclor magmatce slcatce Clasfcarea ş nomenclatura roclor magmatce slcatce pe crterul proporţe mnerale Prncpalele grupe de slcaţ. Smbolur caracterstce Clasfcarea ş nomenclatura roclor magmatce cuarţo-feldspatce, feldspatce ş fodce (M < 90%) pe baza proporţlor Q:A:P:F Clasfcarea ş nomenclatura roclor ultramafce comune pe crterul mneralogc Clasfcarea ş nomenclatura roclor melltce pe crterul proporţlor mnerale Clasfcarea ş nomenclatura roclor slcatce pe crterul chmsmulu global Roc magmatce slcatce cu pozţe taxonomcă ncertă Roc magmatce carbonatce Clasfcarea mneralogcă Clasfcarea chmcă Roc magmatce oxdce Roc magmatce sulfurce Roc magmatce cu compozţe mnerală complexă Kmberlte amprote 46

5 2. Magme Compozţa magmelor Compozţa magmelor slcatce Compozţa chmcă globală Compozţa chmcă ş structura lchdulu magmatc slcatc Componenţ nevolatl Componenţ volatl Compozţa magmelor neslcatce Propretăţle fzce ale magmelor emperatura magmelor mtele de varaţe a temperatur Gradenţ termc în corpurle magmatce Presunea magmelor Denstatea magmelor Consderaţ generale Denstatea lchdulu magmatc Dependenţa denstăţ lchdulu magmatc de temperatură ş presune Denstatea globală a magme Vâscoztatea magmelor Procese magmatce Mşcarea mecancă a magmelor Condţa mşcăr mecance Mşcarea convectvă a magme Ascensunea magmelor Cauza ascensun Ascensunea pe canale vertcale deschse în roc ma puţn dense decât 85 magma Condţa exploze vulcance Mecansmele ascensun magmelor Vteza de ascensune Dfuza în lchdul magmatc Autodfuza ş dfuza drjată Condţa dfuze drjate Vteza de dfuze Crstalzarea lchdelor magmatce eora echlbrelor de fază în sstemele magmatce Smbolur specale Condţa echlbrelor de fază. Varanţa echlbrelor Puncte de echlbru: emperatura de echlbru ( e ), presunea de sat echlbru (P e ) ş concentraţa de saturaţe X Curbe de echlbru monovarante n termobarce. Dagrame P n monovarante zobare. Dagrama X Dagrame X bnare 107

6 emperatura lqudus ( ) ş temperatura soldus ( s ), la sstemul bnar Dagrame bnare X fără eutectc Dagrame bnare X cu faze solde mxte, dar cu 110 mscbltate lmtată Dagrame X pseudobnare Dagrame X ternare Construcţa dagramelor ternare Evoluţa echlbrelor în ssteme ternare, ca urmare a varaţe 115 temperatur Dagrame X pseudoternare Dagrame P X Ordnea de crstalzare dn soluţle lchd magmatce Cnetca crstalzăr lchdelor magmatce Forţa motrce a crstalzăr Mecansmele crstalzăr Vteza de crstalzare Factor de control a vteze de crstalzare Varaţa vteze de crstalzare în tmp Perturbarea cnetca a ordn de crstalzare a componenţlor Reflectarea vteze de crstalzare în structurle petrografce Evoluţa compozţe fazelor în tmpul crstalzăr magme Dferenţerea magme prn crstalzare Esenţa procesulu Mecansmele dferenţer prn crstalzare cuaţa magmelor Esenţa ş cauzele lcuaţe Structura sstemelor lcuate cuaţa în topturle euslcatce cuaţa magmelor oxdo-slcatce cuaţa magmelor slcato-sulfurce cuaţa magmelor slcato-carbonatce cuaţa multplă (pollcuaţa) Amestecul magmelor Esenţa procesulu Amestecul magmelor smlare ş nonsmlare Asmlarea magmatcă Generaltăţ Asmlarea prn topre Asmlarea subsoldus Factor cnetc a asmlăr Modfcarea cursulu crstalzăr magme datortă asmlăr Abordarea canttatvă a contamnăr magme Devolatlzarea Condţa devolatlzăr Factor devolatlzăr 181

7 Vteza devolatlzăr Condţa fzcă a substanţe volatle Compozţa faze volatle Separarea ş evoluţa soluţe hdrotermale Starea ape în lchdul magmatc Defnrea soluţe apoase hdrotermale Factor care controlează solubltatea substanţelor în apa hdrotermală Evoluţa termobarcă ş compozţonală posblă a soluţe hdrotermale Condţle transformăr de fază a soluţe hdrotermale Hdrotermaltele Procese de formare Clasfucarea genetcă a hdrotermaltelor Roc hdrotermale oprea naturală a roclor Cclul magmatogen ş starea petrografcă prmordală Cauzele topr roclor Încălzrea zobară Încălzrea prn afundare Depresurzarea Scăderea temperatur de topre a roclor greu fuzble prn metasomatoză ş 213 hdratare oprea roclor prn mpact meteortc Anatexa în manta Structura sesmcă a mantale terestre Compozţa petrografcă a mantale superoare Cauzele topr parţale a pyroltulu în condţle dn manta pur posble de magmă care pot f generate în manta pur generate dn pyrolt pur magmatce generate prn toprea eclogtelor pur de magme generate pe seama perdottelor potasce ş a celor potasc-carbonatce Magme generate pe seama perdottelor suprahdratate oprea roclor crustale Compozţa petrografcă a cruste oprea roclor bazce oprea roclor acde 235 Refernţe bblografce 239

8 Prefaţă De la an la an, aproape toate unverstăţle mar ale lum îş actualzează cursurle de petrologe destnate studenţlor, cu ntenţa de a surprnde noutăţle purtătoare de progres ş a elmna alte cunoştnţe devente permate. Desgur, nu tot ceea ce este vech este neapărat permat, după cum nu tot ceea ce este nou este nevtabl exponentul adevărulu ş progresulu. Cel care se angajează să scre o carte, cu atât ma mult un curs unverstar, îş asumă rscul unor omsun regretable, de fecare dată când ntroduce noutatea, în detrmentul cunoaşter tradţonale. Dar fără rsc este puţn probabl că progresul îş va face loc. Prezenta petrologe magmatcă, destnată studenţlor geolog, este mult dstanţată de lna tradţonală a cursurlor de acest gen de la no dn ţară ş char dn strănătate. Autor nu ş-au propus să ofere tot ceea ce se cunoaşte despre magme ş despre rocle magmatce, un astfel de ţel fnd o utope, c să dea studenţlor acel suport teoretc absolut necesar pentru a înţelege esenţa magmelor ş proceselor magmatce generatoare de roc. AUORII

9 1 ~ Sstemele descrptve ale petrologe magmatce ~ 1.1. Smbolur sstemce 1.2. Ordonarea sstemelor mnerale pe crterul compozţonal 1.3. Ssteme mnerale de ordnul întâ 1.4. Ssteme mnerale de ordnul n Ssteme petrografce 1.6. Ssteme magmatce 1.7. Corpur magmatce 1.8. Clasfcarea roclor magmatce

10

11 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Smbolur sstemce SISEMEE DESCRIPIVE AE PEROOGIEI MAGMAICE 1.1. SIMBOURI SISEMICE n O = sstem omogen de ordnul n; n E = sstem eterogen de ordnul n; C n = component de ordnul n; [p n ] de ordnul n; N c -un sstem omogen de ordnul n; N p g s = stare s n = corp mneral de ordnul n ORDONAREA SISEMEOR MINERAE PE CRIERIU COMPOZI IONA - respectv un corp mneral. - -

12 12 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Ssteme mnerale de ordnul întâ e, a. b. c. starea de agregare a sstemulu. oate sstemele sstem mneral fundamental (SMF). Astfel defnt, într-un anumt SMF specfc, structura etc SISEME MINERAE DE ORDINU ÎNÂI 1. Part g 1 O = sstem omogen gazos de prm ordn - 1 O = sstem omogen lchd de prm ordn - s O 1 - (toate mneralele crstalne,

13 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Ssteme mnerale de ordnul întâ 13 s O 1 2 p 1 A B 2 p 5 C B A 2 p 4 Fg Sstem eterogen de prm ordn, sold, 2 este un corp omogen de prm ordn, 2 2 le p1 p 2 2 C A. a fel, partculele 2 2 p3 p componentulu C B. Componentul CC este reprezentat prntr- p p 3 s E 1 2 p 2 Un sstem 1 O poate f delmtat de medu prntr- un corp natural omogen de prm ordn. s 1 anzotrope, [ O], sunt cunoscute sub numele de crstale, în tmp ce 1 g 1 celelalte corpur, [ O], [ O], s 1 [O], respectv corpurle lchde, consacrate. Doar corpurle mc sunt desemnate prn termen ca: corpur stcloase etc. sau ma multor corpur [O] 1, prn starea de agregare, duce la eterogene de prm ordn (fg E. În nterorul sstemelor 1 E 2 p 1 Fg Sstem eterogen de prm ordn, sold lchd, faze: A, B. Componentul A, lchd, este reprezentat prntr-un sngur corp omogen, pe când componentul B este reprezentat moloage, p p. 1 E devne part a sstemulu eterogen, dar, spre B s E A B p 2

14 14 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Ssteme mnerale de ordnul întâ 2 consttue componentul de al dolea ordn, C 2, al sstemulu 1 E 1 E 2 2 C 1 E. E 1 a) un chmsm global; b) prn ntermed 2 g E 1 = sstem mneral eterogen de prm ordn, bfazc, gaz-lchd; E 1 = sstem mneral eterogen de prm ordn, bfazc, lchd-lchd (sstem cu lchde mscble); S E 1 = sstem mneral eterogen de prm ordn, lchd- solde; S E 1 = sstem mneral eterogen de prm ordn, sold- gs E 1 = sstem mneral eterogen de prm ordn, sold- gs E 1 1 E

15 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Ssteme mnerale de ordnul n > SISEME MINERAE DE ORDINU N > 2 eoretc, sstemele omog 2 -un corp [E] 1 prn 1 E prn 2 C1 C E, cu O, cu E Fg corpur [E] 1 enorm de corpur omoloage [E] 2 generea ncluz 2, sstemul O 2 apare ca un sstem rul enorm al partculelor omoloage p 2.

16 16 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Ssteme mnerale de ordnul n > 2 Partcule omoloage, p 2, ncluse. partculelor p 2. Structur ncluzve Fg Structur fundamentale ale sstemelor O 2. g g s s s gs gs E E E E gls gls gls E E E E abelul nr O 2 SISEMU 1 hadasoma. Np 1 hadasoma.g g Np 1 hadasoma. Np 1 hadasoma. Np 1 hadasoma.s s Np 1 hadasoma.s s Np E E E 1 hadasoma.s s Np 1 hadasoma.g g Np O O O O O O 1 hadasoma.g g Np 1 hadasoma. Np 1 hadasoma.s s Np O 2 O O O O EXEMPE - unele magme - - emulsle praful, fumul - praful umed - unele magme - O 2 a) c care am dervat mental sstemul O 2. Prn urmare: 1 E, dn

17 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Ssteme petrografce C 2 C. E O sstemulu la care ne referm. ssteme etero SS E 2, S E 2, Sg E 2, Sg E 2, E 2, g E 2, gg E , p E N O O 3 eterogene E 3 E 3 cu omogentate n > SISEME PEROGRAFICE Cele cnc tpur de ssteme petrografce me: oate sstemele E 1 Sstemul S O 2 t ION; Sstemele S E 2 se numesc de lton omolog); Sstemele S O 3 sstem S O 3 nu are o denumre Sstemele S E 3 ordn. Dntre toate cele 5 ssteme petrografce fundamentale, cel ma cunoscut este sstemul S O 2, respectv roca. Componentul specfc al roc este mneralul sau : C 2 mneral S O

18 18 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Ssteme petrografce e. Aceste roc sunt într- - ordnulu Structura sstemelor petrografce structura sstemulu. Structura nu are sens ssteme mnerale 1. În sstemele E 1 2. În sstemele O 2 ure omogentatea de ordnul 2 a sstemulu. Pentru aceasta este - terul cel ma mportant este acela care ne Acesta este crterul ma ales la sste tropa sstemulu omogen. Astfel, trebue deosebte în prmul rând structurle zotrope de cele anzotrope (fg. 1.5.a.). au de localzarea crstalelor

19 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Ssteme petrografce 19 O 3, tropa este ltonlor. Fo ferte dmensun factor structural fundamental: Factor t partculelor Fg. 1.5.a. Structur tropce fundamentale St Fg. 1.5.b. le relatve ale crstalelor

20 20 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Ssteme magmatce Factor dmensonal: a) dmensunle fragmentare sau dspersa fazelor; b) dmensunle relatve. a) compoz spece. enorme, fac ca n specle într- tp petrografc etalonul petrografc al tpulu. Crte ltând 1.6. SISEME MAGMAICE Sstemele magmatce (S.M.) sunt ssteme mnerale flude stable doar la temperatur mneral fundamental: pul 1-(S.M.) I - ssteme magmatce omogene de prm ordn: (S.M.) I O 1.

21 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Ssteme magmatce 21 - pul 2 -(S.M.) II - ssteme omogene de al dolea ordn: (S.M.) II O 2. Aceste ssteme magmatce con pul 3 -(S.M.) III - ssteme eterogene de prm ordn: (S.M.) III E 1. perse a unua în corpul celulalt. pul 4 -(S.M.) IV - ssteme eterogene de al dolea ordn: (S.M.) IV E 2. În mod natural, cele patru tpur de ssteme pot pot f de magme, pentru abordarea dfertelor probleme de pet onatce; dar to eterogen.

22 22 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Ssteme magmatce Roc magmatce mecansme (procese) de formare a roclor magmatce: 1) 2 O - cumulate"; 2) magmatce; 3) Cel magmatce generate a - lusv dn faze mnerale solde; aceste roc sunt consderate holocrstalne; - hpocrstalne; - procesulu (3) poate genera fe roc holovtroase hpocrstalne Sstemul magmatc dn care provne o an parental chmsmul global al sstemulu stem magmatc parental sunt denumte roc magmatce "cogenetce" sau "consagvne". Dn punct de -au separat mase mportante de flude volatle.

23 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Corpur magmatce 23 chmsmul global. Rocle smlare, provente dn ssteme parentale dferte, sunt denumte roc "convergente" CORPURI MAGMAICE -structural specfc corpulu. paramet Morfologa corpurlor magmatce Dn punct de vedere al forme, corpurle naturale se pot încadra în una sau alta dn cele a) corpur cu forme geometrce; b) corpur cu forme negeometrce (neregulate). dametru, much Corpurle magmatce, ca multe alte corpur naturale, sunt cel mult doar aproxmatv metra

24 24 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Corpur magmatce x z c a b y vulcanc lacolt dyke sll batolt lave stratforme lacolt neck Fg Câteva forme naturale ale corpurlor magmatce (devente corpur magmatce zometrce (a b c); ca exemple pot serv unele "bombe vulcance", unele "pllow-lava" etc.; corpur anzometrc - urle, dyke- corpur anzometrce un - - -ur etc.; 3/m dmensun (cu dmensun).

25 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Corpur magmatce 25 -un ma plutonce (adânc) sau vulcance partcular al unu corp hpoabsc aflat sub un alt corp vulcanc.] modele petrologce, sunt redate prn repere geografce: corpul de la Skaergaard (Groenlanda), de vedere, corpurle magmatce anzometrce sunt consderate fe concordante, fe dscordante. În baza acestu crteru sll dyke (corp tabular (lna alnamentulu). n acest (formate dntr-un sngur sstem magmatc, eventual dntr- sau ma multe tpur petrografce).

26 26 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Corpur magmatce acde, magmatce polsomatce pot f clasfcate în numeroase modur Structura corpurlor magmatce mo structur stratfcate, remarcate la corpurle plutonce de mar dmensun, structur ncluzve dmensun relatv mc, numte "enclave" - - sau "xenolte" - în cea anglo- structur zonale (în cazul corpurlor monosomatce) (fg. 1.7.). Desgur, într- Corpurle magmatce sold poledrce, uneor cu forme spectaculoase, cum sunt cele Fg p corp magmatc. grafc, poate f dvzat în numeroase subcorpur ma mc..

27 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Corpur magmatce Vârsta corpurlor magmatce. -zse, când. magmatc, prn crstalzare sau prn vtrfcare. - magmatc est - magmatce "pasve" ar putea f consderate corpur fosle). ncpu, r sau orelor). an ) ar trebu N an = t 1 + t 2, unde t 1 este etapa e t 2 t 1 N an t 2. "vârsta puner în loc" a corpulu magmatc. ermenul "punere în loc", foarte des folost în. În al dolea rând, Debutul etape pasve este estmat prn dverse procedee, radogene sau stratgrafce. Se cons

28 28 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Clasfcarea roclor magmatce - geologc defnt, form Se pot asoca: a) b) corpur omogene + corpur eterogene (polsomatce); c) corpur eterogene (polsomatce). Corpurle magmatce dntr- consttue o. Denumrea une provnc este redat D subprovnc r Orental, cea a într CASIFICAREA ROCIOR MAGMAICE sau ar putea evoca

29 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Clasfcarea roclor magmatce 29 Mneralogc, rocle se pot deoseb între ele fe prn caltatea mneralelor, fe prn a. caltatv d b. tr- - mneralelor componente. De aceea, mneralele formatoare de roc magmatce, acceptate ca dervând drect dn magme, desemnate prn termenul genetc de mnerale prmare, sunt prncpale subordonate pentru a le dstnge, este nevoe de un consens colectv în fxarea une anumte lmte canttatve reprezentate cel ma adesea prn crstale zolate unele edfcarea structurlor petrografce specfce. acceptate ca putând derva drect dn magme) se pot grupa în patru categor mar: 1. Roc magmatce slcatce - 2. Roc magmatce carbonatce prncpale; 3. Roc magmatce oxdce 4. Roc magmatce sulfurce de roc magmatce, formate dn alte mnerale decât cele ndcate ma sus. Mult tmp nu s-au cunoscut decât rocle magmatc celelalte luate la un loc. Acesta este motvul pentru care rocle slcatce, în raport cu celelalte

30 30 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Clasfcarea roclor magmatce omenclatura roclor magmatce slcatce Clasfcarea nomenclatura roclor magmatce slcatce pe crterul Grupul Q mnerale dn grupul SO 2 ( - - Grupul A -potasc); Grupul P Grupul F feldspatoz = fode (nefeln, leuct, kalslt etc.); Grupul M magnezene) Grupul Mt mellte. Q + A M Q + A + P M -FEDSPAICE Q + P M A + P M A M GRUPA ROCIOR FEDSPAICE P M F + A M F + P M GRUPA ROCIOR FOIDICE F + A + P M F M M P (cu M 90 %) Mt + M Mt + F M GRUPA ROCIOR URAMAFICE GRUIPA ROCIOR MEIIICE grupul Mt, fnd ncompatble chmc.

31 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Clasfcarea roclor magmatce 31 sau. Dn punct de vedere al sstematc petrografce, rocle fanertce sunt echvalente cu rocle magmatce echvalente cu cele vulcance -feldspatce, Utlzând dou dagrame ternare, de tp barcentrc, reprezentate prn dou trunghur echlaterale cu (fgura 1.8.a.), se pot ndca toate pr - - Q F Q + A + P = 100% F + A + P = 100% M < 90% M < 90% A P A P Q A P M < 90% F Fg. 1.8.a. Dagramele ternare fundamentale foloste în sstematca roclor magmatce cu M de propor a mneralelor Q, A, P a mneralelor mafce.) A. Denumrle tpurlor petrografce plutonce, separate p sunt redate în fgurle 1.8.b. b., se fac

32 32 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Clasfcarea roclor magmatce 90 Q 1a 1b 90 grantode grante alcal-feldspatce 2 3a grante 3b 4 5 tonalte sente alcal-feldspatce sente alcal-feldspatce A sente alcal-feldspatce cu fode senogrante monzogrante granodorte monzogabrour * 6* 7* 8* 10* sente monzonte monzogabrour sente 7 monzonte sente cu fode monzonte cu 6' fode monzogabrour 10 7' 8' 10' 9' cu fode sente fodce monzosente fodce monzodorte fodce monzogabrour fodce (essexte) anortozte, gabrour, dorte P gabrour fodce (theralte) -anortozte (M < 10%) - gabrour (M = 10 - plagoclazul cu An >50%) -dorte (M = 10 - plagoclazul cu An < 50%) anortozte, gabrour, dorte cu fode fodolte F Fg. 1.8.b.

33 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Clasfcarea roclor magmatce 33 ermenul general pentru câmpul 2 este grant alcal-feldspatc ermenul grant alcaln se r feldspatc deschs la culoare (M 10%), poate f folost termenul de alaskt. ermenul grant a fost folost în ma multe sensur. Etmologc, termenul "grant" provne de la cuvântul latn "granum" = granul lteratura anglo- termen ca adamelt. În lteratura europ grantul adamelt omenul 8*. granodortele mela- anortozt (plagoclazt) gabrou gabronort nort mela- ANOROZIE leucotroctolt GABROIDE gabrou olvnc gabronort olvnc nort olvnc roc ultramafce cu plagoclaz URAMAFICE nort gabronort nort opx nort cpx proxent cu plagoclaz gabrou anortozt (plagoclazt) ANOROZIE gabrou gabronort nort proxent cu plagoclaz proxent hornblendc cu plagoclaz hornblendt proxenc cu plagoclaz leuco- gabrou GABROIDE URAMAFICE hornblendt cu plagoclaz Fg le care subdvzate, ma departe, pe baza dagrame dn nterorul

34 34 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Clasfcarea roclor magmatce te de granogabrour de An în plagoclaz este ma mare de 50%. ermenul tonalt c de mnerale mafce (M 10%), se pot folos termen: trondhjemt plagogrant. sent alcal-feldspatc respectv, sent. [ermenul "sent" provne de la localtatea Sena Assuan, dn Egpt.] monzont muntele Monzon dn rol). An este ma mc de 50 %, roca este un monzodort monzogabrou. dort, gabrou anortozt pentru gabrour cu granulometre mede, termen dolert sau dabaz, în loc de mcrogabrou. " provne de la cuvântul latn, referndu- anorthoste = puternc, referndu-se la Sentul fodc Numele monzodort fodc dn câmpul 12 poate f înlocut cu snonmul plagosent fodc. monzodort fodc monzogabrou fodc, An este ma mc de nefelnce poate f folost snonmul "essexte" (termenul provne de la regunea Essex, USA). dort fodc gabrou fodc, sunt separate pe dc. Se ma folosesc ca snonm termen: theralt teschent, pentru gabroul analcmc. 60%. Ele sunt denumte prn termenul fodolte se dstng de echvalentele lor vulcance,

35 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Clasfcarea roclor magmatce 35 denumte fodte fod (exemplu: nefelnolt). A în dagrama QAPF, un tp petrografc este separat exclusv pe baza propor, în general, gnorat (excep proecteaz în câmpul 10). Celelalte tpur accept xtrem de mare a ndcelu de culoare (= propor de mafce), de la 0% pân petrografc ce are M < 5% se deosebe %, char dac au acela :P:F. Cu alte cuvnte, în unul posbltatea separ varet, deosebte prn ndcele de culoare, respectv varet leucocrate (s în M), mezocrate melanocrate (bogate în M), ca de exemplu: sent leucocrat, sent mezocrat etc. Unele dn aceste varet alaskt (grant alcal-feldspatc leucocrat), trondjemt (tonalt leucocrat) etc., dar cele ma multe nu au denumr propr. Pentru fecare tp în parte, lmtele dntre varet conven. De asemenea, se accept în unul Astfel pot f: varet pegmattce (pegmatte grantce, pegmatte sentce, pegmatte dortce etc.) adc roc formate dn crstale foarte mar; mcrogranulare (mcrogrante, mcrosente etc.); varet porfrce etc. Apltele sunt varet aplte grantce, aplte sentce etc.). B. - clasfc con hpersten în asoca pertte, mezopertte sau antpertte. ele au fost ncluse în schema de clasfcare a roclor magmatce ca roc cu aspect magmatc.

