Fractional crystallization (geology)

Введение

Процесс образования камней Фракционная кристаллизация или фракционирование кристаллов - один из наиболее важных геохимических и физических процессов, действующих в пределах коры и мантии каменистого планетарного тела, такого как Земля. Он важен в образовании магматических пород, потому что является одним из основных процессов магматической дифференциации. Фракционная кристаллизация также важна при образовании осадочных испаристых пород или просто фракционная кристаллизация - это удаление ранних сформированных кристаллов из оригинальной однородной магмы, чтобы кристаллы не реагировали с остаточным расплавом.

Магнитные породы

Фракционное кристаллизация - это удаление и сегрегация из расплава минеральных осадков; за исключением особых случаев, удаление кристаллов изменяет состав магмы. По сути, фракционная кристаллизация - это удаление ранних сформированных кристаллов из первоначально однородной магмы (например, путем осаждения под действием гравитации), чтобы предотвратить дальнейшую реакцию этих кристаллов с остаточным расплавом. Состав оставшейся расплавленной части становится относительно истощенным в некоторых компонентах и обогащенным в других, в результате чего выпадает последовательность различных минералов. Фракционная кристаллизация в силикатных плавлениях (магмах) сложна по сравнению с кристаллизацией в химических системах при постоянном давлении и составе, потому что изменения давления и состава могут иметь значительное влияние на эволюцию магмы. Среди изменений, которые необходимо учитывать, - добавление и потеря воды, углекислого газа и кислорода. Например, частичное давление (утечка) воды в силикатных плавлениях может иметь первостепенное значение, как в почти солидном кристаллизации магмы гранитного состава. Последовательность кристаллизации оксидных минералов, таких как магнетит и ульвоспинел, чувствительна к кислородной фугативности расплавов, и разделение оксидных фаз может быть важным контролем концентрации кремния в развивающейся магме и может быть важным в генезе андезита. Эксперименты дали много примеров сложности, которая контролирует, какой минерал кристаллизуется первым, когда расплав охлаждается после жидкости. Один из примеров касается кристаллизации расплавов, которые образуют мафические и ультрамафические породы. Концентрации MgO и SiO2 в расплавах являются одними из переменных, которые определяют, осаждается ли форстерит оливин или энстатит пироксин, но также важны содержание воды и давление. В некоторых композициях при высоком давлении без воды предпочтительно кристаллизация энстатита, но при наличии воды при высоком давлении предпочтительно оливин. Гранитные магмы дают дополнительные примеры того, как плавления, имеющие в целом схожий состав и температуру, но при разных давлениях, могут кристаллизовать различные минералы. Давление определяет максимальное содержание воды в магме гранитного состава. Высокотемпературная фракционная кристаллизация относительно бедной водой гранитной магмы может производить один щелочный фельдспартный гранит, а кристаллизация при более низкой температуре относительно богатой водой магмы может производить два фельдспарта. В процессе фракционной кристаллизации расплавленные металлы обогащаются несовместимыми элементами. Следовательно, знание последовательности кристаллизации имеет решающее значение для понимания того, как эволюционируют расплавленные композиции. Текстуры скал дают представление, как было задокументировано в начале 1900-х годов серией реакций Боуэна. Экспериментально определенные фазовые диаграммы для простых смесей дают представление об общих принципах. Численные вычисления с помощью специального программного обеспечения стали все более способными точно имитировать природные процессы.

Fractional crystallization is the removal and segregation from a melt of mineral precipitates; except in special cases, removal of the crystals changes the composition of the magma. In essence, fractional crystallization is the removal of early formed crystals from an originally homogeneous magma (for example, by gravity settling) so that these crystals are prevented from further reaction with the residual melt. The composition of the remaining melt becomes relatively depleted in some components and enriched in others, resulting in the precipitation of a sequence of different minerals. Fractional crystallization in silicate melts (magmas) is complex compared to crystallization in chemical systems at constant pressure and composition, because changes in pressure and composition can have dramatic effects on magma evolution. Addition and loss of water, carbon dioxide, and oxygen are among the compositional changes that must be considered. For example, the partial pressure (fugacity) of water in silicate melts can be of prime importance, as in near solidus crystallization of magmas of granite composition. The crystallization sequence of oxide minerals such as magnetite and ulvospinel is sensitive to the oxygen fugacity of melts, and separation of the oxide phases can be an important control of silica concentration in the evolving magma, and may be important in andesite genesis. Experiments have provided many examples of the complexities that control which mineral is crystallized first as the melt cools down past the liquidus. One example concerns crystallization of melts that form mafic and ultramafic rocks. MgO and SiO2 concentrations in melts are among the variables that determine whether forsterite olivine or enstatite pyroxene is precipitated, but the water content and pressure are also important. In some compositions, at high pressures without water crystallization of enstatite is favored, but in the presence of water at high pressures, olivine is favored. Granitic magmas provide additional examples of how melts of generally similar composition and temperature, but at different pressure, may crystallize different minerals. Pressure determines the maximum water content of a magma of granite composition. High temperature fractional crystallization of relatively water poor granite magmas may produce single alkali feldspar granite, and lower temperature crystallization of relatively water rich magma may produce two feldspar granite. During the process of fractional crystallization, melts become enriched in incompatible elements. Hence, knowledge of the crystallization sequence is critical in understanding how melt compositions evolve. Textures of rocks provide insights, as documented in the early 1900s by Bowen's reaction series. Experimentally determined phase diagrams for simple mixtures provide insights into general principles. Numerical calculations with special software have become increasingly able to simulate natural processes accurately.

Осадочные породы

Фракционная кристаллизация важна при образовании осадочных испаристых пород.