36 36 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Clasfcarea roclor magmatce charnochtce (vez fg ). Q A P A = feldspat alcaln P = feldspat plagoclaz 2 grante alcal-feldspatce hperstence (charnochte alcal feldspatce); 3 grante hperstence (charnochte); 4 granodorte hperstence (charnoenderbte); 5 tonalte hperstence; 6 sente alcal-feldspatce hperstence; 7 sente hperstence; 8 monzonte hperstence; 9 monzonorte (monzodorte hperstence sau jotunte); 10 norte (dorte hperstence) Fg Clasfcarea roclor c Deoarece perttc: Perttul (componentul ma Mezoperttul proec Antperttul,, în aproperea vârfulu P. C. Denumrle roclor vulcance sunt reda -

37 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Clasfcarea roclor magmatce 37 Q 1 Nu se cunosc rolte alcal-feldspatce 2 3a rolte 3b 4 5 dacte plagodacte latnandezte trahte alcal-feldspatce trahte alcal-feldspatce A trahte alcal-feldspatce cu fode * trahte 7* 8* 10* fere latandezte 9* trahte 7 latte trahte cu fode latte cu fode 6' latandezte cu 10 7' 8' 10' 9' fode fonolte tefrfonolte (fonolte tefrtce) tefrte fonoltce ( ) bazante fonoltce ( ) 14 P tefrte ( ) bazante ( ) - bazalte (M > 40%) - andezte (M <40%) cu fode fodte fonoltce 15a fodte tefrtce 15b c fodte F Fg

38 38 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Clasfcarea roclor magmatce pul petrografc dn câmpul 2 este numt rolt alcal-feldspatc rolt alcaln (= rolt peralcaln). Numele de rolt poate f înlocut cu snonmul lpart. roltele rodact, rys = a curge ltos =.] dact. Roclor vulcance dn câmpul 5 le-au fost atrbute alte denumr ca: plagodact andez. rle de trahte alcalfeldspatce, trahte sau latte denumesc trahte alcalne (= trahte peralcalne). [ermenul "traht" provne de la cuvântul grecesc trachs = fum, referndu-se la culoarea bazalt andezt. Indcele de culoare [vol %] 35 0 bazalte leuco-bazalte mela-andezte 40 andezte 50 SO 2 [%] Fg fgura [ermenul "bazalt" are orgne egptea basaltes -.] Numele fonolt de Rosenbach, pentru roc constând predomnant dn: feldspat alcaln + orce feldspatod mnerale mafce. Natura fodelor predom fonolte phone = sunet ), referndu-se la sunetul caracterstc pe care-l fac aceste roc, prn lovre.] fonolte tefrtce.

39 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Clasfcarea roclor magmatce 39 bazante fonoltce tefrte fonoltce, care se deosebesc doar pe fonoltc. bazantele tefrtele, care sunt separate între ele pe baza nefelnc, tefrt leuctc etc. În câmpul 15 s fodtele în tre: (15a) fodte fonoltce, (15b) fodte tefrtce sau fodte bazantce (separate fodte. Fodtele pot f denumte nomenclatura roclor ultramafce comune, pe crterul mneralogc Cu ajutorul crterulu mneralogc se pot sstematza precs doar rocle ultramafce fanertce (ultramaftele), luându-se într- dagrame (Streckese Perdottele sunt subdvzate în dunte ortoproxente olvnce 10 dunte harzburgte ortoproxente proxente olvnce proxente 40 dunte perdodte proxence lherzolte proxente olvnohornblendtce proxente hornblendtce websterte olvnce websterte perdodte px - hbl wehrlte perdodte hornblendce hornblendte olvnoproxence hornblendte proxence clnoproxente olvnce hornblendte olvnce hornblendte Fg Cla PERIDOIE PIROXENIE PERIDOIE PIROXENIE HORNBENDIE

40 40 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Clasfcarea roclor magmatce spnelul este magnett), hartzburgte, lherzolte wehrlte. Proxentele sunt subdvzate apo în ortoproxente (exemplu: bronztte), websterte clnoproxente (exemplu: dallagte). propor melltolte olvnce melltolte olvno-proxence Mellt melltolt melltolte proxence melltolte proxeno-olvnce Mellt melltolte melltolte perdottce proxentce 50 Clnoproxen Clnoproxen 90 melltte olvnce melltte proxence Fg Clasfcarea roclor melltce plutonce Fg Clasfcarea roclor melltce vulcance roc kalsltce abelul nr flogopt clnoproxen leuct kalslt mellt MAFURI --- x --- x --- x x KAUNGI x x x x x VENANZI x x x x x x --- COPPAEI x x --- x x x = prezent --- = absent

41 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Clasfcarea roclor magmatce 41 global În decursul tmpulu, au fost prop % fonolte fodte tefrte (ol < 10%) bazante (ol>10%) trahbazalte pcrobazalte tefrfonolte fonotefrte trahandezte trahandezte bazaltce trahte (Q < 20%) trahdacte (Q > 20%) rolte bazalte andezte bazaltce andezte dacte ultrabazce bazce ntermedare acde % Fg folosnd cla [%] bazante tefrte pcro- bazalte bazalte andezte bazaltce andezte Fg alkal-sl tpur petrochmce (IUGS, Na 2 O, K 2 2. [%]

42 42 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Clasfcarea roclor magmatce pcrte, comatte etc.) sunt delmtate chmc în -magnezene, atunc se poate utlza exclusv dagrama dn fgura dagrame cartezene bnare, ca de exemplu, dagrama SO 2 K 2 O (fg.1.18.) sau dagrama Al 2 O 3 FeO (fg ). Al 2 O 3 [%] % bazalte andezte bazaltce andezte Al 2O 3 > 1.3 FeO +4.4 trahte comendtce rolte comendtce (= comendte) trahte pantellertce rolte pantellertce (= pantellerte) Al 2O 3 < 1.3 FeO +4.4 Fg Clasfcarea bazaltelor (cu SO 2 > 48%), andeztelor bazaltce, andeztelor, dactelor % FeO [%] Fg ul de Al 2 O 3 2 Bonnt SO 2 2 <0,5 % Roc pcrtce SO 2 <53 %, Na 2 O + K 2 Acestea sunt dvzate în : Pcrt Na 2 O + K 2 O>1 % Komatt Na 2 O + K 2 2 <1 % Memecht Na 2 O + K 2 2 >1%. mafce, de -

43 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Clasfcarea roclor magmatce 43 nele ermenul lamprofr a fost ntrodus de von Gumbel în 1874 pentru un grup de roc negre, ce mnette, kersantt, camptont vogeste leuct. abelul 1.3. KIMBERIE ORANGEIE AMPROIE MINEE AMPROFIRE macrocrstale frecvent frecvent rar nu rar fenocrstale frecvent frecvent frecvent rar frecvent macrocrstale frecvent frecvent frecvent frecvent frecvent (flogopt) (flogopt) fenocrstale frecvent nu frecvent (flogopt) frecvent frecvent (flogopt) (flogopt) (flogopt) frecvent (flogopt) - knoshtalt - frecvent tetraferflogopt frecvent ( tetraferflogopt) frecvent (Al-bott) frecvent (Al-bott) spnel abundent (cromt magnezan ulvospnel magnezan) rar (cromt magnezan -magnett) rar (cromt magnezan -magnett) frecvent (cromt magnezan magnett) frecvent (cromt magnezan -magnett) montcelt frecvent nu nu nu frecvent dopsd nu frecvent frecvent frecvent (bogat în ) frecvent (bogat în ) perovskt frecvent rar rar nu frecvent apatt frecvent abundent frecvent frecvent frecvent calct abundent frecvent nu frecvent frecvent nu rar (în masa frecvent abundent (în nu K-rchtert nu rar (în masa ) frecvent Ba-ttant foarte rar frecvent frecvent nu nu Zr-slcat foarte rar frecvent frecvent foarte rar nu Mn-lment rar frecvent foarte rar frecvent rar leuct nu frecvent pseudomorfoze frecvent (fenocrstale) nu nu nu nu dver

44 44 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Clasfcarea roclor magmatce - dverse roc ca: mnette, a (mneralogce) redate în tabelul Roc magmatce carbonatce Sunt consderate roc magmatce carbonatce sau carbonatte Carbonatte calctce în care prncpalul carbonat este sovt - fn-granula alvkt. Carbonatte dolomtce în care prncpalul carbonat este dolomtul. Acestea ma pot f denumte beforste. Ferocarbonatte în care carbonatul este bogat în fer. Carbonatte sodce - vulcanul Oldonyo enga, dn anzana. de 10% în carbonat pot f desemnate prn termen - 50% mnerale carbonatce pot f numte roc slcato-carbonatce, de exemplu: jolte carbonatce etc.

45 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Clasfcarea roclor magmatce 45 -Mg-Fe, atunc carbonattele pot f sstematzate cu ajutorul CaO carbonatte calcce MgO 50 FeO+Fe 2 O 3 +MnO Fg ) Roc magmatce oxdce R neralogce: magnettce, lmentce, magnetto Roc magmatce sulfurce lfur, în specal sulfurle de Fe, N, Cu. Pe crterul mneralogc, ele ar putea f clasfcate în roc protnce, roc pentlandtce sulfurce, sunt denumte mner de ssteme apar ca agregate polcrstalne, cu omogentate de ordnul II, ele trebue consderate structurale: mcrocrstalne, macrocrstalne, echgranulare, nechgranulare etc.

46 46 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Clasfcarea roclor magmatce reprezentatve sunt Kmberlte dn grupul I corespund roclor arheotpce dn Afrca de Sud, Kmberly, pentru care s-a folost 14 (Wagner) termenul de kmberlte bazaltce. Kmberltele dn grupul II corespund kmberltelor mcacee sau lamprofrce (Afrca de Sud). Grupul I este defnt de rocle potasce ultrabazce bogate în volatle (predomnant CO 2 ). cuprnse între mm) sau a unor megacrstale (1 20cm) prnse într-o matrce fn- ant. (ulvospnel magnezan magnezocromt ulvospnel orangete) este defnt de rocle peralcalne ultrapotasce bogate în volatle (domnant H 2 mcrofenocrstale de flogopt, prnse într- psd (de amprote amprotele au rdcat întotdeauna probleme în ceea ce rezultat reîncadrarea la lamprote a u

47 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Clasfcarea roclor magmatce 47 contnu - -Zr. geochmce astfel: a. 90%), cele ma semnfcatve fnd: ttant (2 10% O 2 (5 12% Al 2 O 3 ); ttant (5 10% O 2 ), asocat cu tetraferflogopt într- ttant (3 5% O 2 ), asocat cu rchtert potasc (4 6% K 2 O); 2 O 3 2 O); leuct nonstochometrc, bogat în fer (1 4%Fe 2 O 3 ); 5% Fe 2 O 3 ). b. astfel, împreu c. Fazele mnerale neslcatce care apar frecvent în lamprote sunt: apatt, perovskt, lment, magnezocromt, magnezocromt cu, magnett magnezano-ttanfer etc. d. montcelt, kalslt, nefeln, feldspat alcaln bogat în Na, sodalt, nosean, haüyn, melant etc. e. Prncpalele caracterstc chmce ale lamprotelor sunt: K 2 O / Na 2 O > 3, ultrapotasc; raportul molar K 2 O / Al 2 O 3 > 6.8; raportul molar K 2 O + Na 2 O / Al 2 O 3 > 1, peralcaln; FeO < 10%; CaO < 10%; O 2 = 1 7%; peste 5000 ppm Ba; peste 500 ppm Zr; peste 1000 ppm Sr; peste 200 ppm a. lamprot dopsdo-leucto-flogoptc; lamprot dopsdo-sandno-flogoptc; lamprot dopsdo-maduptc;

48 48 1. Sstemele descrptve ale petrologe magmatce Clasfcarea roclor magmatce lamprot dopsdo-leuctc; lamprot leucto-rchtertc; lamprot dopsdo-leucto-rchterto-maduptc; lamprot leucto-flogoptc; lamprot halo-olvno-dopsdo-flogoptc; lamprot olvno-dopsdc-rchtertc-maduptc; lamprot halo-enstatto-flogoptc; lamprot enstatto-sandno-flogoptc. De nota pokltc, contrar lamprotelor comune, în care flogoptul apare ca smple fenocrstale.

49

50 2 ~ Magme ~ 2.1. Compozţa magmelor Compozţa magmelor slcatce Compozţa magmelor neslcatce 2.2. Propretăţle fzce ale magmelor emperatura magmelor Presunea magmelor Denstatea magmelor Vâscoztatea magmelor

51 2. Magme MAGME 2.1. COMPOZI IA MAGMEOR magmele carbonatce sau cu cele sulfurce. C 2, O 2, Al 2 O 3, MgO, FeO, Fe 2 O 3, CaO, Na 2 O, K 2 O, H 2 caz, ceea ce just decursul tmpulu au fost propuse numeroase scheme de clasfcare a magmelor pe crterul SO 2, Al 2 O 3 2 O + K 2 O). Mult tmp s- 2 tru a separa tpur de magme acde,neutre bazce greutate ale SO 2 fnd acde magmele cu peste 63% SO 2 2 sub 52%. Având în Al 2 O 3 conduce la separarea altor tpur chmce. În acest caz este mportant raportul: Al 2 O 3 /(CaO + Na 2 O + K 2 O). a cele ma multe magme, raportul este consderate magme alumnoase. 2 O 3 ) de cele normale. - rocle denumr petrografce, ca de exemplu: magme bazaltce (în loc de magme bazce), magme

52 52 2. Magme - andeztce (în loc de magme neutre), magme roltce (în loc de magme acde) etc. a fel, (magmele bazce cu bazctate ma sc bogate în potasu) etc. preczat ma s Într-un lchd magmatc pot exs 2-, S 4+, Al 3+, Fe 3+, Fe 2+, Ca 2+, Mg 2+, Na +, K + anjare 1972): b) caton mo 4+, Al ] 4-, [AlO 4 ] 5- [FeO 4 ] 5- ma ales caton [SO 4 ] 4-, se pot polmerza, unndu- - P.

53 2. Magme - 53 Oxgen puntat Oxgen nepuntat Caton formator de Fg NP ). Gradul de polmerzare K = O NP OP. poltetraedrc), fnd cu atât ma mar cu cât raportul K este ma mc. Valoarea lu K, pentru cele / Fe 3+ / + poate, de asemenea, împedca polmerzarea, neutralzând -. În cazul extrem, în locul tetraedrulu [SO 4 ] 4- S(OH) 4 polmerzarea.

54 54 2. Magme - ulu sold, cu K + ). -H-C-S- 2, H 2, Cl 2, H 2 O, CO 2, CO, H 2 S, CH 4, HCl, SO, SO 2 etc. 2-, H +, (OH) -, (SO 4 ) 2-, Cl - etc. 2H 2 + O 2 = 2H 2 O H 2 O = (OH) - + H + H 2 + CO 2 = CO + H 2 O CO + ½ O 2 = CO 2 4H 2 + CO 2 = CH 4 + 2H 2 O CO 2 + CH 4 = 2C + 2H 2 O S + O 2 = SO 2 2SO 2 + 4H 2 = S 2 + 4H 2 O S 2 + 2H 2 = 2H 2 S - 2 O, CO 2, SO 2, CO, H 2, S 2, O 2, H 2 S, CH 4, Cl 2, SO 3 acest caz, este d

55 2. Magme - elor 55 flud ). Într- a acestea: a = X, unde gazoase (f f = p, unde p a volatlele foarte dluate, 1) echlbrul este controlat de actvtatea (a ), respectv fugactatea (f 2H 2 + O 2 = 2H 2 O, fe: 2 a H2O K = 2 a a O2 H2 2 f H2O K = 2 f.f O2 H2 G 0 ln K = G, R0 unde R este con Deoarece G 0 echlbru sun - + H 2 2 O, sunt clar dependente de 2, ar la temperatur joase H 2 S. Factor fzc temperatura.

56 56 2. Magme - 4 ] ] 5-. oate magmele nat 2 sub 30% sunt consderate magme A. Magme carbonatce 2 2. Compoz sunt prea bne cunoscute, deoarece lchdele carbonatce sunt stable doar la presun mar. uând ca reper carbonattele, roc presupuse a f produsul de consoldare al acestor magme, se poate 2, CaO, MgO, Na 2 O, SO 2, FeO, H 2 O, K 2 a presun înalte, calctul trece în ara Carbonatul Na 2 CO 3 3, MgCO 3 2 CO 3 sunt mscble la presun înalte, formând un lchd carbonatc polcomponent 2 : (MgO + CaO + Na 2 O) ar putea f stokometrc. a presun termce ale magmelor, componenta CO 2 propre. B. Magme sulfurce sunt mu S, dverse alte - 500ºC. De aceea, teoretc, topturle naturale cu compoz -

57 2. Magme - 57 corespund C. Magme oxdce. Specfcul acestor magme este chmsmul global, care se aprope fo apatt. într- 2 O 3, CaO, P 2 O 5, SO 2, MgO, O 2, Cr 2 O 3 cunoscute PROPRIE IE FIZICE AE MAGMEOR emperatura magmelor - soldus ( S ). a temperatur > S este stabl sstemul magmatc, ar la temperatur < S este stabl sstemul petrografc -a preczat anteror, în sstemul magmatc pot coexsta la echlbru maxm tre categor de faze: lumul V. F F Fazele crstalne solde, s entrople S s. Volumul total al sstemulu magmatc va f: V M V VF Vs, S M S SF Ss. Vs

58 58 2. Magme - magmelor Fazele mnerale solde, s - volumele Vs S s ; F F, aceasta localzându-se fe între crstalele roc magmatce, fe ca ncluzun flude în crstale, fe în golurle Volumul global al sstemulu petrografc este: V V V, P S S S. P s s Pentru orce sstem magmatc dat, defnt prntr-un anumt chmsm global, temperatura soldus, S ds V dp S M M V S P P F F V S > < 0. S emne contrare, temperatura S scade cu presunea. Entropa S M este întotdeauna ma mare decât entropa S P S = S M S P nu poate f d V = V M V P presune. M V P este sgur poztv uscate V P V Vs. P [kbar] 35 Ca urmare, în sstemele magmatce uscate (lpste de ma mare parte dn magmele slcatce, fnd de ordnul a 2-10 grade/kbar, temperatura soldus a magmelor uscate magme, scade temperatura S, astfel c Fg emperaturle s a. magme bazce; b. c. a b [ºC]

59 2. Magme - 59 soldus sunt cu aproxmatv 200 C ma mc decât la magmele bazce (fg. 2.2.). Spre deosebre de magmele uscate, magmele umede 10 au un volum total (V M ) ma mc decât volumul (V P ) al sstemulu 8-6 astfel enorm volumele molare. De presunea de 1 atm, are un volum V H 2 O = R 100cm 3 4 (unde = 1 2 temperatura în grade K a magme), fnd, dec, de ordnul a 10 5 cm 3. În 2 volumul molar sub 30cm 3. Spre deosebre de 0 lchdul magmatc, cele ma multe mnerale magmatce, care consttue E M P E R A U R A [ºC] Fg s practc, nu pot solublza fazele egaltatea: P M V V, P R E S I U N E A [kbar] F P M unde VF VF tle, M V P vate) vor f ma mar, ceea ce se s ) cu presun, volumele gazelor se com s gazulu magmatc). M V P s F

60 60 2. Magme - tal pe ma multe C, dar numa la 30 km). temperatura lqudus ( Magmele care au temperatur ma mar decât, magme supralqudus, sunt lpste de faze crstalne, pe când magmele sublqudus lchdul magmatc. emperaturle maxme înregstrate pe dverse magme naturale, dn dferte zone cu vulcansm actv, sunt de crca 1200 C, fnd sub temperaturle ale acestor magme. temperatur supralqudus. În câmpul gravta - axe,,. x y,z y z x,y x,z într-

61 2. Magme - 61 sau m x z,y y P S C P unde = denstatea sstemulu omogen, p z P = g z, x,y,s g C -se valorle p specfce magmelor, se ajunge la adabatc sunt de ordnul a sutmlor de grad / adabatc dn ca proces. Orce alt gradent termc vertcal, deosebt de cel adabatc, devn p x,z,.

62 z Magme - c emperatura z2 z = M 1 Adâncmea z2 z1 g.g. Fg z = temperatura de gradent M = temperatura magme C), temperatura medulu, în crescând, dec, cu adâncmea. De adân mede: M Z C, 2 unde C temperatura în corpul magmatc ar f apare în s

63 2. Magme - 63 a R/2 raza cerculu) va trece zoterma ( C + M )/2 M Z, termc orzontal în lungul raze R, se poate, dec, calcula astfel: M Z M M C 2 x z,y y R R z,x R z M R C sau M M 2 R ma puternc, emperatura Z. z 2 între coordonatele z 1 2 (fg. 2.5.), z 1 adabatc. Fg Schematzarea grade [g.g. = gradent geotermc; g.a. = gradent adabatc în n) exs R); z 2, z 1 coordonatele vertcale ale coloane magmatce.] - Adâncmea g.g. g.v. g.a.

64 64 2. Magme Presunea magmelor - între: (a) magmele lpste de faze volatle denstatea mede ( ) a coloane vertcale în punctul consderat: P = gh. =2.5 g/cm 3 bar/m (1bar = 10 5 Pa 1atm). a corpurle de un anumt punct dn nterorul corpulu -se cont de eterogentatea coloane acopertoare: P h g z g z, R 1 M 2 ' P 3 P 3 ' P 2 P 2 P 1 ' P 1 Fg magmatce. ' P 2 P 2 - ' P 3 P 3 - ' P 1 P 1 - presun unde: R = denstatea mede a z 1 M ac - elastctat P vert. = Rgh.

65 2. Magme - 65 P Pvert. 1 orzont, unde = coefcentul Posso roclor au coefcentul oc, pe f. a temperatur P f nr. R a P, 1 (V b) 2 [(V b) ] h. Aparent, într-o P f > P h sau P f < P h. P f P h. f > P h suprapresunea fludulu se transmte magme, astfel încât întreaga -

66 66 2. Magme - gazoase), presunea magme, P M, va f: P M = P h + P f, unde P f astfel încât: P f > P h, Pentru estmarea valor P f f, în fecare Denstatea magmelor Denstatea, = m V, 3. (volumul unt 3 /g), dar de cele ma multe or 3 /mol), eventual volumul atomc (cm 3 /atom gram). V = V X, unde V, ar X, atunc putem vorb nclusv de un volum molar al sstemulu chmc (vez Ncholls, 1990): V = V Z.

67 2. Magme - 67 tate V = V V (unde V - n posble: 1 + s s n ); 3) + s n. lchdulu magmatc ( M M =, pe, denstatea magme este: M = X X X X... X X X X. f f S1 S1 S2 S2 Sn Sn f f S S a magme Denstatea lchdulu magmatc V = VX, unde V chd, ar X

68 68 2. Magme - abelul nr COMPONENU VOUMU MOAR (cm 3 / mol) (g / mol) DENSIAEA g / cm 3 SO O Al 2 O Fe 2 O KAlS 3 O KFeS 3 O FeO MgO CaO Na 2 O K 2 O H 2 O CO Dependen O 3 V O2 = cm 3 / mol, pe când V O2 = cm 3 4+ poate V O2. În mod smlar, V Fe2O3 onlor de oxgen poate modfca raportul Fe 3+ / Fe ) a - molare ale H 2 2 dzolvate în dferte lchde magmatce, la dferte ) abelul nr Carmchael) lchdulu slcatc V H O 2 Domenul presun (kbar) Domenul termc ( C) (cm 3 / mol) NaAlS 3 O NaAlS 3 O 8 ~ KAlS 3 O 8 ~ ~ CaMgS 2 O 6 ~

69 2. Magme - 69 abelul nr V 2 Carmchael) lchdulu slcatc V CO 2 Domenul presun (kbar) Domenul termc ( C) (cm 3 / mol) NaAlS 3 O NaAlS 2 O NaAlSO Andezte holete holete Mellte olvnce se pot dzolva în lchdul slcatc sub forma ma V H2O jurul valor de 20 cm 3 / mol, fnd destul de apropat de volumul molar al ape lchde în stare V CO2 3 / mol. De aceea, cunoscând procentul H 2 2 V H2 O = 20 cm 3 2 O (procente greutate) sau 9.93% H 2 5.3%. exp. ar compresbltat dv [cm 3 / grad mol], d P =- dv [cm 3 / bar mol]. dp P

70 70 2. Magme - abelul nr Carmchael) OXIZII V cm 3 / mol 10-3 cm 3 / mol K 10-4 cm 3 / mol bar SO O Al 2 O Fe 2 O FeO MgO CaO Na 2 O K 2 O O Na 2 O-Al 2 O C denstatea scade de la 2.40 g / cm 3 la 2.36 g / cm 3 nterval termc, scade de la 2.71 g / cm 3 la crca 2.63 g / cm 3.. de presune, exprmate în bar, pe s termce, exprmate în grade. Cu alte cuvnte, efectul presun asupra te f ma mare decât cel al temperatur. De mare nteres P k presune compresbltatea componentulu în Fg / s = k denstate

71 2. Magme - gmelor 71 de unele date expermentale întreprnse de Stopler lchdulu bazaltc începând de la presunea de 1 solde (fg. 2.8.). În raport cu prox - 60 Fg M fazelor componente: faza lchd- ul de devolatlzare. Denstatea mneralelor solde este, în V = R. P atl. De aceea, un mc procent de greutate de faze volatle într- emprce ma complcate. Cu ajutorul acesto ma

72 72 2. Magme - lchd magmatc sau 1 2 O O ) în sstemul magmatc sub forma une "spume" magmatce) Vâscoztatea magmelor a crstalelor etc., punându- nf - ca flude Newtonene. Cele ma multe se compor -Newtonene) c stress- de cedare, c, (fg. 2.9.). Fg la tpurle fundamentale de flude. un raport între stress-. d dt Deformarea, de v v z Fg Deformarea unu cub de -o curgere de forfecare. Fg Curgerea de forfecare între plane paralele.

73 2. Magme - 73 prn d /dt = d /dt ; este cu mult ma /dz, ndus de stress-ul de forfecare -. De aceea, vâscoztatea. dv dz -ul este exprmat în N/m 2 (1 N m -2 = 10 dyne cm Untatea 2 = 1 Pa s, ar 10-1 Pa cm s -2 cm. Astfel 1N s/m 2 = 1decapose = 10 g/s cm. - eratura, E R A e,

74 74 2. Magme - unde E sublmare), A VÂSCOZIAEA (log ) [pose] a b c VÂSCOZIAEA (log ) [pose] [10 4 /] EMPERAURA [K] Fg [(a) sstemul nefeln sentt H 2 O, cu XH2O = 1.65%; (b) sstemul nefeln sentt H 2 O, cu XH2O = 5.2%; (c) sstemul grant H 2 O, cu XH2O = 5.2%.] a b c PRESIUNEA [MPa] Fg [(a) P = 0; (b) P O < P ; (c) O H 2 O H 2 H 2 P = P. P O ] H 2 Presunea. Ma multe expermente efectuate la temperatur supralqudus pe toptur -a 4 -O-S., a curger vâscoase. Valoarea energe (E 122 kcal/mol 2 Prn c

75 2. Magme - 75 în fgura De remarcat 10 8 puternc la magmele acde 6 la magmele acde apa rupe ma -O. 4 magme este, de asemenea, un factor de 2 ste de EMPERAURA [ºC] Fg Vâscoztatea magme acde saturate - ton ] 4- (monomer), [S 2 O 7 ] 6- (dmer), [S 2 O 6 ] 4-2 O 5 ] 2-4 O 8 ] 0 sau [S 3 AlO 8 ] 1- relatv rdcat de Na + + SO 4 2+, Ca 2+, Fe 2+ etc. în ar f P 2 O 5 4. o 2.5 (1 r ), în care: VÂSCOZIAEA ( ) [pose] o dspersate sunt ma mar. Bulele gazoase nea, vâscoztatea. Ac este

76

77 3 ~ Procese magmatce ~ 3.1. Mşcarea mecancă a magmelor 3.2. Dfuza în lchdul magmatc 3.3. Crstalzarea lchdelor magmatce 3.4. cuaţa magmelor 3.5. Amestecul magmelor 3.6. Asmlarea magmatcă 3.7. Devolatlzarea

78

79 3. Procese magmatce Mşcarea mecancă a magmelor PROCESE MAGMAICE 3.1. MIŞCAREA MECANICĂ A MAGMEOR Condţa mşcăr mecance Deplasarea mase magmatce dntr-un loc în altul, pe o drecţe oarecare, este posblă numa dacă pe acea drecţe exstă un gradent de potenţal mecanc. Potenţalul mecanc (φ) are caracterstcle une energ lbere, fnd o parte dn energa lberă a untăţ de masă (Ramberg, 1955). Sensul mşcăr mecance este dnspre punctele cu potenţale mecance ma mar spre cele cu potenţale mecance ma mc, ar tendnţa generală a mşcăr este de a mcşora energa lberă a sstemulu ş de anulare a dferenţelor de potenţal. În câmpul gravtaţonal, potenţalul mecanc al unu sstem mneral flud de masă m ş volum V este: PV V( ρ2 ρ1)gz φ = +, m m unde P = presunea, ρ 2 = denstatea medulu vcnal, ρ 1= denstatea sstemulu flud, g = acceleraţa gravtaţonală, z = pozţa în câmpul gravtaţonal al centrulu de masă al sstemulu, raportată la centrul planete (înălţmea la care se află sstemul). Pe un nterval de înălţme z, de ordnul de mărme al înălţm unu corp magmatc, putem consdera că g = constant, de unde rezultă că sngurele varable care pot modfca potenţalul mecanc sunt P,V ş z. Pe o drecţe oarecare dn spaţul gravtaţonal, varaţa totală a potenţalulu mecanc este, dec, următoarea: φ = V P + P V + V( ρ ρ )g z, d 2 1 unde V = volumul untăţ de masă (volum specfc). În planul orzontal, pe o drecţe oarecare, y, gradenţ de potenţal sunt daţ exclusv de varaţa presun ş volumulu specfc pe aceea drecţe: dφ P V = V + P. dy y y z z,v z,p

80 80 3. Procese magmatce Mşcarea mecancă a magmelor a volum specfc constant: dφ dy z P = V y ceea ce înseamnă că potenţalul mecanc creşte pe drecţa orzontală y, în sensul în care creşte presunea ş, dec, fludul tnde să se deplaseze dnspre punctele cu presune ma mare spre cele cu presune ma mcă. Fenomenul acesta este foarte bne cunoscut în cazul deplasăr fludelor în plan orzontal în condţ zoterme. a presune constantă: z,v, dφ dy z V = P y Rezultă dec, că, în condţle zobare, potenţalul mecanc creşte în sensul în care creşte volumul specfc al fludulu. În sstemele flude omogene compozţonal, ndferent de ordnul omogentăţ, creşterea zobară a volumulu specfc (scăderea denstăţ) este cauzată de creşterea temperatur. Cu alte cuvnte, gradenţ orzontal a denstăţ sunt cauzaţ exclusv de gradenţ termc, dacă compozţa fludulu rămâne constantă ş omogenă. De aceea, dacă în planul orzontal exstă gradenţ termc, la presune constantă, masa fludulu tnde să se mşte dnspre punctele cu temperatură ma rdcată spre cele cu temperatură ma scăzută. endnţa deplasăr este drect proporţonală cu coefcentul de dlatare termcă al fludulu. Deplasarea pe vertcală a fludulu magmatc este posblă numa dacă pe vertcala loculu apar gradenţ de potenţal mecanc, aceşta dn urmă putând f determnaţ de dferenţa de denstate între punctul consderat ş punctele vecne pe aceeaş vertcală ( ρ 2 ρ1 ) sau de varaţle pe vertcală a presun nehdrostatce (P`): z,p. dφ P` = ( ρ2 ρ1)g + V. dz z V [Sublnem încă o dată dferenţa dntre presunea hdrostatcă, P h ş cea nehdrostatcă, P`. Presunea magme, P, este o sumă a celor două tpur de presun: P = P h + P`. În orce magmă presunea hdrostatcă este funcţe de adâncme ş este fresc să exste gradenţ vertcal a presun hdrostatce. Dacă în camera magmatcă exstă doar gradenţ a presun hdrostatce, aceşta nu nfluenţează potenţalul mecanc. Numa presunea nehdrostatcă, P`, cauzată de presunea volatlelor, poate genera, pe vertcală, gradenţ de potenţal mecanc.]

81 3. Procese magmatce Mşcarea mecancă a magmelor Mşcarea convectvă a magme În orce corp magmatc, de dmensun relatv mar, se poate nstala o mşcare convectvă cu crcut închs (fg. 3.1.). x x y g φ 4 φ cceccellulă celulă convectvă concvectvă 3 2 φ 3 φ 2 y a z b z Fg Mşcarea de convecţe într-o cameră magmatcă: (a) celula convectvă cu două ramur vertcale ş două orzontale. [z 2 z 1 = ampltudnea pe vertcală a celule; φ 1, φ 2, φ 3, φ 4 = potenţalele mecance la coordonatele z 1 ş z 2 (φ 1 > φ 2 ş φ 3 > φ 4 )]; (b) Pereche de două celule convectve. Convecţa este o mşcare a mase magmatce ndusă de perturbaţle de denstate, ar aceasta dn urmă, la rândul e, fnd cauzată de nstalarea unor gradenţ termc vertcal. Gradenţ termc vertcal perturbă echlbrul hdrostatc, dacă temperaturle cresc cu adâncmea după un gradent termc dfert de cel adabatc. a temperatur ma rdcate, fludul magmatc suferă o dlatare suplmentară faţă de cea cerută de echlbrul hdrostatc, crescând astfel potenţalul mecanc. Se realzează un dezechlbru gravtaţonal care face ca masa ma caldă să se mşte în sus, ar cea ma rece în jos. Sngura formă de mşcare care poate asgura mşcarea smultană a celor două mase de sensur opuse, este mşcarea de tp convectv, în crcutul ofert de una sau ma multe celule convectve. Într-o celulă convectvă, aşa cum se vede în fgura de ma sus, exstă patru ramur: două orzontale ş două vertcale. Cele dn urmă consttue propru-zs forţa motrcă a convecţe, deoarece parcurg cele ma mar dferenţe de potenţal mecanc (respectv între φ 3 ş φ 4 pe ramura ascendentă ş între φ 1 ş φ 2 pe ramura descendentă). endnţa curentulu convectv este de a readuce fludul la starea de echlbru gravtaţonal, adcă de a rearanja stratele de flud în aşa fel ca cele cu denstate ma mcă să fe în orce punct peste stratele cu denstate ma mare. De aceea, dacă factorul perturbator se menţne pe o durată ma mare decât peroada convecţe (tmpul necesar unu crcut complet), atunc mşcarea convectvă poate să dureze ma mult decât o sngură peroadă.

82 82 3. Procese magmatce Mşcarea mecancă a magmelor În magma omogenă, vteza mşcăr convectve, υ, este controlată de gradentul pe vertcală al potenţalulu mecanc, de vâscoztatea globală a magme (υ) ş de dmensunle lnare () ale magme: dφ 1 v =. dz υ Cum gradenţ vertcal a potenţalulu mecanc sunt cauzaţ de gradenţ termc vertcal, se ma poate spune că, într-o cameră magmatcă oarecare, cu dmensunea constantă, vteza convecţe va f: d 1 v = α, dz υ unde α este coefcentul de dlatare termcă al fludulu. De aceea, se poate spune că vteza curentulu convectv este drect proporţonală cu gradentul termc vertcal. Aşa cum s-a arătat într-un paragraf anteror, gradenţ termc vertcal se nstalează pe tmpul răcr camere magmatce ş se menţn atâta tmp cât durează răcrea. Cum durata răcr este, în general, drect proporţonală cu dmensunea camere magmatce, se poate spune cu certtudne că toate camerele magmatce de dmensun mar, de ordnul a mnmum zeclor de metr, au ntrat întro mşcare convectvă pe tot tmpul răcr. Efectele mşcăr convectve asupra sstemulu magmatc sunt numeroase ş, la momentul potrvt, unele dntre acestea vor f luate în dscuţe ma în detalu. Preczăm doar că mşcarea pe ramura ascendentă poate f o cauză a devolatlzăr parţale, ar convecţa, în ansamblul e, se opune tendnţe de dferenţere gravtaţonală a crstalelor în camerele magmatce Ascensunea magmelor Exceptând magmele formate prn mpact meteortc, toate magmele care au ajuns la suprafaţa planete s-au format la mar adâncm, uneor de peste 100 km. De la locul de formare ş până la suprafaţă, ele au străpuns orzonturle solde ale cruste ş mantale terestre, proces denumt ntruzune magmatcă. Magmele aflate char la locul de formare, prn procesele de topre, sunt consderate autohtone, pe când cele deplasate de la locul orgnal sunt consderate alohtone. Magmele ntrusve sunt magmele alohtone care n-au ajuns încă la suprafaţa ltosfere, pe când lavele sunt magme alohtone ajunse la suprafaţă. ocul unde magma ajunge la suprafaţă este, îndeobşte, numt vulcan, ar procesul în sne de eşre la suprafaţă a lave, este cunoscut ca erupţe vulcancă. Erupţa poate f subaerană sau subacvatcă, ar după forma de manfestare, poate f explozvă sau lentă. avele provente prn erupţ lente pot f antrenate în curger gravtaţonale,

83 3. Procese magmatce Mşcarea mecancă a magmelor 83 supunându-se leglor generale ale curger orcăru flud. Curgerea lavelor, precum ş celelalte fenomene care însoţesc erupţa vulcancă, nu vor f abordate ac, dat fnd faptul că ele consttue un obect specal de studu al Vulcanologe, dscplnă desprnsă de ma multe decen dn sânul Petrologe. În acest paragraf ne propunem să abordăm doar tre aspecte: cauza ascensun, mecansmul ş vteza ascensun Cauza ascensun Cauza cea ma generală a ascensun magmatce este tendnţa magme de a obţne stărle cu potenţale mecance cât ma mc. Cu alte cuvnte, o magmă ascensonează numa dacă, pe parcursul ascensun, ea îş mcşorează energa mecancă. a volum constant ş în lpsa fazelor volatle, sngura cauză a ascensun este dferenţa de denstate dntre magmă ş medul ambant, ascensunea fnd posblă doar dacă denstatea, ρ 1, a magme este ma mcă decât denstatea medulu, ρ 2. Forţa motrcă a ascensun, F a, în acest caz, este o forţă pur arhmedcă, fnd proporţonală cu volumul magme, V M : F a = V M (ρ 2 - ρ 1 )g. Admţând că forma corpulu magmatc este o sferă cu raza r, avem: df a = 4πr 2 (ρ 2 - ρ 1 )g, ceea ce înseamnă că forţa de ascensune creşte cu pătratul raze corpulu magmatc ş devne nulă când ρ 2 - ρ 1 = 0. Pământul se află în echlbru gravtaţonal numa dacă în orce loc denstatea matere creşte cu adâncmea ş într-o astfel de stare, planeta poate f concepută ca fnd formată dntr-o nfntate de orzontur paralele dn ce în ce ma dense, pe măsură ce ne deplasăm spre nteror. Când unul dn aceste orzontur suferă o transformare astfel încât denstatea lu să scadă sub denstatea orzontulu medat superor, se realzează aşa numta nversune barotropă. Urmarea medată este generarea forţe ascensonale a matere în acel orzont. Formarea magmelor în orzonturle profunde prn toprea matere solde preexstente, generează, ndscutabl, astfel de nvers barotropce, dat fnd faptul că denstatea lchdelor magmatce este ma mcă decât denstatea roclor solde dn care provn. În consecnţă, magma tnde să-ş părăsească orzontul în care s-a format ş să ocupe o pozţe la un nvel superor, cerută de echlbrul gravtaţonal (fg. 3.2.).

84 84 3. Procese magmatce Mşcarea mecancă a magmelor A M O S F E R Ă A D Â N C I M E A O 4 O 3 O 2 O 1 O 0 MAGMĂ AUOHONĂ ρ 4 ρ 3 ρ 2 ρ 1 ρ M ρ M > ρ 1 > ρ 2 > ρ 3 > ρ 4 F A > 0 ρ M = ρ 2 F A = 0 ρ M < ρ 4 F A = 0 a b c Fg Înălţmea maxm posblă de ascensune a magmelor, mpusă de forţa ascensonală, F a. (O 0 = orzontul în care s-a generat magma; O 1, O 2, O 3, O 4 = orzontur superoare, cu denstăţle corespunzătoare ρ 1, ρ 2, ρ 3, ρ 4 ; ρ M = denstatea magme). a. stare de dezechlbru gravtaţonal; b. corp ntrusv echlbrat gravtaţonal; c. lavă echlbrată gravtaţonal. eoretc, forţe ascensonale se opune o altă forţă pe care o putem denum forţă de rezstenţă la deplasare(f r ). În momentul de faţă, nu cunoaştem precs natura forţe F r, dar este aproape sgur că ea depnde de propretăţle reologce ale medulu, prn care se realzează ascensunea magme, ş de ntenstatea nteracţun coezve dntre magmă ş medu. Dacă F r are o natură pur coezvă cazul cel ma smplu cu putnţă atunc această forţă trebue să fe controlată de suprafaţa corpulu prntr-o relaţe de forma: F r = f r A, unde f r este forţa coezvă pe untatea de nterfaţă dntre medu ş corpul magmatc. Pentru un corp magmatc sferc, varaţa cu suprafaţa (nterfaţa) a forţe de rezstenţă va f: df r = 8πr Cu alte cuvnte, atât F A, cât ş F r cresc cu raza (dmensunea) corpulu magmatc, numa că prma creşte ma repede. Consecnţa este că sub anumte dmensun, corpul magmatc are F a < F r ş, dec, nu poate ascensona.

85 3. Procese magmatce Mşcarea mecancă a magmelor Ascensunea pe canale vertcale deschse în roc ma puţn dense decât magma Forţa arhmedcă permte ascensunea magmelor doar până la orzontur unde se asgură egaltatea ρ 2 = ρ 1. a acest orzont, magma se poate acumula, formând un bazn magmatc alohton. A M O S F E R Ă orzontul 2 orzontul 1 ρ = 2.5 h ρ = 2.5 h ρ = 2.5 ρ = 2.7 ρ = 2.7 Cameră magmatcă ρ = 2.7 ρ = 2.7 P t ρ = 2.7 h P t ADÂNCIMEA V B = 0 P = 0 V B 0 P ρg h = 2.7 h V B < 0 P t ρg h = 2.7 h a b c Fg Ascensunea magme pe canale deschse, în orzonturle casante ale cruste: a. ascensunea maxm posblă în cazul lpse de suprapresune cazul echlbrulu hdrostatc; b. ascensunea provocată de exstenţa une suprapresun P ma mare decât presunea de coloană ρg h; c. ascensunea determnată de contracţa baznulu magmatc, prn deplasarea convergentă a pereţlor lateral. V B = V fnal - V nţal = varaţa de volum a baznulu magmatc; P t = presunea tectoncă exerctată pe pereţ mobl a camere magmatce; P = suprapresunea exerctată de fazele volatle. În orzonturle cele ma superoare ale cruste terestre, unde rocle se comportă casant, forţa de ascensune a magme sau alte cauze tectonce, pot cauza ruperea roclor astfel încât să formeze în acoperşul baznulu magmatc fractur deschse până la suprafaţa cruste. Pe astfel de fractur deschse magmele se nsnuează ş, uneor, ascensonează până la suprafaţă, char dacă rocle dn acoperş au denstate ma mcă. Numeroasele corpur magmatce tabulare vertcale (dyke-ur), ca ş multe coşur vulcance, întâlnte în dferte contexte geologce, confrmă această posbltate. Este lmpede că în astfel de stuaţ, forţa ascensonală nu ma este de natură arhmedcă. Pe o fractură vertcală cu pereţ rgz, deschsă până la suprafaţă, o magmă lpstă de suprapresune nu se poate rdca ma sus decât î permte echlbrul hdrostatc (fg. 3.3.a.). Sngurele forţe, care pot întreţne ascensunea, sunt suprapresunle exerctate de fludele volatle ş presunle tectonce. Presunea

86 86 3. Procese magmatce Mşcarea mecancă a magmelor tectoncă este legată de mşcarea blocurlor rgde ş are efect numa dacă rezultatul fnal este comprmarea camere magmatce(fg. 3.3.b.). Probabl că acest caz se produce foarte rar. Mult ma frecvent ascensunea pe canale deschse este cauzată de procesele de devolatlzare în baznele magmatce, care generează suprapresun sufcent de mar pentru a învnge presunea de coloană, care se exerctă pe canalul de ascensune (fg. 3.3.c.) Condţa exploze vulcance Deseor, magmele care ajung în orzonturle superoare ale ltosfere, explodează. Exploza înseamnă o creştere rapdă de volum a sstemulu magmatc prn ruperea pereţlor ş depărtarea fragmentelor spre exteror. Exploza înseamnă, în acelaş tmp, ş o deplasare foarte rapdă spre suprafaţă a une părţ dn masa magmatcă. Fenomenul explozv este posbl numa dacă în sstemul magmatc are loc o creştere a energe mecance dncolo de o anumtă lmtă, ca urmare a suprapresun, P, generată de substanţele volatle. Energa de exploze este produsul dntre volumul magme ş suprapresune: E = V M P. P c Suprapresunea, P, acţonează radar în camera P c P c magmatcă (fg. 3.4.), ar acestea se opune σ θ presunea, P c, a medulu exteror. Presunea radară dn camera magmatcă determnă aparţa în roca înconjurătoare a une P c P c P tensun de tragere, σ θ, paralelă la suprafaţa peretelu. Valoarea aceste tensun este determnată de Fg Schema dstrbuţe presunlor în ş suprapresune ş presunea externă: înafara camere magmatce, cu suprapresunea P 3 P. σ θ = tensunea de cerc σ θ = P c. 2 2 (ensunea σ θ, în cazul une camere sferce, este cunoscută sub numele de tensune de cerc ). Când tensunea, σ θ, depăşeşte rezstenţa la rupere (rupere prn tragere) a medulu, are loc exploza. Suprapresunea, P o, la care se obţne egaltatea: σ θ = R t, (unde R t = rezstenţa la rupere prn tragere a medulu), defneşte suprapresunea de exploze. Dec: o P = 2R + 3P. Deoarece în acoperşul camere magmatce P c = ρgh, rezultă că adâncmea maxmă la care se poate produce o exploze magmatcă este: t c

87 3. Procese magmatce Mşcarea mecancă a magmelor 87 h max o P 2R t =. 3ρg Prn urmare, adâncmea maxmă la care este posblă exploza este controlată de tre factor ndependenţ: ( P o, R t, ρ). Aceasta explcă de ce una ş aceeaş magmă poate exploda la adâncm dferte. Dacă rezstenţa la rupere ş denstatea roclor sunt consderate constante, atunc se poate spune că adâncmea de exploze creşte lnar cu suprapresunea (fg. 3.5.). adâncmea [km] suprapresunea, Pº [kbar] exploze subvulcancă - exploza roclor uşoare (R t = 1kbar; ρ=2g/cm 3 ) - exploza roclor grele (R t = 0.5kbar; ρ=3g/cm 3 ) Fg Corelaţa dntre adâncmea maxmă de exploze ş suprapresunea dn camera magmatcă Mecansmele ascensun magmelor Exploza magmatcă ş rdcarea magmelor pe fractur deschse (fal) sunt mecansme de ascensune doar în orzonturle cele ma superfcale ale ltosfere. a adâncm de peste 10 km, nu se ma poate vorb de fractur deschse ş, probabl, nc de exploz, ma întâ pentru faptul că rocle au, ma degrabă, un comportament plastc decât casant ş, în al dolea rând, pentru faptul că presunle medulu, crescând consderabl cu adâncmea, împedcă ruperea prn exploze. Dn punct de vedere reologc, orzonturle profunde ale cruste terestre ş, ma ales, ale mantale, se comportă ca nşte materale pseudoplastce (în cel ma rău caz, ca nşte materale Bngham). De aceea, la stress-ur de forfecare de lungă durată, ele curg ca nşte flude cu foarte mare vâscoztate (coefcenţ de vâscoztate a roclor dn orzonturle profunde depăşesc Pa s, fnd, probabl, de m de or ma mar decât ce a magmelor foarte vâscoase).

88 88 3. Procese magmatce Mşcarea mecancă a magmelor Prn urmare, la adâncm mar de zec ş sute de km, un corp magmatc apare faţă de medul 4 x 3 F A z f y 2 1 a. b. c. 1, 2, 3, 4 = repere orzontale z 0 = adâncme corp autohton z f = adâncme corp alohton z 0 z d. Fg Ascensunea magmelor medată de curgerea plastcă a roclor permagmatce. a. dstrbuţa forţelor în magmă ş în roca permagmatcă; b. dstrbuţa stress-ulu de forfecare; c. dstrbuţa lnlor de curenţ în roca permagmatcă; d. şstoztatea remanentă a roc permagmatce generată de ntruze: z 0 = adâncmea de generare înconjurător ca un corp flud într-un medu, de asemenea, flud, dar ma vâscos ş nu ca un corp flud într-un medu rgd. Forţe arhmedce de ascensune, F a, se opune o forţă egală ş de sens contrar care acţonează în matera medulu permagmatc. Pe pereţ vertcal a corpulu magmatc cele două forţe generează forţe de forfecare care oblgă magma să curgă în sus, ar roca medulu în jos (fg. 3.6.). Curgerea perplutoncă a roclor, pe suprafeţe ma mult sau ma puţn paralele cu pereţ camere magmatce, perturbă structura roclor plutonce. Cel ma probabl, rocle străpunse de ntruzune devn şstoase, char dacă nţal au fost zotrope. Suprafeţele de şstoztate materalzează suprafeţele de curgere ale roclor permagmatce ş se pot conserva în tmp geologc. Zona de roc şstoase, generată prn ascensunea magme, apare ca o coloană vertcală, care se extnde între corpul magmatc alohton ş orzontul de orgne (fg. 3.6.d.). Un alt mecansm posbl este prn prăbuşrea tavanulu corpurlor magmatce (fenomen descrs sub numele de stoppng). Acest mecansm este posbl numa dacă forţa de rezstenţă la rupere (prn tragere) a roclor dn tavan este depăştă de forţa de cădere (egală cu F a, dar de sens contrar): F t < F c.

89 3. Procese magmatce Mşcarea mecancă a magmelor 89 De aceea, prăbuşrea devne posblă doar acolo unde rocle perplutonce se pot rupe uşor (au suprafeţe mc de rupere, dar mase mar sau au fost deja fracturate prn procese tectonce brece autohtonă ρ 1 ρ 1 = ρ M ρ 2 corp alohton corp alohton brece alohtonă ρ 2 > ρ M ρ M corp autohton a. pozţe autohtonă b. c. d. Fg Ascensunea magme prn prăbuşrea tavanulu. a. pozţa bloculu înante de cădere; b. pozţa bloculu după cădere; c. pozţa brece tectonce faţă de magmă, înantea prăbuşr. d. pozţa de echlbru a magme, pe fractură, după ascensunea prn stoppng. anteroare). Blocul căzut dn tavan, fnd ma dens decât magma, cade până la fundul camere magmatce, ar magma î a locul (fg. 3.7.a. ş b.). Dacă deasupra camere magmatce se află o fractură materalzată prntr-o coloană de brece tectoncă cu numeroase blocur ma dense decât magma, acestea se desprnd ş cad, dând posbltatea magme să ascensoneze treptat pe fractură (fg. 3.7.c. ş d.). Vteza de cădere a blocurlor este condţonată de mărmea ş forma acestora. Blocurle mar ş rotunjte cad ma repede decât cele mc ş cu forme complcate ş, de aceea, fragmentele foarte mc ş tabulare pot rămâne mult tmp în magmă sub formă de xenolte (enclave). De aceea, prezenţa xenoltelor cu denstate ma mare decât a magme este una dn dovezle care confrmă posbltatea ascensun magme prn prăbuşrea tavanulu. Dacă o magmă ascensonează prn stoppng pe dstanţe mar, normal ar f ca sub corpul magmatc să exste o coloană de brece alohtonă care să se extndă până la orzontul de orgne a ρ M y magmă alohtonă F C = 0 F A = 0 brece alohtonă z F C > 0 brece şstoasă F A > 0 coloană şstoasă x ORIGINEA MAGMEI Fg Structura une coloane de ascensune gravtaţonală, în eventualtatea că se trece de la mecansmul de ascensune plastc la cel casant.

90 90 3. Procese magmatce Mşcarea mecancă a magmelor magme (fg. 3.7.d.). Spaţle lbere dntre aceste blocur ar trebu să fe ocupate de magmă ş, de aceea, în fnal, breca alohtonă va avea un cment magmatc. Este posbl ca în multe stuaţ ascensunea prn stoppng să fe precedată de o ascensune prn curgere plastcă a roclor permagmatce. O ntruzune, care porneşte dn manta, de la peste o sută de km ş ajunge în orzonturle casante ale une cruste contnentale, sgur trece succesv de la un mecansm de ascensune la altul, prntr-o tranzţe care ar putea f gradată. De aceea, coloana de brece alohtonă, pe vertcală, ar putea trece treptat în adâncme, la o coloană de roc şstoase (fg. 3.8.). Este posbl ca unele dn sstemele mnerale cu omogentate de ordnul 3, numte mgmatte, să se formeze pe această cale Vteza de ascensune Dn date ndrecte de observaţe, rezultă că magmele au ascensonat cu vteze extrem de dferte de la câţva cm / an ş termnând cu vteze care depăşesc zec de m/s. Sunt ma multe metode prn care s-ar putea determna vteza de ascensune. Una dntre acestea a în consderare vteza de cădere a corpurlor solde în medul lchdulu magmatc cu denstate cunoscută. Se pleacă de la premza că un corp care, în condţ statce, ar cădea cu vteza v c, ar putea să-ş anuleze căderea dacă fludul magmatc se deplasează în sens opus cu o vteză egală. Vteza de cădere a corpurlor solde mc, cum ar f crstalele sau xenoltele de mc dmensun, se supune, în ln mar, leg de cădere a lu Stokes: v 2gr = ( ρ ρ ) 2 c l c, 9η unde r = raza corpulu (consderat sferc), ρ c = denstatea corpulu, ρ l = denstatea lchdulu magmatc, η = vâscoztatea lchdulu magmatc, eventual a magme, dacă corpul este ma mare decât dmensunea mede a crstalelor. Dacă un corp cu denstatea ρ c > ρ l este adus spre suprafaţă de către o magmă aflată în ascensune, înseamnă că vteza de ascensune a magme, v a, este ma mare decât vteza de cădere a corpulu, v c. Cunoscând denstăţle ş vâscoztatea, se pot calcula vtezele de cădere pentru orce dmensune a corpurlor relatv dense. Vteza de cădere a celu ma mare dntre corpur (cel ma mare crstal sau cel ma mare xenolt) arată vteza de ascensune mnm posblă, adcă : (v a ) mnm = (v c ) maxm

91 3. Procese magmatce Dfuza în lchdul magmatc DIFUZIA ÎN ICHIDU MAGMAIC Autodfuza ş dfuza drjată oate lchdele magmatce naturale sunt soluţ polcomponente. Într-un paragraf anteror s-a menţonat că fecare component chmc este reprezentat prn partcule specfce, on s-au molecule. În orce lchd, dar ma ales în lchdele de temperatură înaltă, se admte că aceste partcule se află într-o mşcare contnuă. Mşcarea componenţlor chmc, prn ntermedul partculelor ndvduale, este denumtă dfuze, în sens larg. otuş, trebue făcută o dstncţe clară între autodfuze ş dfuza drjată (sau dfuza în sens restrâns). Autodfuza desemnează mşcarea absolut dezordonată a partculelor chmce, specfcă orcăru lchd ş orcăru gaz, ndferent dacă este monocomponent sau polcomponent (fg. 3.9.a.). Prn autodfuze, concentraţle componenţlor în stărle polcomponente nu se modfcă, ar vteza de mşcare a partculelor este drect proporţonală cu temperatura. În procesul de autodfuze este mplcat orce component, nclusv componenţ zotopc, cu condţa ca temperatura să fe peste 0 K. Dfuza drjată se realzează exclusv în soluţ. Ea presupune deplasarea unu anumt component dn soluţa dată, într-o drecţe defntă ş într-un anumt sens. Deplasarea este, evdent statstcă, pentru că fecare partculă componenţală, prvtă separat, este mplcată în mşcarea dezordonată a partculelor dn lchd ş numa tendnţa generală a deplasăr acestea trădează drecţa ş sensul de mşcare (fg. 3.9.b.). Spre deosebre de curgerea mecancă a fludulu (sau curgerea în masă), dfuza drjată a A A B A f A f` B f B f B A B a b Fg Schema de prncpu a dstncţe dntre autodfuze (a) ş dfuza drjată (b). Punctele reprezntă pozţle succesve ale partculelor A ş B la dferte ntervale de tmp, ar lna frântă, care leagă aceste puncte, redă întregul drum parcurs de partcule, de la pozţle nţale (A, B ) până la pozţle fnale (A f, B f ). Săgeţle ndcă drecţa, sensul ş contrastul deplasăr, prn dfuze, a partculelor A ş B.

92 92 3. Procese magmatce Dfuza în lchdul magmatc unu component nu determnă schmbarea pozţonală a lchdulu. Ea se poate desfăşura la fel de bne atât în flude statce, cât ş în cele aflate în mşcare. Această caracterstcă se datorează faptulu că dfuza drjată a unu component, într-un anumt sens, este cuplată cu mşcarea dfuzvă în contrasens a altu component. De aceea, într-un volum dat, numărul partculelor rămâne constant pe tot tmpul dfuze drjate, modfcându-se doar proporţa componenţlor Condţa dfuze drjate În cele ce urmează vom examna exclusv dfuza drjată, ar pentru smplfcarea lmbajulu, o vom denum smplu dfuze. Condţa absolut necesară declanşăr une dfuz este ca în soluţa dată să exste un gradent de potenţal chmc cel puţn pentru unul dn componenţ soluţe. Aceasta presupune ca potenţalul chmc al unu component,µ, să abă valor dferte în puncte dferte. Dacă punctele (z 1 ş z 2 ) la care ne referm se află pe coordonata spaţală z, atunc gradentul de potenţal este dat de raportul: µ 1 µ 2 µ grad. µ = =, z z z 1 unde µ 1 ş µ 2 sunt potenţalele chmce ale componentulu în punctele z 1 ş z 2, ar z este dstanţa dntre aceste puncte (mărme poztvă). Gradentul, în funcţe de sensul la care ne referm, poate f negatv sau poztv. endnţa dfuze este de a deplasa componenţ spre punctele cu potenţale ma mc (adcă cu energ lbere ma mc); altfel spus, dfuza unu component se realzează numa în sensul negatv al gradentulu de potenţal. Acest gradent reprezntă forţa motrcă a dfuze, F D, având semn negatv. a temperatură ş presune constantă, o µ = µ + R ln a, o unde µ = potenţalul chmc al componentulu în stare pură, ar a = actvtatea acestua în soluţe. Dec, în condţ zoterm-zobare, avem: µ = R ln a ş dec: R(ln a1 ln a 2 ) FD =. z z 1 Pentru componenţ foarte dluaţ, se poate exprma: a = X ş numa în acest caz specal se poate spune că µ = X ş: 2 2

93 3. Procese magmatce Dfuza în lchdul magmatc 93 F D R(ln X1 ln X 2 ) =. z Este mportant să se reţnă că dferenţele de concentraţe ale componentulu în soluţa dată nu dau în orce crcumstanţă ş dferenţe de potenţal chmc. Aceasta este urmarea faptulu că potenţalul chmc este nfluenţat ş de alţ factor, deosebt de mportanţ fnd temperatura, presunea ş gravtaţa. endnţa generală a dfuze este de a anula dferenţele de potenţal chmc de la un punct la altul ş nu neapărat de a anula concentraţle. Dmpotrvă, în lchdele magmatce, unde temperatura ş presunea dferă de la un punct la altul, dfuza unu component anulează gradenţ de potenţal înante de anularea gradenţlor de concentraţe. În soluţle lchde este, dec, perfect posbl ca un component oarecare să dfuzeze char de la zonele cu concentraţ ma mc spre zonele cu concentraţ ma mar. Cu alte cuvnte, sensul dfuze nu poate f prevăzut decât dacă n se preczează condţa dfuze. Iată câteva dn stuaţle posble: 1. Dacă în lchdul magmatc avem: P = = 0 ş a = X, z z atunc pe drecţa z, dfuza se realzează dnspre punctele cu concentraţ ma mar spre cele cu concentraţ ma mc. 2. Dacă în lchdul magmatc avem: P 0, = 0 z z X a = ş = 0 z, X atunc, în planul orzontal, unde se manfestă gradentul termc staţonar, dfuza tnde să deplaseze componenţ cu entrop (entrop parţal molare) ma mc spre temperatur ma mar ş nvers. De pldă, dacă în lchdul magmatc se găseşte dzolvat un component volatl (cu entrope ma mare decât componenţ nevolatl), în prezenţa unu gradent termc, substanţa volatlă tnde să dfuzeze ş să se concentreze spre zonele cu temperatur ma mar, ar în sens nvers vor dfuza componenţ nevolatl (vez fgurle ş 3.13). 3. Dacă în lchdul magmatc avem: P = 0, 0 z z X a = ş = 0 z, X atunc componenţ cu volume parţale ma mar vor tnde să dfuzeze spre zonele cu presune ma mcă, ar substanţele nevolatle în sens nvers. 4. Dacă într-o coloană de lchd magmatc, cu mare extndere pe vertcală, avem o temperatură constantă ş: P = ρg h, ar grad X = 0, atunc componenţ cu denstate ma mcă tnd să se deplaseze spre zonele ma înalte ale coloane, ş nvers.,,

94 94 3. Procese magmatce Dfuza în lchdul magmatc În condţle 2, 3 ş 4, tendnţa dfuze este de a creea gradenţ de concentraţe (ş nu de a- anula) până la un prag de echlbru când dfuza va înceta. Gradentul de concentraţe compatbl cu echlbrul, pentru fecare dn aceste condţ în parte, se numeşte gradent de echlbru al concentraţe ş-l vom nota: a condţa (1), a condţle (2), (3), (4), E grad.x. grad. µ = 0 ş grad.x E = 0. grad. µ = 0 ş grad.x E 0. Evdent, dacă schmbăm condţle, se schmbă automat ş concentraţle de echlbru Vteza de dfuze Numărul de mol de substanţă, eventual numărul de partcule care, prn dfuze, traversează o are de 1 cm 2 în untatea de tmp, defneşte vteza de dfuze, v D. Aceasta este drect proporţonală cu forţa motrcă a dfuze: µ (v D ) = DFD = D, z (semnul - este pus pentru a da valoare poztvă vteze, având în vedere că forţa motrcă este negatvă). Coefcentul de proporţonaltate, D, este numt coefcent de dfuze, fnd măsura mobltăţ partculelor. De reţnut că mărmea v D nu exprmă dstanţa pe care o parcurge componentul în untatea de tmp, c canttatea de masă care trece prntr-o untate de suprafaţă în untatea de tmp. otuş, prn ntermedul coefcentulu D, care este măsura mobltăţ partculelor, putem calcula dstanţa pătratcă mede, z, pe care o parcurg partculele în drecţa dfuze, în ntervalul de tmp t, ş anume: 2 z = 2D t. Dec pentru coefcentul D, pot f date două defnţ: 2 v D z D = ş D =. F 2 t D Dn prma defnţe rezultă că D exprmă numărul de mol care traversează untatea de suprafaţă în untatea de tmp (la o forţă motrcă egală cu untatea), ar dn a doua defnţe rezultă că D exprmă dstanţa pătratcă mede pe care o parcurg partculele în untatea de tmp. Untatea de

95 3. Procese magmatce Dfuza în lchdul magmatc 95 măsură pentru D este cm 2 /s, care rezultă dn ultma defnţe. (Ac, prn smbolul cm 2, nu se înţelege o are pătratcă cu latura de 1 cm, c pur ş smplu pătratul dstanţe med exprmată în cm pe care o parcurg partculele în drecţa dfuze, într-o secundă. De aceea, dacă, de exemplu D = 10-9 cm 2 /s, deducem că în 10 9 secunde partculele parcurg o dstanţă mede, z = 9 = 3 cm.) Încă de la începutul secolulu al XX-lea s-a ajuns la concluza că vteza de dfuze a unor partcule este nfluenţată de temperatură, raza partcule ş de vâscoztatea medulu în care are loc dfuza, ceea ce este exprmat prn ecuaţa Stokes-Ensten: k D =, 6 π r η unde k = constanta lu Boltzman, = temperatura absolută, r = raza partcule, η = vâscoztatea medulu. Ulteror s-a preczat că ş alţ factor nfluenţează coefcenţ D, ca de exemplu presunea totală, compozţa medulu de dfuze, structura partcule care dfuzează (ma ales în cazul partculelor complexe polmerzable), sarcna electrcă a partculelor, forma partculelor (pentru că în mod cert partculele multor specaţ chmce sunt departe de a f sferce) etc. Este puţn probabl că, în vtorul apropat, se vor elabora ecuaţ unversal valable pentru calcularea coefcenţlor D a dfertelor specaţ. ocma de aceea se face apel la experment, tatonându-se metode ş condţ cât ma dverse. Prmele expermente cu prvre la dfuza în magme au fost efectuate pe stcle ş pe zgur. Aba după anul 1970 s-au abordat, expermental, dfuzle drect pe toptur, pornndu-se de la presune / temperatură 6/1000 4/ / /1000 4/ / / H 2 log D H 2 O, R 2 O CaO MgO Al 2 O 3 SO lgη 5 6 Fg Relaţa între dfuza unor componenţ ş vâscoztatea toptur. (date expermentale după A.S. Chekhmr and M.B. Epelbaum, 1991) cele smple (monomnerale) ş termnând cu cele complcate, respectv topturle roclor (grantelor, bazaltelor etc.). Datortă acestor expermente cunoaştem astăz coefcenţ de dfuze pentru ce ma mportanţ componenţ chmc a topturlor magmatce. Deş aceşt coefcenţ au valabltate doar

96 96 3. Procese magmatce Dfuza în lchdul magmatc pentru cazur concrete (vez tabelele 3.1., 3.2., 3.3., 3.4., 3.5. ş fgurle 3.10., 3.11.), putem, totuş, sesza o regulă generală sublnată de Chekhmr ş Epelbaum (1991), ş anume: într-o toptură dată ş în condţ fzce date, cel ma greu dfuzează caton formator de reţea (S, Al), ar cel ma uşor caton monovalenţ (alcaln) ş substanţele volatle (ma ales apa). abelul nr Coefcenţ de dfuze a unor componenţ în toptura albt apă (P tot = 0.5 kbar, = 1000 C C, X =1.7 %, procente de greutate) - (după A.S. Chekhmr ş M.B. Epelbaum, 1991) O H 2 Componentul Mneralul dzolvat în Coefcenţ de dfuze D (cm 2 /s) toptură 1000 C 1100 C SO 2 Cuarţ 8.7 x x SO 2 Anortt 2.5 x x SO 2 Nefeln 1.3 x x 10-9 Al 2 O 3 Cordert 1.1 x Al 2 O 3 Anortt 2.5 x x CaO Anortt 2.5 x x CaO Wollastont 1.3 x x 10-8 MgO Enstatt 2.5 x x 10-8 MgO Cordert 1.0 x FeO Fayalt 6.8 x x 10-8 Na + - K + Ab - Or 6.0 x x 10-6 Na 2 O Nefeln 1.3 x x 10-9 P 2 O 5 Apatt 3.4 x x WO 3 Scheelt 5.3 x x MoO 2 Molbdent 2.5 x x 10-9 O 2 Sfen 1.4 x x Fe 2 O 3 Hematt 2.2 x x SnO 2 Castert 4.4 x x 10-8 Cu 2 O Cuprt 6.1 x H 2 O H 2 O 9.1 x x 10-6 H 2 H x X H 2 O = 3.8%, procente de greutate, = 1000 C) - (după A.S. Chekhmr ş M.B. Epelbaum, 1991) Componentul Mneralul dzolvat în toptură Coefcenţ de dfuze D (cm 2 /s) SO 2 Cuarţ 3.4 x SO 2 Anortt 4.1 x Al 2 O 3 Anortt 2.4 x 10-9 CaO Anortt 8.5 x 10-8 abelul nr Coefcenţ de dfuze a unor componenţ în toptura albt apă (P tot = 2 kbar,

97 3. Procese magmatce Dfuza în lchdul magmatc 97 abelul nr Coefcenţ de dfuze a unor componenţ în toptura albt apă (P tot = 4 kbar, = 1000 C C, X =6.5 %, procente de greutate) - (după A.S. Chekhmr ş M.B. Epelbaum, 1991) H 2 O Componentul Mneralul dzolvat în Coefcenţ de dfuze D (cm 2 /s) toptură 1000 C 1100 C SO 2 Cuarţ 2.8 x SO 2 Anortt 2.5 x x 10-9 SO 2 Nefeln 6.4 x x 10-9 Al 2 O 3 Nefeln 6.4 x x 10-9 Al 2 O 3 Anortt 6.5 x x 10-9 CaO Anortt 4.0 x x 10-7 MgO Enstatt 7.0 x x 10-8 Na 2 O Nefeln 6.4 x x 10-9 X H 2 O = 8.5%, procente de greutate, = 1000 C) - (după A.S. Chekhmr ş M.B. Epelbaum, 1991) Componentul Mneralul dzolvat în toptură Coefcenţ de dfuze D (cm 2 /s) SO 2 Anortt 3.4 x 10-9 Al 2 O 3 Anortt 9.5 x 10-9 CaO Anortt 9.1 x 10-7 MgO Enstatt 1.1 x 10-7 abelul nr Coefcenţ de dfuze a unor componenţ în toptura albt apă (P tot = 6kbar, Dfuza ape în topturle magmatce a consttut obectul ma multor cercetăr expermentale (vez fg ş fg. 3.13). Prntre altele, s-a constatat că D H 2 O este dependentă de concentraţa abel nr Coefcenţ de dfuze a SO 2 în toptura albt - apă la 1000 C ş la dferte presun ş conţnutur în apă. Componentul Presunea totală Conţnut în apă Coefcent de dfuze SO 2 1 atm x SO kbar x SO kbar x SO kbar x 10-9 SO kbar x 10-9 log DsO H 2O (%) - procente de greutate Fg Dfuzvtatea SO 2 în toptura albt - apă la 1000 C (după A.S. Chekhmr and M.B. Epelbaum, 1991) ape în toptură. Astfel, în ntervalul termc cuprns între C ş presun bar, în toptura de obsdan (echvalentul toptur roltce), D 2 9 H O 10, la conţnutur foarte mc de apă

98 98 3. Procese magmatce Dfuza în lchdul magmatc ş D 2 7 O, pentru conţnutur de 6% H 10 H 2 O (procente greutate). Această creştere exponenţală a coefcentulu D H 2 O cu proporţa de apă este pusă pe seama schmbăr specaţlor. Astfel, la conţnutur mc, apa dzolvată se află predomnant sub formă de (OH) -, adcă specaţe oncă, pe când la conţnutur rdcate, ea se află predomnant ca molecule H 2 O (specaţe neutră). Specaţa oncă, fnd legată ma ales de slcu ca S(OH) 4, dfuzează ma încet decât moleculele de apă, slab legate de celalţ caton. Ca ş pentru alte substanţe, dfuza ape este nfluenţată de temperatură, dar într-o măsură ma redusă. După Shaw (1974), relaţa D H 2 O ş temperatură este ma evdentă la concentraţ mc ale ape, fnd de forma: 8 D = exp( / R). H 2 O % (oxd) Refertor la dfuza celorlalte substanţe volatle, datele expermentale sunt ma puţne. După toate probabltăţle, CO 2 dfuzează în majortatea magmelor sub formă de (CO 3 ) 2-, ar coefcentul său de dfuze este nfluenţat de temperatură, conform relaţe: Ca 1650 C Al S / 3 Na x 2 K x 5 Dstanţa [mm] Fg Repartţa de echlbru a elementelor, obţnută expermental în 264 de ore, în lchdul unu bazalt de rft oceanc (md-ocean rdge basalt), într-un spaţu cu gradent geotermc staţonar de ~ 60 C/mm. (după Watson ş Baker, 1991) Fe Mg 1350 C D CO 2 = 3.5 exp( 46.6 / R). De reţnut însă că, la = constant, DCO2 grad 1 1 X a b µ z = z 0 dstanţa z 1 este vădt nfluenţat de proporţa H 2 O, în sens crescător. Fg Repartţa de echlbru a componenţlor une soluţ lchde în condţle exstenţe unu gradent termc staţonar, pe drecţa z, între punctele z 0 ş z 1. a. - Componenţ cu entrop parţal molare relatv mar; b. - Componenţ cu entrop parţal molare relatv mc. Dfuza oxgenulu în toptur predomnant bazaltce, la temperatur cuprnse între C, osclează între valor D O = cm 2 /s până la D O = 10-7 cm 2 /s (Dunn, 1982).

99 3. Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce CRISAIZAREA ICHIDEOR MAGMAICE eora echlbrelor de fază în sstemele magmatce Smbolur specale - lchd s - sold crstaln G - energa lberă a faze lchde G s - energa lberă a faze solde (crstalne) - componentul luat în consderaţe j - celalţ componenţ dn fază µ - energa lberă molară a componentulu (potenţalul chmc) µ - potenţalul chmc al componentulu în fază lchdă s µ - potenţalul chmc al componentulu în fază soldă (crstalnă) C - compozţa chmcă globală C - compozţa chmcă globală a lchdulu C s - compozţa chmcă globală a soldulu crstaln X - concentraţa componentulu (cu valor posble 0 X 1) X - concentraţa componentulu în fază lchdă s X - concentraţa componentulu în fază soldă S - entropa componentulu în fază lchdă s S - entropa componentulu în fază soldă V - volumul componentulu în fază lchdă s V - volumul componentulu în fază soldă a - actvtatea componentulu γ - coefcentul de actvtate al componentulu s - componentul în faza soldă - componentul în faza lchdă s S = S S V = V s V Condţa echlbrelor de fază. Varanţa echlbrelor. Datortă răcr sau a altor cauze, pe care le vom examna ulteror, lchdul magmatc se soldfcă rezultând, de cele ma multe or, faze mnerale crstalne. În corpurle magmatce de mar dmensun, tmpul necesar crstalzăr complete poate f de sute de m de an, nterval în care faza lchdă coexstă cu dferte faze solde, numte în mod curent mnerale magmatce. Puţne dntre

100 Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce aceste faze crstalne sunt monocomponente (sau practc monocomponente), cum ar f cuarţul. Cele ma numeroase sunt soluţ solde (crstalosoluţ) bcomponente sau polcomponente, cunoscute, în general, sub numele de mnerale magmatce mxte. O parte dn mneralele mxte sunt crstalosoluţ parţale, adcă sunt faze mxte cu mscbltate lmtată a componenţlor. Aşa sunt, de exemplu, feldspaţ magmatc la presun mar ale vaporlor de apă, un proxen etc. Altele sunt soluţ solde totale: olvnele fero-magnezene, feldspaţ plagoclaz, proxen fero-magnezen etc. Cu alte cuvnte, dacă magma nu a fost de la început polfazcă, cel puţn în ntervalul de tmp cât durează crstalzarea, ea devne cert un sstem polfazc. endnţa generală a sstemulu magmatc este de a stabl un echlbru între faze, ar abaterea de la echlbru se manfestă ca o reacţe chmcă a fazelor prn transferul componenţlor chmc de la o fază la alta. Abaterle se pot realza pe ma multe că ş pentru fecare tp de abatere este mplcat un anumt fel de reacţe. Înţelegerea echlbrelor de fază este, aşadar mperos necesară, dacă vrem să înţelegem drect drecţle ş sensurle posble ale crstalzăr magmatce. Prma problemă care se pune este cunoaşterea condţe de echlbru, ar a doua, la fel de mportantă, este să ştm câte felur de echlbre pot f între faze. Răspunsul la a doua problemă este condţonat de rezolvarea, în prealabl, a alte probleme: Câte faze pot f în echlbru, dacă ne este cunoscută compozţa globală a sstemulu? Dn punct de vedere cnetc, echlbrul între faza lchdă ş cea soldă poate f defnt ca o stare a sstemulu în care canttatea de substanţă care trece dn lchd spre sold este dentcă cu cea care trece în sens nvers. Echlbrul chmc nu înseamnă, dec, lpsa mşcăr la nvel atomc, c doar o anulare de sensur ale mşcăr. Această magne cnetcă a echlbrulu, deş este sugestvă, nu are totuş, utltatea practcă pe care ne-o oferă magnea termodnamcă. Dn punct de vedere termodnamc, echlbrul dntre faza lchdă ş orcare altă fază soldă este realzat numa atunc când, pentru orce component dn sstem, se poate scre egaltatea: Dacă s > µ µ. s = µ µ, componentul tnde să crstalzeze, ar dacă µ, procesul decurge nvers s < µ ş el este numt fe topre, fe dzolvare. Cunoscând că temperatura, presunea ş concentraţle X ale componenţlor determnă potenţalele chmce, putem prevedea cum anume ar trebu modfcate aceste varable pentru ca procesul de crstalzare să se poată, într-adevăr, realza. Cât prveşte numărul de faze aflate în echlbru, la această problemă ne răspunde regula fazelor: f = c + n w, unde f = numărul fazelor aflat în echlbru, c = numărul componenţlor, n = numărul factorlor fzc care pot nfluenţa potenţalele chmce, ar w = varanţa (gradele de lbertate ale sstemulu). Ac trebue făcute câteva preczăr: Componenţ la care se referă regula fazelor nu sunt elementele chmce prezente în lchdul magmatc, c combnaţ ale acestora, stable chmc în condţle

101 3. Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce 101 magmatce. Uneor pot f reprezentaţ prn oxz: SO 2, CaO, MgO, K 2 O, 2 O etc. Dar de cele ma multe or sunt slcaţ cu compozţe stochometrcă. În această ultmă categore ntră toate mneralele pe care le consderăm monocomponente, precum ş toţ termen extrem a tuturor mneralelor mxte care se pot top congruent. [oprea congruentă presupune concordanţă totală între chmsmul componentulu în stare soldă ş cel în stare de toptură.] Prncpal componenţ a lchdelor slcatce sunt: slcea: SO 2 componenţ feldspatc: NaAlS 3 O 8, KAlS 3 O 8, CaAl 2 S 2 O 8 componenţ feldspatodc: NaAlSO 4, KAlSO 4, KAlS 2 O 6 componenţ proxenc: MgSO 3, FeSO 3, CaMgS 2 O 6, NaAlS 2 O 6, NaFeS 2 O 6 componenţ olvnc: Mg 2 SO 4, Fe 2 SO 4. Dacă toptura este formată doar dn albt (NaAlS 3 O 8 ) sau numa dn forstert (Mg 2 SO 4 ), pentru regula fazelor, sstemul este monocomponent, în cuda faptulu că ac sunt prezente ma multe elemente chmce. Confuza între numărul elementelor chmce ş numărul componenţlor termodnamc poate duce la nedorte eror de nterpretare a echlbrelor de faze. După numărul componenţlor, sstemul magmatc poate f mono`, b`, trcomponent etc. Un sstem bcomponent (A,B) poate f, de exemplu, reprezentat prn sstemele: SO 2 NaAlS 3 O 8, CaAl 2 S 2 O 8 CaMgS 2 O 6, NaAlS 3 O 8 CaAl 2 S 2 O 8 etc. ş el poate f denumt după numele mneralogc acordat componenţlor: sstemul cuarţ albt, anortt dopsd, albt anortt etc. Ca ssteme trcomponente (A,B,C) pot f toate, ca de exemplu SO 2 KAlSO 4 NaAlSO 4 etc. Cfra n dn regula fazelor este, în general, admsă ca fnd cel mult n = 2, pentru că sngur factor fzc care pot nfluenţa major echlbrul de fază, sunt temperatura ş presunea. Dacă unul dn aceşt factor rămâne constant, atunc n = 1. Funcţe de natura factorulu fzc constant, echlbrele de fază pot f: (a) zoterme, (b) zobare. Dacă amb factor sunt constanţ, atunc n = 0, ceea ce înseamnă că echlbrele de fază nu pot f nfluenţate de factor fzc, c de alţ factor, nefzc. Care ar putea f aceşt alţ factor? Evdent, nu pot f decât concentraţle componenţlor, care se pot modfca ndependent una de cealaltă. Numărul maxm al acestor factor compozţonal este c 1. Varanţa sstemulu, w, prevăzută în regula fazelor, este extrem de mportantă. Ea este un număr care arată câte anume dn toate cele 2 + (c 1) varable se pot modfca ndependent una de alta, fără ca numărul f al fazelor aflate în echlbru să se perturbe. Numărul w (numărul gradelor de lbertate) are două extreme posble, ceea ce poate f dedus dn însăş regula fazelor: w = c + n f. Cum sstemul trebue să abă cel puţn o fază (f 1), rezultă că 0 w c + n 1. Cu alte cuvnte, varanţa maxmă creşte gradat cu numărul componenţlor. Funcţe de valorle gradelor de lbertate, echlbrele de fază pot f:

102 Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce Echlbre nvarante, când se atnge numărul maxm posbl de faze aflate în echlbru: f = c + n. Ac nc unul dn factor nu poate vara ndependent. Echlbre monovarante, cu f = c + n 1. Echlbre bvarante, cu f = c + n 2. Ac se atnge numărul mnm posbl de faze la sstemele monocomponente (f = 1) Echlbre trvarante, cu f = c + n 3. Ac se atnge numărul mnm posbl de faze (f = 1) la sstemele bcomponente. Echlbre polvarante (cu w 4 ). Sunt posble doar la sstemele cu c 3. Un sstem magmatc este, de cele ma multe or, polcomponent ş, dec, varanţa lu poate oscla de la w = 0 până la w = c + n 1. Un sstem pentacomponent, de exemplu, are, în condţa nvarantă, numărul maxm posbl de 7 faze în echlbru, cel ma probabl 6 faze solde (6 mnerale) ş o fază lchdă. În această stuaţe, orce schmbare orcât de mcă a, P sau X determnă dsparţa unea dn faze. În schmb, în condţle de maxmă varanţă (w = 6), sstemul este reprezentat prntr-o uncă fază care cuprnde toţ componenţ. Această fază nu poate f decât lchdă sau o fază de vapor. În această stare se pot schmba ndependent una de alta 6 varable (, P ş c n concentraţ), fără ca unca fază a sstemulu să dspară. Este clar că, în condţ zobare, echlbrele nvarante (populate de faze solde) trebue să exste la cele ma joase temperatur ale sstemulu magmatc, pe când echlbrele polvarante (cu maxmă varanţă), trebue să exste la temperatur înalte. emperatura maxmă la care dspare orce fază soldă, pentru a rămâne o uncă fază lchdă, se numeşte temperatură lqudus ( ), pe când temperatura condţe nvarante, se numeşte soldus ( S ). Între S ş sstemul magmatc parcurge toate tpurle de echlbru, separate pe crterul varanţe. Această regulă nu are, însă, valabltate decât în condţ zobare. În condţ zoterme, sstemul poate, de asemenea, să evolueze de la starea de echlbru monofazc la starea nvarantă (de echlbru polfazc), dar, de data aceasta, prn varaţle de presune. Foarte uşor se pot prevedea aceste evoluţ posble ale fazelor dacă vom utlza dagrame ale echlbrelor de fază. Petrologa modernă utlzează mult astfel de dagrame. Ele exprmă într-o formă condensată o canttate aprecablă de nformaţ, dar pentru a le ct, este necesar să cunoaştem prncple fundamentale ale echlbrelor care stau la baza construcţe dagramelor. În paragrafele care urmează, vom trece în revstă tocma aceste elemente de bază care ne permt ctrea corectă ş rapdă a dagramelor de fază, fe construte pe cale expermentală, fe pe baze teoretce.

103 3. Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce Puncte de echlbru: emperatura de echlbru ( e ), presunea de echlbru (P e ) ş concentraţa de saturaţe X a. a P = constant ş X = constant, sngurul factor de care depnde echlbrul este. Potenţalele chmce ale componentulu în cele două faze sunt legate de prn relaţle: s µ µ s = S ş = S P,X P,X s µ = µ s Prn urmare, condţa de echlbru se realzează la o µ sngură temperatură, e = temperatura de echlbru. stabl ( s ) stabl ( ) Pentru orce altă temperatură, e, echlbrul este ( e ) P,X s perturbat, adcă µ µ (fg ). a > e s Fg Varaţa µ ş µ cu temperatura. devne stablă faza lchdă, pentru că entropa lchdulu este ma mare decât cea a soldulu. b. a X = constant ş = constant, echlbrul depnde doar de presune. Potenţalele chmce ş presunea stau în relaţle: µ P,X = V ş sat s µ P Potenţalele chmce sunt egale numa la o anumtă presune, P e (presunea de echlbru). Pentru orce altă presune P P e, echlbrul este perturbat (fg ). a presun ma mar decât P e,,x µ = V s. µ P = constant X = constant µ = constant X = constant µ µ = constant X = constant s µ µ s = µ stabl ( ) V > V stabl ( s ) s µ s µ s = µ V < V stabl ( s ) stabl ( ) s µ (a) ( P e ) P,X P (b) ( P e ) P,X P Fg Varaţa µ cu presunea: (a) - cazul când V > V, (b) - cazul când s V < V. s devne stablă faza cu volume molare ma mc. c. În condţ zoterme ş zobare, sngurul factor care poate modfca potenţalele chmce, µ, este concentraţa componentulu X. Conform defnţe potenţalulu chmc, avem: µ s = o ( µ ) + R ln X + R ln γ µ =. o s s s ( µ ) + R ln X + R ln γ

104 Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce Ac ( o ) o µ ş ( ) s µ sunt potenţalele chmce ale componentulu în stare pură, dar în cele două stăr de agregare ( ş s). Presupunând că, atât soluţa lchdă, cât ş crstalosoluţa se comportă s deal ( γ = γ 1), putem scre condţa de echlbru astfel: = o o s s ( ) + R ln X = ( µ ) + R ln X µ. Concentraţa X, la care se realzează echlbrul, este numtă concentraţe de saturaţe a componentulu în lchd ş va f notată cu smbolul ( X ) sat. Dacă X > ( X ) sat, atunc avem o stare de suprasaturaţe a componentulu în stare lchdă. În consecnţă, componentul tnde să crstalzeze. Dmpotrvă, dacă componentul este subsaturat în lchd, atunc el tnde să treacă dn faza soldă în cea lchdă (se topeşte sau se dzolvă în toptură) Curbe de echlbru monovarante În cazul că doar unul dn ce tre factor de care depnde echlbrul rămâne constant, atunc sstemul s este reglat smultan de do factor varabl. Condţa de echlbru poate f modfcată în aşa fel încât, dacă unul dn factor se schmbă ndependent, celălalt factor devne oblgatoru varablă dependentă de prmul. Perechle posble de varable sunt: P (X = constant) = echlbru monovarant termo-barc X (P = constant) = echlbru monovarant zobar P X ( = constant) = echlbru monovarant zoterm n termobarce. Dagrame P Să presupunem că am obţnut echlbrul între lchd ş sold la o anumtă concentraţe de saturaţe, la presunea P ş (fg ). Punctul 1 dn fgura redă grafc condţa de echlbru P X = constant X = constant s P SOID P ICHID P 1 1 SOID 1 s ICHID s (a) (b) (c) Fg Condţle, P de echlbru monovarant între lchd () ş sold (s): (a) Coordonatele une condţ de echlbru nvarant în dagrama P. (b) na monovarantă când V > 0. (c) na monovarantă când V < 0.

105 3. Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce 105 termobarc. Se poate demonstra că, pe dagrama P se găsesc o nfntate de puncte de echlbru, de o parte ş de alta a punctulu 1, care se înşră în lungul une ln (fg ). Această lne este numtă lna monovarantă de echlbru. Panta lne este dată de ecuaţa Clausus Clapeyron: dp d S S S s = = s µ = 0 V V V sau: d dp V = µ 0 S =. Dferenţa S este totdeauna poztvă deoarece lchdul este fază ma dezordonată la nvel atomc; pe când dferenţa V V poate f nu numa poztvă, dar ş negatvă. De aceea, panta lne monovarante de echlbru dn dagrama P poate f: s - poztvă (temperatura de echlbru creşte cu presunea), când V > 0; - negatvă (temperatura de echlbru scade cu presunea), când V < 0; - nulă (temperatura de echlbru nu se schmbă), când V = 0. Sublnem în mod deosebt că lna monovarantă de echlbru dn dagrama P este valablă doar pentru o anumtă concentraţe X (ş respectv s X ). De aceea ea este, în acelaş tmp, o zopletă (lne cu compozţe constantă). În unele cazur, faza lchdă este zochmcă cu cea soldă (C = C s ), ca de pldă în cazul sstemelor monocomponente. În aceste cazur se subînţelege că X s = X 1. Pentru magme însă, nu trebue ncodată să perdem dn vedere că lnle = monovarante sunt neapărat ş zoplete ş dec, ele au valabltate doar pentru anumte concentraţ ale componentulu. na monovarantă separă câmpul P în două domen termobarce: I. domenul de stabltate al faze solde, cu componentul ntegral în fază soldă; II.domenul de stabltate al faze lchde, cu componentul ntegral în fază lchdă. Depărtarea de lna monovarantă spre domenul sold se poate face prn modfcarea exclusvă a temperatur, exclusvă a presun sau a ambelor. Indferent pe ce cale obţnem această depărtare, lchdul trebue să crstalzeze.

106 Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce n monovarante zobare. Dagrama X. Să admtem, dn nou, că echlbrul s s-a obţnut la o anumtă temperatură, 1, o anumtă P e = P 1 = constant 1 = e ICHID SOID o e 1 = e SOID ICHID s (a) ( X ) 1 ( X ) X (b) X Fg Dependenţa temperatur de echlbru ( e ) de concentraţe ( X ). concentraţe, ( X ) 1ş o anumtă presune, P 1. Să prezentăm această condţe nvarantă de echlbru într-un sstem de coordonate temperatură concentraţe (fg a.). Schmbând smultan ş X se poate găs ş ac o nfntate de puncte înşrate în lungul une ln monovarante de echlbru, care reprezntă varaţa temperatur de echlbru determnată de modfcarea concentraţe X (ş nvers). a presune constantă, relaţa dntre temperatura de echlbru ş concentraţa X este următoarea: d d ln X G= 0 R = S S emperatura maxmă de echlbru se obţne când X =1 ş scade cu logartmul concentraţe, tnzând spre 0 K când X 0 (fg b.). În eventualtatea că soluţa lchdă (ş crstalosoluţa) se comportă deal, temperatura de echlbru ş concentraţa X stau în următoarea relaţe: o o R ln X e = +, S unde e = temperatura de echlbru la concentraţa X, ar o este temperatura de echlbru a s componentulu în stare pură (X = X 1). Pe baza aceste relaţ se poate calcula temperatura de echlbru la orce concentraţe = X, dacă se cunosc o ş S. s.

107 3. Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce Dagrame X bnare În lchdele bcomponente, varaţa concentraţe unu component într-un sens, atrage după sne varaţa concentraţe în celălalt sens a celulalt component. Pentru exemplfcare vom lua cazul lchdulu cu do componenţ, A ş B, unde: X + X 1 ş dec X = 1 X. A B = Admţând că soldele A s ş B s sunt substanţe pure, crstalzarea componentulu A atrage după sne o scădere a concentraţe X A ş o creştere corespunzătoare a concentraţe A B A X = X. B X B. Dec, Să urmărm acum, pe aceeaş dagramă X, temperaturle de echlbru s ale celor do o A ( e ) B o ( e ) A B o ( E e ) A A E E E o B ( e ) B (a) 1 X E 0 1 X 0 X E B X B X A (b) X A Fg Dependenţa temperatur de echlbru ( e ) de concentraţe ( X ). componenţ, funcţe de concentraţe, respectv ( e ) B funcţe de X B ş ( e ) A funcţe de X A (fg ) Cele două curbe se ntersectează într-un punct E, numt ş punct eutectc, defnt de E ş X E. Este sngurul punct la care cele două temperatur de echlbru ( e ) A ş ( e ) B corespund la aceeaş concentraţe X (adcă, la aceeaş concentraţe X A sau la aceeaş concentraţe X B X 1 sau B > 1 X X A A X B ). Raportul: este numt raportul eutectc, ar concentraţa X A specfcă eutectculu este numtă concentraţe eutectcă (X E ). [Atenţe! Raportul eutectc poate f suprauntar, pe când concentraţa X E nu poate f

108 Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce decât subuntară.] Dacă lchdul este o soluţe deală, raportul eutectc este funcţe de dferenţa o o o = ş anume: A B dacă = 0, raportul eutectc = 1 (adcă X = X ); dacă > 0, raportul eutectc este suprauntar (adcă B A X > X ) ş tnde spre 1 pe măsură ce ; dacă < 0, raportul eutectc este subuntar ş tnde spre 0 pe măsură ce. [Regula generală este: eutectcul se deplasează pe axa componenţală AB spre componentul cu o temperatura cea ma mcă.] B A emperatura lqudus ( ) ş temperatura soldus ( s ), la sstemul bnar Să urmărm acum evoluţa temperatur de echlbru a unua dn componenţ, în acelaş sstem bcomponent, antrenat într-un proces de crstalzare, admţând că pe tot tmpul crstalzăr se menţne echlbrul s. Să presupunem că unul dn o componenţ, să zcem B, a atns echlbrul monovarant A 1 ICHID o la concentraţa X 1 ş temperatura 1 > E. În aceste B 1 condţ termce, concentraţa componentulu B este E E E ma mcă decât concentraţa sa de saturaţe ş, dec, tot componentul B trebue să rămână în fază lchdă (fg ). Crstalzarea componentulu A atrage după sne X B dluarea sa contnuă în lchd ş, dec, scăderea treptată A X 1 X E ( X sat ) B B 1 a temperatur de echlbru. Smultan are loc creşterea Fg Evoluţa temperatur de concentraţe componentulu B, astfel încât condţa crstalzare în sstemul bcomponent (cu s s X a sstemulu se deplasează dnspre punctul 1 X B = X A = 1). (fg.3.19.) către punctul eutectc. Odată ajuns la eutectc, se atnge temperatura de crstalzare (sau concentraţa de saturaţe) nclusv a componentulu B. Crstalzarea smultană a amblor componenţ face mposblă s modfcarea în contnuare a raportulu X A / X A. Acest raport va rămâne egal cu raportul eutectc până se fnalzează crstalzarea (dspare faza lchdă). De aceea, crstalzarea la eutectc este un proces zoterm. Este uşor de văzut că, dacă schmbăm concentraţle nţale, se schmbă automat temperaturle de echlbru nţale, dar cea fnală va f totdeauna temperatura eutectcă, ndferent dacă prmul care crstalzează este componentul A sau B. Prn urmare, orcare dn ce do componenţ au, teoretc, două etape de crstalzare:

109 3. Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce etapa monovarantă, cu o varaţe contnuă a temperatur ş concentraţe X, care se desfăşoară pe un nterval termc = 1 E, cărua î corespunde varaţa de concentraţe X = X 1 - X E. Mărmle ş X sunt în raport drect proporţonal. 2. etapa nvarantă (sau etapa eutectcă), în care temperatura de crstalzare, c ş concentraţle de saturaţe, X I, rămân nvarable ( c = E ş X = X E ). emperatura maxmă a crstalzăr, corespunzătoare unu chmsm nţal dat (respectv 1 ), este numtă temperatură lqudus ( ). emperatura mnmă, respectv E, se numeşte temperatură soldus ( s ). Intervalul = 1 - E se numeşte nterval termc al crstalzăr. În cazul excepţonal când lchdul supraîncălzt are concentraţa X E, atunc 1 = E (ntervalul termc = 0) Dagrame bnare X fără eutectc Funcţe de mscbltatea componenţlor A ş B în fază soldă, se dstng două tpur de dagrame X: o A chd mxt Sold mxt o B ( 1 ) 1 2 o A chd mxt () 1 + B Sold mxt (s) s 1 o B A X 1 B A ( X ) ( X ) ( X s ) A 2 A 1 A 1 B Fg Dagramă bnară X pentru cazul când componenţ A, B sunt complet mscbl, având aceeaş compozţe ca cea a lchdulu mxt cu care se află în echlbru. a) când A ş B sunt complet mscbl, astfel încât, la orce temperatură de echlbru X = X, atunc apare cea ma smplă dagramă X (fg ). Pentru o compozţe s nţală, X 1, exstă o sngură temperatură de echlbru s ş anume 1. Dacă scădem temperatura sub 1, întreg lchdul crstalzează fără să-ş modfce chmsmul nţal, ar dacă se rdcă temperatura peste, întregul sold mxt se topeşte fără să-ş schmbe chmsmul nţal. În acest caz, sstemul se comportă ca ş când ar f nvarant. b) când A ş B în stare soldă sunt complet mscbl, dar au o compozţe dfertă de cea a lchdulu mxt cu care sunt în echlbru, adcă: X X (de pldă Fg Dagramă bnară X pentru cazul când ce do componenţ solz sunt complet mscbl, formând o crstalosoluţe cu chmsm dfert de cel al faze lchde cu care se află în echlbru. Ac se admte că X A > s X s A. X > X ). În acest caz, A s A

110 Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce o o dagrama X are două curbe care converg în punctele ce desemnează temperaturle A ş B (fg ). Una dn curbe (cea de temperatură ma înaltă) arată compozţa lchdulu mxt ş se numeşte curbă lqudus, ar cealaltă curbă, care arată compozţa faze solde, se numeşte curbă soldus. a o anumtă temperatură, 1, lchdul ( 1 ) are compozţa defntă de ( X ), ar soldul (s A 1 1) are s compozţa ( X A ) 1. Ca regulă generală, soldul ma bogat în componentul greu fuzbl are o s temperatura ma mare. Deoarece X A < X A, înseamnă că separarea dn lchd a soldulu mxt, prn crstalzare, schmbă compozţa lchdulu. Ca reacţe la această modfcare, soldul îş schmbă ş el compozţa în acelaş sens cu lchdul. De pldă, dacă lchdul se îmbogăţeşte în componentul A, atunc ş soldul se va îmbogăţ în A (vez fg ). Când soldul va căpăta compozţa lchdulu nţal, ceea ce se obţne la temperatura 2, atunc crstalzarea încetează (pentru că denttatea compozţonală este posblă numa dacă toată faza lchdă a trecut în fază crstalnă mxtă). Intervalul termc = 1 2, este ntervalul termc de crstalzare al lchdulu cu compozţa nţală defntă de ( X ) A 1. În acest nterval termc au loc două procese contnu: b.1) schmbarea contnuă a compozţe fazelor, cu valorle: X X s s A = (X A ) 1 (X A ) 1 A = (X A ) 2 (X A ) 1 b.2) schmbarea contnuă a proporţe fazelor ş s. Astfel, proporţa lchdulu, defntă de m /m + m s, scade de la valoarea maxmă (1), la temperatura 1 ş ajunge 0 la temperatura fnală 2. În paralel, proporţa faze solde (m s /m + m s ) varază de 0 (la 1 ) până la 1, la temperatura fnală 2. a sstemele bnare de acest fel nu se poate vorb de punct eutectc. De aceea, ac, atât temperatura maxmă a crstalzăr (lqudus), cât ş cea mnmă (soldus), depnd de compozţa nţală a lchdulu bnar, respectv de concentraţle celor do componenţ Dagrame bnare X cu faze solde mxte, dar cu mscbltate lmtată Dagramele X, în acest caz, au un punct eutectc ş două perech de curbe de echlbru: două curbe lqudus ş două soldus (fg ). În fgura prn A` ş B` sunt desemnate cele două crstalosoluţ parţale, prma fnd relatv bogată în componentul A, ar cea de a doua în componentul B. Cu o A E A A` A` X 1 chd mxt A` + E X E B` + X 2 B` B` o B E Fg Dagrama bnară X pentru cazul când ce do componenţ au mscbltate lmtată. B

111 3. Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce 111 ajutorul a două zoplete, X 1, respectv X 2, se împarte toată compozţa teoretc posblă a sstemulu bnar în tre domen: domenul compozţonal relatv bogat în componentul A (cuprns între A ş X 1 ); domenul compozţonal relatv bogat în componentul B (cuprns între B ş X 2 ); domenul compozţonal ntermedar. Crstalzarea monovarantă decurge dfert, funcţe de domenul compozţonal, ş anume: dacă lchdul nţal are o compozţe corespunzătoare domenlor 1 sau 2, atunc crstalzarea decurge ca în fgura emperaturle lqudus ş soldus sunt dependente de chmsmul nţal. Produsul fnal al crstalzăr va f, funcţe de domenul compozţonal, fe crstalosoluţa parţală A`, fe crstalosoluţa B`. Compozţle acestor crstalosoluţ fnale concd cu compozţa lchdulu nţal; dacă lchdul nţal are o compozţe corespunzătoare domenulu ntermedar, atunc fnalul crstalzăr va f totdeauna la eutectcul E, unde vor crstalza două faze crstalne (A` ş B`), cu compozţ rguros determnate, ş anume: faza crstalnă B` va avea compozţa X 2, ar faza A` va avea compozţa X 1. Sub temperatura eutectcă, E, faza lchdă dspare ş rămân stable doar cele două solde A` ş B`. De regulă, pe măsură ce se răceşte sstemul, compozţle fazelor A` ş B` se schmbă contnuu, ca urmare a schmbulu recproc de componenţ: componentul A dn faza B` tnde să treacă în faza A`, ş nvers. În fnal, prn scăderea temperatur, cele două faze solde mxte tnd să se purfce Dagrame X pseudobnare Uneor, între ce do componenţ A, B a sstemulu bnar apar reacţ chmce, având ca rezultat formarea unu compus cu compozţe stochometrcă. Dacă acel compus este stabl în ntervalul termc al echlbrelor de fază, atunc acel compus are statut de component termodnamc. În acest caz, în dagrama X, apar două categor de componenţ. Componenţ elementar, respectv A ş B; Componenţ complecş (compuş), respectv A a B b, unde a ş b sunt coefcenţ stochometrc. (Evdent. pot exsta ma mulţ componenţ complecş, deosebndu-se un de alţ prn valoarea coefcenţlor a ş b) Exemplu: În sstemul MgO SO 2, la temperatur specfce magmelor, pot să apară următoarele două reacţ: 2MgO + SO 2 = Mg 2 SO 4 (olvnă) 2MgO + 2SO 2 = Mg 2 S 2 O 6 (proxen) În acest sstem, olvna ş proxenul sunt consderaţ componenţ complecş, ar oxz MgO ş SO 2 componenţ elementar. a rândul lor, componenţ complecş, se împart în două categor:

112 Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce componenţ cu topre congruentă Exemplu: (Mg 2 SO 4 ) sold = (Mg 2 SO 4 ) lchd a aceşta, coefcenţ stochometrc a ş b a compusulu rămân aceaş atât în stare soldă, cât ş în stare lchdă (toptura are aceeaş compozţe cu cea a soldulu); componenţ cu topre ncongruentă Exemplu: (Mg 2 S 2 O 6 ) sold = (Mg 2 SO 4 ) sold + SO 2 (lchd) Un astfel de component, prn topre, dă un compus sold ş un lchd, cu o compozţe dfertă de cea a compusulu nţal. Sstemele A B capable să formeze componenţ complecş, conduc la aparţa dagramelor X pseudobnare (fg ). o A o AB o A 3 B (a) E 3 E 2 E 1 o B o AB 3 0 nefeln E 1 E 1 (b) E2 0 albt E 2 A E 4 AB AB3 A 3 B B NaAlSO 4 nefeln NaAlS 3 O 8 albt X X E 1 E2 SO 2 Fg Dagrame X pseudobnare, a căror componenţ au topre congruentă. (a) Caz potetc, cu tre componenţ complecş: A 3 B, AB, AB 3. (b) Modelul sstemulu nefeln-slce. [Se admte ac că între componenţ nu exstă mscbltate în stare soldă.] Dacă componenţ complecş au topre congruentă, atunc dagrama aparent bnară A B devne, practc, o alăturare de două sau ma multe dagrame autentc bnare. Dacă însă, componentul complex are topre ncongruentă, atunc dagrama pseudobnară are aspectul dn fgura o A o A 2 B A A 2 B E o B B Fg Dagrama pseudobnară cu topre ncongruentă.

113 3. Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce Dagrame X ternare Construcţa dagramelor ternare Pentru a descre echlbrul lchd sold într-un sstem cu tre componenţ (A,B,C), avem nevoe de patru varable: X A, X B, X C,, ar pentru reprezentarea tuturor celor patru varable se A B E 2 E 3 E 1 C o A o B A o A E 2 B E 3 Fg Dagrame X ternare: (a) Prsmă desenată în perspectvă; (b) Prsmă cu laturle desfăşurate în planul ABC; (c) Proectarea temperatur pe latura trunghulu ABC. o B E 1 C o C E o C o B B E o C C foloseşte o prsmă dreaptă, având ca bază un trungh echlateral (fg ). În trunghul baze putem reprezenta perfect compozţa ternară, ar pe muchle prsme valorle temperatur (fg a.). Fecare faţă a prsme este, în acest caz, o dagramă bnară - X. Desenul în perspectvă al aceste prsme deformează foarte mult datele canttatve. De aceea, reprezentarea în perspectvă trebue înlocută cu una în plan. Ma întâ vom desfăşura prsma în planul trunghulu ABC (fg b.), pentru a vzualza ma bne cele tre dagrame bnare de pe feţele prsme. Apo proectăm valorle termce ale dagramelor bnare pe laturle trunghulu după modelul dn fgura 3.25.c. În fnal se obţne un trungh care depoztează două categor de nformaţ: compozţonale ş termce. Prn urmare, orce punct de pe laturle sau dn nterorul trunghulu echlateral desemnează, în acelaş tmp, o anumtă compozţe ş o anumtă temperatură. Pentru a ne orenta ma uşor asupra valorlor termce dn trungh, dn loc în loc putem trasa zoterme reprezentate ca în fgura 3.26.a. Foarte mportante sunt temperaturle eutectce. Dacă acestea exstă în toate cele tre dagrame bnare, atunc ele se proectează pe cele tre latur prn tre puncte E 1, E 2, E 3, aşa cum se vede în fgura 3.26.a. Este uşor de văzut că, dacă într-un sstem bnar cu eutectcul E adăugăm un al trelea component în lchd, atunc concentraţle celor do componenţ scad, ar temperaturle de echlbru, nclusv temperatura punctulu E, vor scădea corespunzător, conform relaţe dntre e ş

114 Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce o B B X C = 0 E 1 E 2 E ( E ) XC = 0 ( E ) XC > 0 E E X C > 0 o A A (a) E 3 C o C A (b) B Fg (a) Proecţa punctelor eutectce într-o dagramă ternară. [lnle subţr = zoterme reper; lnle cu săgeată = ln cotectce ndcând sensul scăder lu E ]; (b) Scăderea eutectculu în sstemul A B, ca urmare a adausulu de component C. concentraţe. Această scădere a temperaturlor punctelor E 1, E 2, E 3 ca urmare a dluţe, este marcată în trunghul echlateral prn ln. Ele ntersectează zotermele la valor dn ce în ce ma mc, pe măsură ce ne depărtăm de laturle trunghulu, spre o o B B nterorul acestua. Aceste ln se numesc cotectce. E 2 Dacă exstă tre ln cotectce, ca în fgura 3.26.b., atunc, cu sguranţă ele se ntersectează într-un punct B E, care reprezntă eutectcul ternar al sstemulu. Cele E 2 E 2 o două capete ale une ln cotectce corespund la două o C A temperatur dferte. emperatura maxmă este în E 1 A E 1 C capătul eutectculu bnar, ar cea mnmă în capătul o E 1 A eutectculu ternar. De aceea, eutectcul ternar este o C punctul cu cea ma joasă temperatură a sstemulu. În eventualtatea că do dn ce tre componenţ Fg Dagrama ternară X în cazul că do dntre componenţ (respectv B, C) formează o fază mxtă, cu mscbltate totală, atunc formează o crstalosoluţe totală. una dn lnle cotectce dspare. Implct dspare ş eutectcul ternar (fg ). Cele două ln cotectce se unesc într-una sngură, cu sensul de mcşorare a temperatur dnspre eutectcul bnar cu temperatură rdcată, spre cel cu temperatură ma scăzută.

115 3. Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce 115 Este posbl ca în sstemul ternar să rămână un sngur eutectc bnar; atunc în trunghul echlateral apare o sngură lne cotectcă ce se îndreaptă dnspre eutectcul bnar spre colţul opus al o B o B E B (b) (c) (a) o A E A o A E E o E < C C o C o C E E E C o C E E C o C Fg (a) Dagrama ternară X cu un sngur eutectc bnar; (b) Dacă temperaturle relatve de echlbru sunt plasate în lungul lne cotectce E C; (c) Dacă trunghulu (fg ). Pe această lne temperatura scade dnspre E spre nterorul trunghulu, până la un punct E, după care începe să crească dn nou spre colţul opus al trunghulu. În acest caz, punctul E este consderat eutectcul sstemul ternar. În stuaţle excepţonale, când o E > C, eutectcul sstemulu ternar dspare, aşa încât temperatura mnmă a sstemulu ternar este plasată char în colţul C (fg ). o E < C, atunc o E > C, atunc eutectcul sstemulu ternar dspare, astfel încât temperatura mnmă a sstemulu ternar este plasată în punctul C Evoluţa echlbrelor în ssteme ternare, ca urmare a varaţe temperatur A. Să urmărm dagrama ternară dn fgura 3.29., cu componenţ mscbl (sau doar parţal mscbl) în stare crstalnă. Cele tre domen (I, II, III), delmtate de lnle cotectce, arată toate compozţle teoretc posble ale lchdulu care permt coexstenţa, în echlbru, a faze lchde cu o uncă fază soldă. Echlbrele care se stablesc în aceste faze sunt bvarante, ar fazele specfce fecăru domenu sunt: în prmul domenu: + A s ; în al dolea domenu: + B s ; în al trelea domenu: + C s.

116 Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce B < E1 II 1 > E 2 I E III nle cotectce desemnează condţle de echlbru monovarant. Ele arată ce compozţe ar trebu să abă lchdul pentru a exsta la echlbru tre faze: un lchd mxt ş cele două faze solde ale eutectculu bnar. Fazele posble sunt: pe lna cotectcă E 1 E: + A s + B s ; pe lna cotectcă E 2 E: + B s + C s ; pe lna cotectcă E 3 E: + C s + A s. a punctul eutectc E (eutectcul sstemulu ternar) se realzează condţa nvarantă, unde sunt 4 faze în echlbru: + A s + B s + C s. A Fg Echlbrele de fază în sstemul ternar cu componenţ A, B, C mscbl în stare soldă E 1, E 2, E 3 = eutectce bnare; E = eutectc ternar. Pentru o compozţe dată, echlbrele se modfcă dacă în sstem are loc o varaţe a temperatur, ceea ce mplcă: (a) schmbarea compozţe lchdulu; (b) schmbarea proporţlor dntre faze; (c) schmbarea caltăţ fazelor, dacă varaţle de compozţe ale lchdulu depăşesc un anumt prag. Pentru a urmăr în mod concret o evoluţe a unu sstem trcomponent oarecare, ar trebu să cunoaştem două lucrur, absolut necesare: compozţa chmcă globală a sstemulu; evoluţa compozţe lchdulu în domenul bvarant, dacă soldul crstalzează (sau nvers, se topeşte). Fe compozţa chmcă globală cea desemnată prn cfra 1 în trunghul dn fgura a temperatur supralqudus ( > ), sstemul cu această compozţe este complet lchd, chmsmul lchdulu fnd nsensbl la modfcarea temperatur. a temperatura =, începe crstalzarea soldulu B s. Ac proporţa soldulu este nfmă, astfel încât se poate spune că, compozţa faze lchde în echlbru cu soldul B s, rămâne tot în punctul 1. Dacă mcşorăm temperatura, concentraţa X B se mcşorează ş, dec, compozţa chmcă a lchdulu se schmbă. Observăm, pe de altă parte, că celalţ do componenţ (respectv A ş C) nu partcpă la crstalzare. De aceea, raportul concentraţlor acestora în lchd rămâne constant: E 3 C

117 3. Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce 117 X X A C = constant. na care trece prn punctul 1 ş vârful B al trunghulu este tocma zopleta acestu raport. În consecnţă, pe măsură ce sstemul se răceşte, compozţa lchdulu trebue să se deplaseze pe zopleta A : C = constant. până la ntersecţa cotectculu E E 2, unde începe crstalzarea componentulu C. Contnuând răcrea, lchdul îş modfcă drecţa ş sensul de evoluţe, în lungul lne cotectce, către eutectcul ternar, E, unde începe crstalzarea nclusv a componentulu A. Ac se ajunge la temperatura soldus, adcă la cea ma mcă temperatură la care lchdul poate să rămână în echlbru cu fazele crstalne. Crstalzarea la punctul E este, evdent, zotermă ş pe tot tmpul crstalzăr lchdul îş menţne mereu aceeaş compozţe, specfcă punctulu eutectc. Sub temperatura eutectcă, sstemul este format ntegral dn faze solde: A s + B s + C s. Chmsmul global al acestu sstem sold trebue să corespundă chmsmulu global al lchdulu nţal. Dec proporţa fazelor dn sstemul sold subsoldus este defntă de chmsmul global. Evdent, problema se poate pune ş nvers: să urmărm evoluţa sstemulu la încălzre, începând cu temperatura 1 < E = s ş termnând cu 2 >. În acest caz, până la = E, sstemul rămâne sold, având cele tre faze solde (A s + B s + C s ) în proporţa desemnată de cfra 1. a = E apare prma toptură cu compozţa specfcă punctulu E, datortă topr parţale a tuturor celor tre faze solde. emperatura nu poate f rdcată în contnuare decât după toprea ntegrală a componentulu A. Apo se contnuă toprea smultană a componenţlor B ş C, ar lchdul îş schmbă compozţa în lungul eutectculu E E 2, până la ntersecţa cu zopleta A : C = constant a punctulu 1. Ac se termnă toprea componentulu C. a creşterea, în contnuare a temperatur, sngura fază care ma contnuă toprea este B, ar compozţa lchdulu se îndreaptă, pe zopletă către punctul 1. a temperatura = (specfcă punctulu 1), are loc toprea ntegrală, ar lchdul capătă compozţa globală a sstemulu nţal. B. Evoluţa stăr de echlbru în dagrama ternară X cu do componenţ total mscbl în stare soldă Fe sstemul trcomponent A B C, cu componenţ A, B total mscbl în stare soldă. Pentru a urmăr echlbrele de fază la dferte temperatur, sunt necesare următoarele date: pozţa zotermelor în trunghul ternar ABC (fg a.); compozţa globală a sstemulu nţal, exprmată prn proporţa celor tre componenţ: X A + X B + X C (fg b.); zopletele bnare specfce compozţe nţale (X A : X B = constant; X A : X C = constant; X B : X C = constant; fg c.); confguraţa dagrame bnare a componenţlor mscbl A, B pe care se preczează două zoplete: (a) zopleta X A : X B specfcă punctulu I`; (b) raportul X A : X B în lchdul mxt fnal (punctul F`).

118 Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce A o A E 2 o B B A X A : X C = constant I X A : X B = constant I B E 1 X B : X C = constant C o c (c) C (a) > > o A o B > E1 E 2 o c o A X A : X B = constant f o B A X B B A I F B I X C I F E 2 X A E 1 = lchdul nţal f = lchdul fnal (b) C (d) C Fg Evoluţa stăr de echlbru în dagrama ternară X, cu do componenţ total mscbl în stare soldă. (a) pozţa zotermelor în trunghul ABC; (b) compozţa globală a sstemulu nţal; (c) zopletele bnare specfce compozţe nţale; (d) dgrama bnară a componenţlor mscbl A ş B. Fe compozţa globală a sstemulu cea redată de punctul I dn fgura 3.30.b. a temperatura > exstă o sngură fază lchdă, având compozţa globală a sstemulu. a = începe crstalzarea faze mxte (A, B). Pentru a cunoaşte compozţa aceste faze mxte, este necesară zopleta A:B dusă prn punctul I` (dreapta care uneşte colţul C al trunghulu cu punctul I). Punctul I`, de pe latura A:B a trunghulu, arată raportul componenţlor A ş B în lchdul nţal. Se rdcă apo zopleta I` ş în dagrama bnară A B, valablă pentru concentraţa X C specfcă punctulu I. [Atragem atenţa că temperaturle de topre ale componenţlor A ş B scad pe măsură ce creşte concentraţa componentulu C.] În dagrama bnară A B (vez fg d.)

119 3. Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce 119 marcăm pe curba lqudus compozţa lchdulu fnal în punctul f. Proectăm acest punct pe latura AB în punctul F` ş trasăm zopleta A B a acestu punct în trunghul ABC. Intersecţa aceste zoplete cu lna cotectcă în punctul F marchează condţa fnală (compozţa ş temperatura) a lchdulu ternar la echlbru cu faza mxtă (A,B) ş faza soldă monocomponentă, C. Punctele I ş F arată, dec, condţa nţală ş, respectv, cea fnală a lchdulu. De la I la F se parcurg două etape: Etapa evoluţe bvarante, pe zocora nţală A:B, până la ntersecţa cu lna cotectcă. Acum sunt în echlbru doar două faze: ş (A,B) sold. Etapa evoluţe monovarante, pe cotectc, până la punctul fnal F. Acum sunt în echlbru 3 faze: + (A,B) sold + C sold. a punctul F se atnge temperatura soldus, s. Sub s faza lchdă dspare, rămânând doar cele două faze solde, în proporţa ndcată de punctul I. În eventualtatea că punctul ce desemnează condţa nţală este în domenul componentulu C, pe aceeaş zopletă A:B dn exemplul precedent, atunc în decursul răcr avem: etapa evoluţe pe zocora A:B până la lna cotectcă, având în echlbru faza soldă C ş lchdul trcomponent; etapa evoluţe pe lna cotectcă, cu 3 faze la echlbru, până în punctul F`. C. Evoluţa echlbrulu în sstemul ternar cu ce tre componenţ total mscbl în stare soldă. Datele necesare sunt prezentate în fgura Fe chmsmul global defnt de punctul I dn fg c. a temperatura >, tot sstemul este lchd (în echlbru trvarant) cu compozţa egală cu cea a sstemulu global. a =, crstalzează o fază soldă, s, mxtă, trcomponentă. Dagramele bnare de fază ne arată că în soldul mxt ntră cu precădere componentul A, cel ma greu fuzbl. De aceea, la =, soldul s este ma bogat în componentul A decât lchdul cu care se află în echlbru. Pe măsură ce scade temperatura, compozţa soldulu trcomponent tnde să se aprope de compozţa globală, pe când compozţa lchdulu se îndepărtează, ca urmare a îmbogăţr sale în celalţ do componenţ ma uşor fuzbl. În fnal, soldul capătă compozţa lchdulu nţal, ar lchdul dspare. Izoterma la care dspare ultma canttate de lchd (respectv f ), desemnează temperatura soldus ( s ) a compozţe date. [Evdent, într-un astfel de sstem, temperatura s este dependentă de compozţa globală.]

120 Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce A B A X B I S S f f X C B X A (a) C o A o B o c C (c) A B A C B C (b) Fg Datele sstemulu ternar. o o o (a) Pozţa zotermelor în dagrama ternară, în poteza că A > B > C. În această dagramă nu exstă ln cotectce. (b) emperaturle relatve ale celor tre echlbre bnare: A B, A C, B C. (c) Compozţa globală a sstemulu, defntă de punctul I ş evoluţa chmsmulu celor două faze mxte. [S = soldul nţal; S f = soldul fnal; = lchdul nţal; f = lchdul fnal.] În ntervalul termc s sstemul este bvarant, având în echlbru două faze mxte. Sub temperatura s sstemul devne dn nou trvarant, pentru că va f monofazc (o sngură fază soldă mxtă) Dagrame X pseudoternare Uneor, în sstemul trcomponent sunt posble reacţ chmce între ce 3 componenţ, formându-se compuş stabl, capabl să se topească congruent. Un astfel de compus stabl, cu topre congruentă, devne, practc, un component termodnamc, aşa încât sstemul rămâne doar aparent trcomponent. În realtate el va avea două categor de componenţ: (a) componenţ elementar (ce cu formula chmcă cea ma smplă); (b) componenţ complecş (ce rezultaţ dn reacţa componenţlor elementar). Dacă A, B ş C sunt ce tre componenţ elementar, atunc toate substanţele cu formula A a B b C c sunt componenţ termodnamc complecş - ac prn smbolurle a,

121 3. Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce 121 b, c sunt redaţ coefcenţ stochometrc - ). De pldă, în sstemul ternar SO 2 CaO MgO, ce tre oxz pot f consderaţ componenţ elementar, pe când compuş Ca 2 SO 4, CaSO 3, CaMgS 2 O 6, Mg 2 SO 4, MgSO 3 etc. sunt consderaţ componenţ complecş. În fgura este prezentată o B E 5 B 2 A E 4 E 10 E 6 E 7 ABC E 1 E 8 E 9 A E 3 AC E 2 C Fg Dagramă pseudoternară. [ABC, AB 2, AC = componenţ complecş A, B, C = componenţ elementar.] dagramă pseudoternară cu tre componenţ elementar ş alţ tre componenţ complecş. În realtate, sstemul încetează să ma fe ternar. Dn punctul de vedere al regul fazelor, nu ma este o sngură dagramă ternară, c cnc dagrame ternare, numa că sunt toate alpte pentru a se putea exprma ma uşor chmsmul global. Cele 5 dagrame ternare sunt: dagrama A ABC B 2 A; dagrama B 2 ABC B; dagrama B ABC C; dagrama AC ABC C; dagrama A ABC AC. În orcare dn aceste dagrame ternare, compozţa globală a sstemulu nu ma poate f redată prn raportul componenţlor real a dagrame, c numa prn raportul componenţlor elementar. De aceea, dacă nu ne nteresează raportul componenţlor elementar (A:B:C), c numa raportul componenţlor real a dagrame, este preferabl ca fecare trungh să se reconstruască sub forma unu trungh echlateral. De acest lucru trebue să se ţnă cont or de câte or se urmăreşte blanţul de masă al fazelor în echlbru.

122 Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce Dagrame P X Dagramele P X sunt consderate dagrame de echlbru P pe care sunt trasate zopletele concentraţlor de saturaţe ale componenţlor în faza lchdă. Izopleta unu component apare în dagrama P ca o lne, reprezentând condţle P, la care componentul obţne concentraţa de saturaţe. Avantajul enorm al dagramelor P X este că ele permt reprezentarea în plan a echlbrelor de fază pentru sstemele multcomponente, cu condţa ca chmsmul global al sstemulu să rămână constant. Evdent, cea ma smplă dagramă P X este a unu sstem bcomponent. Fe sstemul P = P 1 o B 1 = 2 P A s + B s X 3 B s + X 2 X 1 ICHID o A P = E = s A X 3 = X E (a) X 2 X 1 B 2 1 (b) Fg Construrea une dagrame P X a unu sstem bnar (A,B), cu compozţa globală X 1. (a) Dagrama X, la presunea P = P 1 ; (b) Dagrama P X, cu zopletele X 1, X 2, X 3, în poteza că / P > 0. bnar A,B cu dagrama X ca în fgura 3.33.a. a o compozţe globală dată de X 1, în condţ zobare, pentru orce temperatură cuprnsă între 1 = ş 3 = E exstă o anumtă concentraţe de echlbru a componentulu B. De pldă, la 1, 2 ş 3 concentraţle de saturaţe ale componentulu B în lchd sunt X 1, X 2 ş X 3. Să transpunem temperaturle 1, 2, 3 într-o dagramă P, la zobara P 1 (fg b.) ş să trasăm, apo, varaţa acestor temperatur cu presunea, păstrând constante concentraţle de echlbru, folosnd ecuaţa Clausus Clapeyron: s V V =. s P S S X Se obţn astfel 3 zoplete care sunt, de fapt, lnle monovarante de echlbru, corespunzătoare celor 3 concentraţ de saturaţe arbtrar alese. Se subînţelege că, pentru orce temperatură, la P = P 1, cuprnsă în ntervalul 1 = ş 3 = E, se poate trasa câte o zopletă. Numărul zopletelor teoretc posble fnd nfnt, practc, la sstemele bnare este sufcent să se traseze doar zopletele temperaturlor maxme ( ) ş a celor mnme ( E ).

123 3. Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce 123 Să construm, în contnuare, dagrama P X a unu sstem ternar (A, B, C) cu compozţa globală X 1 (fg ). B P = P 1 P X 3 X 2 X 1 A s +B s +C s A s +B s + A s + ICHID X 2 2 P X X 3 A C (a) (b) Fg Construrea une dagrame P X a sstemulu ternar A, B, C cu compozţa globală X 1. (a) Dagrama X, la presunea P = P 1 ; (b) Dagrama P X, cu tre zoplete reper (X 1, X 2, X 3 ). Pentru această compozţe, echlbrele de fază sold lchd pot evolua doar în ntervalul termc cuprns între 1 = ş 3 = E = s. a temperatura 1 lchdul este în echlbru cu faza soldă A s numa dacă lchdul are compozţa X. a 2 lchdul are compozţa X 2, ar la 3, compozţa X 3. ranspunând ş în acest caz cele 3 temperatur de echlbru într-o dagramă P, la P = P 1, apo la dferte presun, păstrând concentraţle de echlbru constante, vom obţne dagrama P X a sstemulu ternar A, B, C defnt de compozţa globală X 1. Izopleta X 2 desemnează temperatura maxmă la care se poate obţne concentraţa de saturaţe pentru componentul B, în sstemul ternar dat, defnt de compozţa globală X 1. Această lne monovarantă împarte domenul P al echlbrelor de fază în două subdomen termce: a. subdomenul de temperatură ma înaltă, cu o sngură fază soldă în echlbru cu ; b. subdomenul de joasă temperatură, cu două faze solde în echlbru cu. [Se subînţelege că în fecare subdomenu termc pot f trasate numeroase zoplete funcţe de scopul urmărt, fecare zopletă desemnând compozţa lchdulu care se află la echlbru cu fazele solde.] Aşa cum se poate observa, dferenţa esenţală între dagrama P X a unu sstem bnar faţă de cea a sstemulu ternar, este că în sstemul bnar exstă doar un sngur nterval termc (cuprns între s ş ), pe când în cel ternar, cu componenţ mscbl în stare soldă, exstă două astfel de ntervale. a sstemele polcomponente cu c > 3, numărul maxm posbl al acestor subntervale termce este ma mare. Pentru orce sstem numărul de subntervale termce este: n = f 1, unde f este numărul maxm posbl de faze solde în acest sstem.

124 Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce Este foarte mportant să se reţnă că lna care separă două subntervale termce vecne desemnează concentraţa de saturaţe a unu component, la dverse temperatur ş presun. Varaţa aceste concentraţ cu temperatura ş presunea este, de cele ma multe or, dfertă de la un component la altul. Consecnţa este că, în multe ssteme reale polcomponente, lnle de saturaţe a componenţlor nu sunt paralele ş, dec, se pot ntersecta la anumte presun, specfce sstemulu dat (fg ). P sat sat X X sat B C X A A s +C s + P1 P2 P 1 A s +B s + C s +D s 3 A s +B s + C s + A s +B s + C s + A s +B s + A s A s + ICHID P o Fg Intersecţa lnlor de saturaţe în dagrama -P-X a sstemulu A,B,C,D. Presunle la care se ntersectează două dntre aceste ln de saturaţe devn presun reper pentru sstemul dat, deoarece de o parte ş de alta a aceste presun se schmbă ordnea termcă a echlbrelor de fază. Presunle ntersecţlor permt, astfel, dvzarea câmpulu P de stabltate al fazelor în subdomen barce (ntervale barce), fecare nterval barc având propra sa succesune termcă a echlbrelor de fază Ordnea de crstalzare dn soluţle lchd magmatce În magmele naturale multcomponente, de regulă componenţ mneral crstalzează succesv. Excepţa o reprezntă acele cazur, extrem de rare, când compozţa magme concde cu compozţa eutectcă a sstemulu, ceea ce determnă crstalzarea smultană a tuturor componenţlor. Crstalzarea se petrece or de câte or sstemul magmatc îş schmbă condţa, în aşa fel încât acesta să se aprope dn ce în ce ma mult de condţa subsoldus. re mecansme ma mportante pot asgura o astfel de evoluţe:

125 3. Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce 125 mcşorarea ma mult sau ma puţn zobară a temperatur (fg.3.36.a.); P SUBSOIDUS s (umed) MAGMĂ UMEDĂ SUBSOIDUS ANHIDRU s (uscat) P SUBSOIDUS s (umed) MAGMĂ UMEDĂ P SUBSOIDUS s (umed) SUBSOIDUS ANHIDRU s (uscat) (a) (b) (c) Fg Cauze posble ale crstalzăr: (a) răcre zobară; (b) depresurzare prn ascensune a magme umede; (c) perderea componentulu volatl, în condţ zobar-zoterme. depresurzarea, ma mult sau ma puţn adabatcă, a magmelor bogate în componenţ volatl (fg b.); perderea substanţelor volatle, ceea ce se poate realza, de exemplu, prn ruperea acoperşulu magmatc. recerea de la condţa umedă la cea uscată face să crească temperatura soldus a lchdulu magmatc. Ca urmare, condţa magmatcă nţală a sstemulu poate deven condţe subsoldus prn smpla perdere a volatlelor, fără ca temperatura ş presunea să sufere modfcăr esenţale (fg c.). emperaturle soldus, ca ş curbele de saturaţe ale componenţlor, se pot modfca ş ca urmare a adaosulu sau a perder unu component nevolatl, însă aceste modfcăr sunt mult ma puţn dramatce decât cele provocate de flude. Pentru unul ş acelaş sstem magmatc, defnt compozţonal, ordnea de crstalzare dferă funcţe de cauza crstalzăr, pe de o parte, ar pe altă parte, de ntervalul barc în care are loc emperatura [ C] crstalzarea. Un exemplu edfcator pentru lustrarea dependenţe dntre ordnea de crstalzare ş condţa crstalzăr, n-l oferă magmele Presunea [Kbar] Fg Dagramă P X reprezentând echlbrele de fază în sstemul tholetc umed (după Green, 1982). [Abrever: AM=amfbol, CPX=clnoproxen, GA=granat, O=olvnă; P=plagoclaz, PX=proxen,QZ=cuarţ, ZO=zozt, =lchd.]

126 Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce tholetce, unele dntre cele ma bne studate expermental. Vom lua ca bază de dscuţe datele lu Green (1982). În fgurle 3.37.ş sunt arătate, în dagrame P X, echlbrele de fază în sstemul tholetc umed ş, respectv, cel uscat, deduse pe cale expermentală, pe ntervalul barc de la 1 atm până la 40 kbar. Să urmărm, de pldă, cum ar trebu să fe ordnea de crstalzare într-o magmă tholetcă umedă, care are nţal o temperatură de 1000 C ş o presune de 20 kbar, ceea ce s-ar putea realza la crca 60 km adâncme. În condţa nţală, magma este trfazcă, fnd formată dn lchd magmatc, granat ş clnoproxen (ga + cpx + ). Presupunând că magma ascensonează adabatc până la suprafaţă, crstalzarea va urma următoarea ordne: - la crca 18 kbar începe crstalzarea amfbolulu (am); - a crca 10 kbar se resoarbe granatul (devne nstabl) ş dspare dn sstem; - la crca 4.5 kbar începe să crstalzeze plagoclazul; - la crca 4 kbar începe să crstalzeze olvna; - la crca 3 kbar se resoarbe amfbolul (devne nstabl) ş dspare; - la crca 1 kbar se ntră în domenul subsoldus ş vom avea ca produs de crstalzare fnal asocaţa: plagoclaz, olvnă, proxen. Presunea [Kbar] emperatura [ C] Fg Dagrama P X reprezentând echlbrele de fază în sstemul tholetc uscat (după Green, 1982). [Abrever: AM=amfbol, CPX=clnoproxen, GA=granat, O=olvnă; P=plagoclaz, PX=proxen,QZ=cuarţ, ZO=zozt, =lchd.]

127 3. Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce 127 Aceeaş magmă, aflată în condţa nţală defntă de = 1250 C ş P = 1 atm. (o lavă revărsată) la suprafaţa Pământulu, prn răcre, va avea următoarea succesune de crstalzare: - la crca 1200 C începe să crstalzeze plagoclazul; - la crca 1180 C începe să crstalzeze olvna ş clnoproxenul; - la crca 1050 C se atnge condţa soldus, unde ar trebu să se termne crstalzarea, având ca produs de crstalzare fnal asocaţa: plagoclaz, olvnă, proxen. Deş produsele de crstalzare, în cele două exemple, sunt relatv aceleaş, ele se deosebesc enorm în ceea ce prveşte succesunea de crstalzare, deoarece în cazul crstalzăr cauzată de depresurzare au fost mplcate două faze de presune mare sau relatv mare (granatul ş amfbolul) care, pe parcursul crstalzăr au dspărut. Numa în cazul ferct că cele două faze s-au păstrat ca relcte, ne putem da seama rapd că evoluţa crstalzăr a fost mpusă de depresurzare ş nu de răcre. Să urmărm acum efectul posbl al deshdratăr magme tholetce, aflată la 1000 C ş 20 kbar. Inţal ea este o magmă cu granat ş proxen, dar prn perderea totală a ape, temperatura soldus a magme se mută la crca 1250 C. În acelaş tmp, curba de saturaţe a plagoclazulu (respectv a albtulu) se rdcă până la presun de peste 20 kbar, ar curba de saturaţe a amfbolulu se deplasează spre temperatur ma mc. În consecnţă, devolatlzarea magme determnă crstalzarea în contnuare a granatulu ş proxenulu, apo se adaugă crstalzarea plagoclazulu ş cuarţulu. Ca rezultat fnal va f aparţa une asocaţ complet solde, de mare presune, formată dn granat, clnoproxen, plagoclaz acd ş cuarţ. Cât prveşte crstalzarea magme tholetce anhdre, este sufcent să examnăm dagrama de fază dn fgura 3.38., pentru a observa că ordnea de crstalzare dferă enorm de la un nterval barc la altul, dacă crstalzarea este cauzată de răcre. Multe decen s-a crezut că în magmele naturale crstalzarea se desfăşoară după o anumtă regulă, cu largă valabltate, excepţle fnd puţne. Astăz, însă, ştm foarte bne că excepţle consttue regula. O anumtă ordne de crstalzare, într-un sstem magmatc dat, este expresa une anumte cauze ş une anumte condţ barce de crstalzare ş tocma de aceea ordnea de crstalzare, pe care adesea o putem ct cu uşurnţă la mcroscop, este unul dntre cele ma facle crter de aprecere a evoluţe magme.

128 Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce Cnetca crstalzăr lchdelor magmatce Forţa motrcă a crstalzăr Cnetca crstalzăr studază etapele, mecansmele ş vteza procesulu de trecere de la starea lchdă la cea crstalnă. Un postulat fundamental al cnetc este acela că, procesul de crstalzare este mposbl dacă, în condţle date, lchdul magmatc nu are o energe lberă ma mare decât starea crstalnă. Starea unu astfel de lchd este consderată metastablă ş, dec, numa un lchd metastabl poate crstalza. Prn crstalzare sstemul îş mcşorează energa lberă cu valoarea: G = G s - G < 0. Valoarea G este numtă energe lberă de crstalzare, ar opusul e este numtă forţă motrcă a procesulu de crstalzare. Dacă ne referm la un anumt component, atunc forţa motrcă a crstalzăr este: s F = G = (G G ). Forţa motrcă, F, este măsura gradulu de metastabltate a componentulu în stare lchdă ş este drect proporţonală cu abaterea ( ) de la condţa de echlbru. a lchdele magmatce, abaterea,, se poate realza prn varaţle de temperatură, presune sau de concentraţ. Ca urmare, pot f tre tpur de abater: a. Abaterea termcă ( ), respectv abaterea de la condţa termcă de echlbru, în condţ zobare: = e - c, unde e este temperatura de echlbru la P ş X constante, ar c este temperatură reală a crstalzăr. Evdent, e > c. Această abatere termcă este numtă subrăcre. Suprarăcrea înseamnă că în ntervalul termc, lchdul nu crstalzează ş supraveţueşte ca lchd metastabl sau lchd suprarăct. emperatura c, la care se produce într-adevăr crstalzarea, este consderată temperatură cnetcă de crstalzare, pentru a se deoseb de temperatura e, de echlbru. Dacă temperatura e este o constantă a sstemulu (la presunea dată ş concentraţa dată), temperatura c este o varablă, care depnde de vteza de răcre a sstemulu. Cu cât răcrea este ma rapdă, cu atât este ma mare abaterea termcă faţă de e. b. Abaterea barcă ( P). Este abaterea de la presunea de echlbru, P = P e - P c,

129 3. Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce 129 unde P c este presunea reală a crstalzăr. Ş ac, în ntervalul barc P, lchdul este metastabl ş se P P ICHID MEASABI P e ICHID SABI P c P P c P ICHID P e ICHID SABI c c (a) (b) Fg Posbltăţ de abatere zotermă de la presunle de echlbru, P e. (a) abatere prn depresurzare (mecansm natural posbl); (b) abatere prn suprapresurzare (mecansm natural puţn probabl). conservă până la presunea P c, unde începe crstalzarea. eoretc, abaterle zoterme P se pot obţne la orce sstem ale căror presun de echlbru varază cu temperatura (lnle monovarante dn dagramele - P sau - P - X au pante poztve sau negatve). otuş, în natură, cele ma probable abater se obţn prn depresurzare, fnd specfce lchdelor hdratate, ale căror ln monovarante pot avea pante negatve (fg ). c. Suprasaturarea în condţ zobar zoterme. Este o abatere de la concentraţa de saturaţe a componentulu: sat X = X X, unde, X este concentraţa de suprasaturaţe la care are loc crstalzarea componentulu. În lchdele apoase, o astfel de abatere este uşor realzablă, în condţ zobar - zoterme, prn evaporarea solventulu, respectv a ape, sau prn consumarea ape într-o reacţe de hdratare. a lchdele magmatce, o modfcare zobară ş zotermă a concentraţe unu component este ceva ma rară. otuş ş ac este posblă, ma ales la lchdele magmatce bogate în componenţ volatl, care, prn devolatlzare zotermă ş zobară, pot perde selectv anumţ componenţ. Crstalzarea selectvă ş succesvă în anumte condţ zobar - zoterme este, de asemenea, o cauză posblă a abater de la concentraţa de echlbru a anumtor componenţ. Funcţe de mecansmul prn care se realzează abaterea de la condţa de echlbru, relaţle dntre forţa motrcă a crstalzăr unu component ş abaterea sunt următoarele: s (F ) P,X = (S S ) s (F ),X = (V V ) P

130 Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce X ( F = ),P NR ln, sat X unde N este numărul de mol a componentulu Mecansmele crstalzăr Într-un lchd omogen, crstalzarea mplcă două procese: (a) nucleerea (sau germnarea crstalelor) ş (b) creşterea propru-zsă a crstalelor. Dacă ne referm la un anumt crstal, cele două procese sunt, evdent, succesve, pentru că germnarea crstalulu precede creşterea acestua. Insă, dacă ne referm la întregul lchd magmatc, atunc ambele procese se pot desfăşura smultan: în tmp ce unele crstale sunt deja formate ş cresc, altele sunt în faza de germnare, ar altele nc măcar nu au germnat. Este, dec, puţn probabl ca toate crstalele care apar în tmpul procesulu de crstalzare să fe zocrone ş, de aceea, nu este de loc oblgatoru ca procesul de germnare să preceadă pe cel de creştere. Procesul de creştere a unu crstal este relatv ma uşor de înţeles, deoarece creşterea înseamnă adţa de substanţă pe suprafeţele deja exstente ale crstalulu, eventual pe muchle sau colţurle acestua. Vom vedea, ma jos, că funcţe de vteza de crstalzare ş de alţ factor, prn creştere se pot obţne fe crstale compacte ş cu forme crstalografce, fe crstale cu forme aberante. Indferent, însă, de formele realzate, creşterea unu crstal înseamnă, în ultmă nstanţă, mărrea volumulu acestua sau a mase acestua, prn transferul substanţe dn lchd către crstal. Ceva ma greu de înţeles este germnarea sau nucleerea corpulu crstaln în masa lchdulu omogen. Conform teore cnetc, prm germen crstaln apar spontan (de la sne), ca urmare a mşcăr aleator a partculelor dn flud. În orce lchd metastabl în care exstă o mşcare dezordonată a partculelor se pot realza, în spaţ mnuscule, abater efemere de la confguraţa mcroscopcă normală a fludulu, numte fluctuaţ. Un germen crstaln este o fluctuaţe stablă, având o structură propre crstalelor. De reţnut, însă, că nu toate fluctuaţle dn lchdul metastabl devn germen crstaln. Dn numărul mens al mcrocrstalelor generate prn fluctuaţ, doar câteva, ş anume cele care depăşesc o anumtă dmensune crtcă, sunt stable ş evoluează, prn creştere spre crstale trdmensonale propru-zse. oate celelalte dspar de la sne, fnd nstable. Dmensunea crtcă a germenulu crstaln este mpusă de faptul că, smultan cu fluctuaţa, apar două efecte energetce contrare ca sens. Unul este mcşorarea energe lbere a sstemulu, deoarece fluctuaţa face ca în spaţul consderat să se treacă de la starea metastablă a lchdulu la starea crstalnă. În volumul fluctuaţe, mcşorarea este egală cu: s V (G G ) = V G 0, f f <

131 3. Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce 131 unde V f este volumul fluctuaţe, ar G este varaţa energe lbere în untatea de volum.cel de-al dolea efect este datorat aparţe suprafeţe de dscontnutate între fluctuaţa crstalnă ş lchd. Astfel apare o energe superfcală (E s ) poztvă, de această dată egală cu produsul dntre suprafaţa fluctuaţe (A f ) ş tensunea superfcală (σ) la nterfaţa lchd - fluctuaţe: E = σ. s A f Varaţa totală a energe lbere, mpusă de fluctuaţe, va f egală cu suma algebrcă a celor două componente energetce: G = V G + σa 0 sau G = V G + σa 0. total f f total f f < A se observa că ambele componente energetce depnd de dmensunea fluctuaţe. De exemplu, presupunând că fluctuaţa crstalnă are formă de cub cu mucha a, atunc: G = a G + 6σa 0 sau G = a G + 6σa 0. total total < Dmensunea crtcă, respectv mucha crtcă, a K, a cubulu este consderată acea dmensune la care G total = 0 ş se poate deduce uşor că: 2σ σ a K = sau a K =, G F unde F este forţa motrcă a crstalzăr fluctuaţe raportată la untatea de volum. [Ac semnul mnus se pune deoarece G este negatv.] Dn această relaţe se vede medat că dmensunea crtcă a germenulu scade pe măsură ce creşte forţa motrcă ş este nfnt de mare la condţa de echlbru, unde F = 0 (fg ). Cu alte cuvnte, la condţa de echlbru germnarea este mposblă. Ea este posblă doar în lchdele a k metastable. Se şte dn observaţ drecte că 0 F germnarea fazelor solde în medle flude este mult uşurată dacă germen au posbltatea fxăr pe un suport crstaln deja preexstent. În acest caz, fluctuaţa benefcază de structura crstalnă exstentă, fluctuaţa fnd un fel de Fg Relaţa dntre dmensunea crtcă a germenulu (a k ) ş forţa motrcă prelungre locală ş spontană a crstalulu spre a crstalzăr unu component, F. medul flud, edfcată însă dn partculele fludulu. De cele ma multe or, germenul se fxează evdent orentat pe suportul crstaln, în sensul că unele plane sau şrur retculare dn germen sunt paralele cu alte plane sau şrur de suport. Aceasta este aşa numta germnare eptaxală (fg ). Ea se realzează cu mare uşurnţă în cazul în care suportul preexstent ş faza crstalnă neoformată au structura retculară asemănătoare.

132 Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce germen germen suport suport (a) Fg (a) Germnare eptaxală (tp zomorf); (b) germnare eptaxală nezomorfă (heteromorfă). (b) De pldă, foarte uşor germnează eptaxal albtul pe feldspatul potasc trclnc (ş nvers) sau amfbolul pe proxen. Cazul lmtă, când suportul îl consttue crstale aparţnând însăş faze care urmează să crstalzeze, este adesea nvocat în mneraloga expermentală or de câte or fluctuaţle spontane nu zbutesc să realzeze germen crtc (ma ales în aproperea condţlor de echlbru). Este posblă ş germnarea neorentată. otuş, ş în acest caz se remarcă adesea că germen preferă anumte feţe ale suportulu ş, în specal, pe acelea care le oferă cât de cât o smlttudne retculară. Fără îndoală că germnarea pe suportur este controlată de tensunea superfcală. σ 4 σ 2 σ σ 3 1 suport (a) σ 4 σ 2 σ 3 σ suport 1 (b) σ 2 suport (c) σ 4 σ 3 σ 1 σ 2 σ 4 σ 1 σ 3 suport (d) Fg Dverse posbltăţ de germnare pe suportur: (a) cu o sngură suprafaţă de contact; (b) cu două suprafeţe; (c) cu tre suprafeţe; (d) cu patru suprafeţe. Mcşorarea aprecablă a tensun superfcale ş char anularea e, în condţle orentăr retculare a fluctuaţe faţă de suport, dmnuează corespunzător raza crtcă a germenlor. De aceea, cu cât suportul este ma apropat fzco-chmc de faza neoformată, cu atât este ma probablă germnarea

133 3. Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce 133 orentată pe suport. Dacă suportul nu are defecte retculare ş are suprafeţe crstalografce perfect plane (caz lmtă, practc nexstent), germenul nu-ş poate pune în comun decât o sngură nterfaţă cu suportul (fg a.) ş, dec, nu-ş poate mcşora decât o sngură componentă a tensun. Insă, dacă suportul are defecte (fg b, c, d), germenul poate să-ş pună în comun două sau ma multe nterfeţe, mcşorându-se corespunzător ş alte componente ale tensun. Ţnând seama de numeroasele defecte pe care le au crstalele naturale, germnărle de tp b, c ş d sunt, probabl, foarte răspândte în magme Vteza de crstalzare Vteza de crstalzare, v, este o mărme care poate f defntă în ma multe felur, funcţe de scop sau funcţe de mecansmul crstalzăr. a modul cel ma general, ea ar putea f defntă ca fnd varaţa mase crstalne într-un volum dat ş un tmp dat, în decursul procesulu de crstalzare: 1 m v =, V t unde t este tmpul în care se face transferul de masă, m, dnspre lchd spre faza crstalnă. Dacă avem în vedere că o parte dn transfer se face prn mecansmul fluctuaţe, ar o altă parte prn mecansmul creşter, atunc putem vorb fe de o vteză de germnare, respectv de nucleere (v N ), fe de o vteză de creştere (v C ). Admţând apo, că ambele mecansme acţonează smultan, atunc: v = v N + v C. Ac v N arată canttatea, m 1, de substanţă care trece în germen, prn fluctuaţe, în untatea de volum ş de tmp, pe când v C arată canttatea, m 2, de substanţă care se depune pe suprafaţa nucleelor în aceeaş untate de tmp ş de volum. eoretc este posbl ca una dn cele două componente ale vteze să fe nulă sau ambele să fe nule, după cum urmează: a. Dacă v N = 0, atunc v = v C. Aceasta însemnează că germnarea este nhbată, ar crstalzarea se realzează exclusv fe prn creşterea unor germen formaţ cândva într-o etapă anteroară, fe prn creşterea unor crstale preexstente (restte crstalne sau crstale asmlate dn rocle înconjurătoare). b. Dacă v C = 0, atunc v = v N. Aceasta însemnează că tot procesul de crstalzare constă întro dezvoltare explozvă a nucleelor, cu o vteză atât de mare, încât tot volumul să se ocupe numa cu germen crstaln, extrem de mc. c. Dacă v N = 0 ş v C = 0, atunc vteza de crstalzare devne nulă. a condţa de echlbru, vteza de crstalzare este într-adevăr nulă, dar nu despre această condţe este vorba, c

134 Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce despre acele condţ cu totul specale când lchdul metastabl nu ma poate crstalza dn cauza une frâne oarecare. Spunem, în acest caz, că procesul de crstalzare este nhbat. Dn motve practce, pentru exprmarea vtezelor v N ş v C nu se a în consderaţe varaţa mase în untatea de tmp. Este ma practc să se exprme v N ca fnd numărul de germen crstaln care apar într-un cm 3 tmp de o secundă: v N N =, cm 3 s unde N = numărul de germen. ot astfel, este ma practc să exprmăm vteza de creştere prn: v C l =, t unde l este deplasarea une feţe paralel cu ea însăş. Acest mod de defnre a vteze de creştere are avantajul că ne permte urmărrea vtezelor de creştere a crstalelor în orce drecţe, pe normalele la feţe, ceea ce este foarte mportant, având în vedere creşterea anzotropă a crstalelor. Creşterea dfertă în drecţ dferte este, de fapt, prncpala cauză a dverstăţ morfologce a crstalelor Factor de control a vteze de crstalzare Vteza de crstalzare a unu component (ndferent dacă este vorba de v N sau v C ) este controlată de do factor. Prmul îl consttue forţa motrcă a crstalzăr, F, ar vteza v ş F sunt în raport drect proporţonal. Cel de-al dolea factor joacă rol de frână a crstalzăr ş ţne de medul dn jurul germenulu sau al crstalulu. El constă în rezstenţa pe care o opune medul la dfuza partculelor dn lchd spre crstal. Macroscopc această rezstenţă este reflectată în mărmea pe care o numm vâscoztate a lchdulu magmatc. Cu cât vâscoztatea este ma mare, cu atât dfuza ş mplct, crstalzarea va f ma înceată. Dacă pe măsura abater de la condţa de echlbru are loc o creştere a vâscoztăţ, atunc în mod cert, vâscoztatea se va opune efectulu cnetc exerctat de forţa F asupra crstalzăr. Creşterea vâscoztăţ ca urmare a abater, poate f exprmată prn raportul υ/υ, unde υ este vâscoztatea lchdulu metastabl în condţa în care are loc crstalzarea, ar υ este vâscoztatea lchdulu stabl, la condţa de echlbru. Efectul combnat al factorlor F ş υ/υ asupra vteze de crstalzare duce la formula: F v = k o n ( υ / υ ), unde k este un coefcent numerc de converse a untăţlor de măsură, ar n = un număr raţonal cu valor n > 1, dependente de natura lchdulu.

135 3. Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce 135 Esenţală pentru înţelegerea crstalzăr este observaţa că, atât forţa motrcă a crstalzăr, cât ş factorul de frână, cresc smultan cu abaterea de la condţa de echlbru. Numa că F creşte conform ecuaţe une drepte, pe când factorul de frână creşte exponenţal (fg ). ν - ν F factorul cnetc vteza de crstalzare v max ICHID MEASABI SICĂ MEASABIĂ (abaterea de la echlbru) Fg Varaţa factorlor cnetc a crstalzăr cu abaterea de la condţa de echlbru în lchdele vâscoase. k max (abaterea de la echlbru) Fg Vteza de crstalzare funcţe de abaterea de la condţa de echlbru, în lchdele vâscoase. k v Consecnţa este că vteza de crstalzare creşte, la început, cu abaterea de la condţa de echlbru, până atnge un maxm (v max. ), apo scade ş tnde spre zero (fg ). Însă, teoretc, valoarea zero nu se poate atnge ncodată, pentru că forţa motrcă a crstalzăr este g.g prezentă ş mereu crescătoare. otuş, se poate vorb de o vteză de crstalzare practc 0, dacă procesul decurge extrem de lent. Condţa lmtă (k v ), la care factorul de frână aduce vteza de crstalzare foarte aproape de vteza zero, este consderată condţe de vtrfcare a lchdulu. Dncolo h max Stclă realzablă (stabl) de k v (la abater de la echlbru ma mar v c temperatura decât k v ), lchdul devne o fază stcloasă, Fg Condţle de adâncme care pot asgura suprarăcrea până la temperatur = care păstrează dezordnea moleculară V. [h max = adâncmea maxmă până la care se pot obţne stcle prn suprarăcre). propre lchdelor, dar în acelaş tmp se comportă ca o fază soldă. Dacă abaterea de la echlbru este asgurată de suprarăcr, atunc condţa k v este reprezentată prntr-o anumtă temperatură, v, respectv temperatura de vtrfcare. a aceste temperatur, vâscoztatea lchdelor slcatce este de crca pose ş, dec, dfuza este extrem de lentă. În condţa termcă cuprnsă între e ş v lchdul slcatc este metastabl, fnd numt în mod obşnut lchd suprarăct. Valorle v sunt funcţe de natura lchdelor; de exemplu, la P = 1 atm, adâncmea SICĂ NEREAIZABIĂ ICHID SUPRARĂCI presune

136 Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce pentru lchdul SO 2, temperatura e este de 1720 C, ar v 1350 C, ceea ce înseamnă că pentru obţnerea stcle de slce este necesară o suprarăcre mnmă de aproxmatv 400 de grade. Pentru Na 2 S 2 O 5, în aceleaş condţ barce, e 870 C, ar v 600 C ş, dec, vtrfcarea aceste substanţe presupune o suprarăcre de mnm 270 de grade. Probabl că majortatea lchdelor slcatce pot deven stcle la suprarăcr de ordnul a de grade. Astfel de suprarăcr nu pot f însă asgurate la orce adâncme. Pentru fecare tp de lchd magmatc exstă anumte adâncm dncolo de care vtrfcarea este mposblă. Dacă medul ambant nu asgură o temperatură ma mcă decât v, suprarăcrea nu poate atnge condţa vtrfcăr. Acest fapt este lustrat în fgura ocma de aceea, stclele naturale de natură magmatcă, apar cu precădere la suprafaţa planete, deoarece ac se realzează cele ma mar contraste termce între lchdul magmatc ş medul ambant. Dar char ş la adâncm h < h max, vtrfcarea poate f ocoltă, deoarece, pentru atngerea suprarăcr până la = v, este necesară o vteză de răcre foarte mare. Astfel de vteze de răcre presupun nu numa contraste termce mar, c ş suprafeţe specfce foarte mar. De aceea corpurle magmatce mc sau cele puternc aplatzate cu suprafeţe specfce mar, se pot vtrfca relatv uşor în condţ de mc adâncm, pe când corpurle de mar dmensun ma greu. P eoretc, nu numa suprarăcrle, dar ş depresurzărle pot genera faze P stcloase. Acest lucru este posbl la magmele saturate în apă, ale căror temperatur de echlbru scad vertgnos cu presunea. Depresurzarea zotermă P v determnă, în mod cert, o creştere a vâscoztăţ ca urmare a perder P 0 v volatlelor, ar creşterea maxm posblă ( ) v P 0 e este egală cu dferenţa dntre vâscoztatea Fg O condţe potetcă de vtrfcare a lchdulu lchdulu anhdru ş a celu hdratat. Unele magmatc saturat în apă, prn depresurzare zotermă. [P v = presunea de vtrfcare; P, = condţa nţală a lchdulu magme saturate în apă pot atnge magamtc; ( ) v P 0 = temperatura de vtrfcare la presunea temperatur de echlbru de crca 650 C la P 0 ; e = temperatura de echlbru la P 0 ; v = temperatura de vtrfcare la presun P > P.] presun de peste 10 kbar. Prn eşrea rapdă la suprafaţă, ma mult sau ma puţn zotermă ş prn perderea rapdă a ape, ele ajung la suprafaţă ca lchde suprarăcte anhdre, în raport cu temperatura e, specfcă presunlor mc. Presupunând că magma, în condţle de suprafaţă, are o temperatură v > 650 C, atunc depresurzarea rapdă a acestea ar putea genera faze stcloase, dacă presunea scade sub o anumtă lmtă (fg ). Această lmtă ar putea f numtă presune de vtrfcare. Crstalzarea lchdelor magmatce în condţ zoterme ş zobare,

137 3. Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce 137 cauzate exclusv sau precumpăntor de creşterea suprasaturaţe componenţlor, este un fenomen mult ma rar decât cel provocat de suprarăcr ş char decât cel provocat de depresurzăr. Însă, în eventualtatea că acest fenomen are totuş loc, trebue remarcat că forţa motrcă a crstalzăr rămâne practc, uncul factor care reglează vteza de crstalzare, deoarece vâscoztatea nu este sensbl nfluenţată de gradul de suprasaturaţe al componenţlor. Vteza de crstalzare, în acest caz, va creşte în contnuu cu gradul de suprasaturaţe, fără să ntervnă un factor de frână Varaţa vteze de crstalzare în tmp Dn ma multe cauze, vteza de crstalzare a unu component mneral poate să vareze în tmp. O vteză de crstalzare constantă (dv/dt = 0) este doar un caz lmtă ce s-ar putea obţne doar la crstalzarea lchdelor monocomponente, la o temperatură fxă, o presune fxă ş o concentraţe fxă. Char la lchdele monocomponente, varaţa contnuă a condţe fzce determnă în mod corespunzător o varaţe a vteze de crstalzare. Pentru lchdele polcomponente, varaţa în tmp a vteze de crstalzare a unu component este o regulă generală. Motvul este că, dn momentul declanşăr crstalzăr unu component dntr-o soluţe suprasaturată, concentraţa acelu component în soluţa lchdă se mcşorează ceea ce tnde să aprope sstemul de starea de echlbru, la care vteza de crstalzare să fe zero. Să luăm ca exemplu cazul crstalzăr componentulu B dntr-un lchd bcomponent, cu 1 v X 1 ( = ( = ( = e X 1 2 e ) X 2 3 e ) X 3 1 ) v v 1 2 v 1 X X E X 3 X 2 (a) X 1 3 E B v 2 X 2 X (b) 1 v 2 t 0 ( 1 ) t 2 ( 2 ) t 1 ( 1 ) (c) t 3 ( 2 ) tmp Fg Varaţa în tmp a vteze de crstalzare a componentulu B dntr-un lchd bcomponent, cu componenţ mscbl în stare soldă, admţându-se două trepte de suprarăcre zobară. (c) Evoluţa zobară X a lchdulu, în decursul crstalzăr componentulu B. (d) Vteza de crstalzare funcţe de gradul de suprarăcre, la două concentraţ de echlbru: X 1 (pentru temperatura de echlbru 1 ) ş X 2 (pentru temperatura de echlbru 2 ). (e) Vteza de crstalzare funcţe de tmp, în poteza că sstemul rămâne pe treapta termcă de suprarăcre până la restablrea totală a concentraţe de echlbru.

138 Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce componenţ mscbl în stare soldă, ca urmare a scăder zobare a temperatur. În fgura 3.47.a. este reprezentată condţa cnetcă a crstalzăr componentulu B dn lchdul bcomponent. Prn 1 este redată condţa de echlbru dntre B s ş lchd la o concentraţe a componentulu B egală cu X 1. Prn 2 este reprezentată condţa termcă a lchdulu suprarăct (metastabl), la care se declanşază crstalzarea componentulu B, cu vteza nţală v 1 (fg b.). Crstalzarea componentulu B la 2, deplasează concentraţa acestua de la X 1 la X 2. Dar la 2 ş X 2 este o altă condţe de echlbru, unde vteza de crstalzare a lu B devne nulă. De aceea, pe tot parcursul crstalzăr zoterme la = 2, vteza de crstalzare se modfcă, trecând de la v = v 1 la v = 0. Pentru a f posblă crstalzarea în contnuare la X B = X 2, este necesară o nouă treaptă de suprarăcre, prn trecerea rapdă de la 2 la 3. Crstalzarea componentulu B dn lchdul cu concentraţa X 2, la temperatura 3, împnge dn nou sstemul spre o nouă concentraţe de echlbru, respectv X 3, ş dn nou se va anula vteza de creştere. De aceea, pentru contnuarea crstalzăr, sunt necesare no trepte de suprarăcre până la crstalzarea componentulu dn lchd. Evdent, pentru anularea vteze de crstalzare la o anumtă treaptă de suprarăcre, este necesar ca sstemul să rămână în condţa termcă a trepte un tmp sufcent de îndelungat. Astfel, vteza de crstalzare, deş tnde să se mcşoreze, nu ajunge încă la valoarea zero înante de a se trece la o nouă treaptă de suprarăcre. Imagnea generală a une dagrame vteză tmp rămâne smlară cu cea dn fgura 3.47.c. Pe o astfel de dagramă pot exsta două categor de pante: a. pante negatve, corespunzătoare dmnuăr vtezelor în tmp (dv/dt < 0), care corespund mcşorăr zoterme a concentraţlor; b. pante poztve (dv/dt > 0), care corespund salturlor bruşte de temperatură, respectv abaterlor bruşte de la condţle de echlbru. Ampltudnea varaţlor de vteză în tmp, respectv dferenţa maxmă, v max = v max - v mn de pe dagrama vteză tmp, este dată de ampltudnea varaţlor de la condţa de echlbru. De aceea, funcţe de vteza de varaţe a condţlor fzce ş de ampltudnea acestora, vteza de crstalzare a unu anumt component în lchdul magmatc poate să se modfce în tmp, ma mult sau ma puţn volent.

139 3. Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce Perturbarea cnetca a ordn de crstalzare a componenţlor Să presupunem că, la presunea P I, ordnea de crstalzare a două mnerale A s, B s dntr-un lchd magmatc polcomponent este cea redată n fgura Prn 1 ş 2 sunt redate temperaturle maxme de echlbru A s ş + A s + B s + A s B s. Să presupunem că sstemul trece P brusc de la temperatura nţală 0 (unde nu pot exsta faze solde), la temperatura 3 unde pot exsta, în echlbru cu faza lchdă, cele două mnerale. Prn trecerea bruscă de 3 2 temperatura 1 0 la 0 la 3, se obţne un sstem monofazc Fg Succesunea de echlbru a alcătut dntr-un lchd suprarăct, crstalzăr în condţ zobare a mneralelor A s, B s dntr-o magmă polcomponentă. metastabl. Dn acest lchd metastabl, ambele mnerale pot să crstalzeze, însă ordnea de crstalzare a acestora nu ma este condţonată de succesunea echlbrelor termce, c este controlată doar de vtezele relatve de nucleere ale celor două mnerale, în condţa termcă 3. Posbltăţle teoretce sunt următoarele: a. vteza de nucleere a mneralelor A ş B creşte contnuu cu gradul de suprarăcre, faţă de temperaturle 1 ş 2 (fg a.). În acest caz ambele mnerale vor crstalza smultan, dar presunea v N v N (v N ) A A (v N ) B B (v N ) A (v N ) B B A (a) (b) Fg Vteza de nucleere a mneralelor A ş B dntr-un lchd mxt funcţe de gradul de suprarăcre, faţă de temperaturle de echlbru. [ 1. 2 temperaturle de echlbru a componenţlor A ş B la presunea P = P 1 (vez fg. 3.48)] (a) Nucleere crescătoare contnuu cu gradul de suprarăcre (nucleere nenhbată); (b) Nucleere a mneralulu A pe suportul mneral al lu B. cu vteze de nucleere dferte, respectv (v N ) A ş (v N ) B. b. mneralul A, deş este de temperatură ma înaltă, nu poate, totuş, să crstalzeze până la temperatura 2, datortă dfcultăţlor de germnare. De exemplu, este posbl ca mneralul A

140 Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce să abă o structură retculară ma complexă, care nu poate f formată prntr-o fluctuaţe spontană. Însă el va putea să nucleeze dacă va folos ca suport crstalele deja formate ale mneralulu B. În acest caz, vteza de nucleere a mneralulu A este 0 pe tot ntervalul termc cuprns între 1 ş 2 ş capătă valor fnte doar la temperatur < 2 (fg b.). De aceea, or de câte or se realzează astfel de cazur, ordnea de crstalzare este nversată. Inversa ordn de crstalzare determnată de răcr rapde ş de mare ampltudne, dar ma ales cele generate de depresurzărle rapde de mare ampltudne, sunt, probabl, destul de frecvente în natură. După cum vom vedea în contnuare, ele consttue cea ma probablă cauză a structurlor orbculare Reflectarea vteze de crstalzare în structurle petrografce Vteza de crstalzare este cel ma mportant factor care reglează structura roclor magmatce. Înante, însă, de a aborda acest aspect, este necesar să notăm că într-o rocă magmatcă neafectată de reacţ mnerale subsoldus, pot exsta tre categor genetce de crstale: relcte (a) (b) (c) (d) (e) Fg pur de forme determnate de vteza de creştere: (a) formă crstalografcă determnată de o creştere euhedrală; (b) formă oarecare (xenomorfă), determnată de o creştere anhedrală; (c), (d), (e) - forme scheletce, determnate de vteze de creştere accentuat anzotrope. premagmatce (ca de exemplu restte anatectce), crstale străne (xenocrstale) ajunse în magmă prn contamnare ş, în sfârşt, crstale ortomagmatce (neoformate) rezultate drect dn lchdul magmatc. Resttele anatectce, de obce, devn cel ma adesea nuclee de creştere ş, astfel, ele se învălue, în decursul crstalzăr cu un strat de supracreştere. Xenocrstalele pot f ş ele foloste ca

141 3. Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce 141 suport pentru supracreşter, dar, de multe or, ele se dzolvă în magmă ş dspar. Indscutabl că masa soldă a majortăţ roclor magmatce este domnată de crstalele ortomagmatce ş, dec, ele sunt acelea care mprmă nota domnantă a structur petrografce. În cele ce urmează, se va face abstracţe de restte ş xenolte. Astfel, se admte, ca o prmă premsă, că toate crstalele pe care le observăm într-un eşanton provn dn fluctuaţ supracrtce. Conform aceste premse, numărul crstalelor dn untatea de volum a une roc este egal cu numărul nucleelor. A doua premsă este că formele crstalelor dntr-o rocă magmatcă sunt date exclusv de vteza de crstalzare ş nu de alte cauze, cum ar f deformarea prn frecare, reacţa chmcă dntre crstal ş medu etc. Conform cele de-a doua premse, o vteză de creştere egală pe drecţ crstalografce echvalente (o creştere euhedrală) conduce la o dezvoltare poledrcă a crstalelor. Dmpotrvă, dacă această cernţă nu se realzează (creştere anhedrală), crstalele au forme oarecare (anhedrale) ş char formă de tp scheletc (fg ). În baza celor două premse se poate face afrmaţa că dverstatea structurlor petrografce, observate la rocle magmatce, este urmarea dfertelor valor sau dfertelor raportur pe care le au cele două componente ale vteze de crstalzare (v N ş v C ). Dăm ma jos câteva exemple: Structura stcloasă (holovtroasă) este expresa nhbăr totale a crstalzăr, de cele ma multe or ca urmare a suprarăcr foarte rapde a lchdelor magmatce. În acest caz, v N = v C = 0. Structura echgranulară este urmarea une vteze de creştere egală pentru toate crstalele: v = v =... = v ş v N > 0, 1 C 2 C unde n = numărul crstalelor. Dferenţele structurale determnate de dmensunle absolute, exprmate prn termen ca mcrogranular, macrogranular etc., se datoresc dfertelor vteze de nucleere. Dmensunea absolută a granulelor echdmensonale ş vteza de nucleere sunt în raport nvers proporţonal. Structura porfrcă alcătută exclusv dn crstale omoloage (aparţn aceluaş mneral), n C v N t 1 t 2 t 1 t 2 t t 1 t 2 t f tmpul (a) (b) Fg Explcaţa structur porfrce de ordnul I. (a) Varaţa vteze v N în tmp: t 1 = ntervalul de creştere a fenocrstalelor; t 2 = ntervalul de creştere a crstalulu dn masa fundamentală. (b) Schţa structur porfrce de ordnul I.

142 Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce se datoreşte une modfcăr rapde (prn salt) a vteze v N, de la vteze relatv mc, la vteze relatv mar (fg ). Ordnul structur porfrce corespunde numărulu de saltur al vteze v N (fg ) t 2 v N t 1 t 3 t 1 t 2 t 3 t (a) t f tmpul (b) Fg Explcaţa structur porfrce de ordnul II. (a) Varaţa vteze v N în tmp. (b) Schţa structur porfrce de ordnul II. stclă t 2 t 1 v N t 1 t 1 t 1 t 2 t 0 t (a) t f tmpul (b) Structura vtrofrcă este un caz partcular al structur porfrce (masa fundamentală a roc este stcla) ş ea se datoreşte une varaţ prn salt a vteze de nucleere de la valor v N > 0 la valor v N = 0 (fg ). Fg Explcaţa structur vtrofrce.. (a) Modul cel ma propru de evoluţe a vtezelor de nucleere pentru aparţa structur vtrofrce. (b) Schţa structur vtrofrce. Structura pokltcă presupune exstenţa a cel puţn două mnerale, unul jucând rol de gazdă (hadasomă), ar celălalt rol de ncluzune (fg.3.54.). Crstalzarea, ma întâ a ncluzunlor, apo a hadasome este o cauză posblă a une structur pokltce. Dar, în numeroase cazur, au cauze cnetce. Ele se pot forma char ş în stuaţa crstalzăr smultane a gazde ş a ncluzunlor, dacă se respectă două condţ cnetce: (v N ) ncluzune > (v N ) gazdă (v C ) ncluzune < (v C ) gazdă

143 3. Procese magmatce Crstalzarea lchdelor magmatce 143 Dacă raporturle de vteză necesare pentru edfcarea une structur pokltce se nversează în tmp, atunc mneralul gazdă devne ncluzune ş nvers. Astfel de nversun repetate pot genera v C t 0 (a) tmpul (b) Fg Explcaţa structur pokltce. (a) Raportul de vteze cel ma adecvat pentru formarea structur pokltce. (b) Schţa structur pokltce. structur smplecttce, numte în general concreşter. Zonaltatea crstalelor mxte, aşa cum este semnalată la numeroase crstale de plagoclaz ş proxen, se datoreşte în cea ma mare parte une creşter de vteză relatv mar. O creştere foarte lentă generează crstale mxte omogene, nu numa pentru feldspaţ plagoclaz ş proxen, c ş pentru orce alt mneral cu mscbltate totală a componenţlor în stare soldă, char dacă, în decursul crstalzăr, chmsmul global al crstalulu s-a schmbat foarte mult. Adaptarea contnuă a chmsmulu global al crstalulu la condţa fzcă este facltată de dfuza componenţlor în crstal. De aceea, aparţa sau nu a zonaltăţ este condţonată de raportul care se stableşte între vteza de dfuze, v D, a componenţlor în stare soldă ş de vteza de creştere a crstalulu, prn adausul de componenţ. Zonaltatea apare doar în cazul când v C este mult ma mare decât v D. Structura orbculară, întâlntă la unele roc magmatce, presupune exstenţa a cel puţn două mnerale A ş B, care sunt dspuse în cel puţn tre zone concentrce, cu succesunea A B A sau B A B. În nterorul une zone, crstalele A, respectv B, pot avea o dspozţe radară sau oarecare (fg ). Crstalzarea magmatcă ar putea B A ± B Fg Schţa une structur orbculare. [A = mneral felsc (feldspat plagoclaz); B = mneral mafc (amfbol)] A