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Chapitre 4: diagrammes de phase binaires. Systèmes avec solution solide: Ab-An Systèmes eutectiques: Di-An.

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1 Chapitre 4: diagrammes de phase binaires

2 Systèmes avec solution solide: Ab-An Systèmes eutectiques: Di-An

3 1. Plagioclase (Ab-An, NaAlSi 3 O 8 - CaAl 2 Si 2 O 8 ) Solution Solide Complète Fig Isobaric T-X phase diagram at atmospheric pressure. After Bowen (1913) Amer. J. Sci., 35, Daprès cours en ligne de Winter

4 a = An 60 = 60 g An + 40 g Ab X An = 60/(60+40) = 0.60 Daprès cours en ligne de Winter

5 F = 2-1+1= variables intensives indépendentes doivent être spécifiées pour déterminer complètement le système = situation divariante 2. On peut faire varier 2 variables intensives independamment sans changer, le nombres de phases Variables intensives peuvent être P, T, X, masse volumique, G-V-S molaire etc. Du point de vue géologique, les variables les plus intéressantes sont T et X (P constante) Daprès cours en ligne de Winter

6 Refroidissement à1475 o C (point b). Daprès cours en ligne de Winter

7 Refroidissement à1475 o C (point b). Daprès cours en ligne de Winter

8 et dépendent deT X An liq X An plag F = = 1 (univariant) Une seule variable doit être spécifiée: T X An liq X Ab liq X An plag X Ab plag (P cte) Daprès cours en ligne de Winter

9 A 1450 o C, liquide d et plagioclase f coexistent à léquilibre Réaction continue du type: liquid B + solid C = liquid D + solid F Daprès cours en ligne de Winter

10 f d e deef Principe du levier: Quantité de liquide Quantité de solide de ef = d = composition du liquide, f = composition du solide e = bulk composition liquidus solidus Daprès cours en ligne de Winter

11 Lorque X plag h, X plag = X bulk la quantité de liquide 0 Donc g est la composition du dernier liquide à cristalliser à 1340 o C pour X bulk = 0.60 Daprès cours en ligne de Winter

12 Le dernier plagioclase est i quand = 0.60 = 1 et F = = 2 X An plag Daprès cours en ligne de Winter

13 Note : o Le liquide cristallise sur un interval T de 135 o C * o La composition du liquide change de b à g o La composition du solide change de c à h * La temperature et linterval dépendent de la composition globale (An/Ab) plag > (An/Ab) liq Daprès cours en ligne de Winter

14 Fusion à léquilibre l On chauffe An 60 et le premier liquide est g à An 20 et 1340 o C l On continue de chauffer: liquide et plagioclase changent de X l Dernier plagioclase à fondre est c (An 87 ) à 1475 o C Daprès cours en ligne de Winter

15 Figure 3-5. a. Compositionally zoned hornblende phenocryst with pronounced color variation visible in plane-polarized light. Field width 1 mm. b. Zoned plagioclase twinned on the carlsbad law. Andesite, Crater Lake, OR. Field width 0.3 mm. © John Winter and Prentice Hall. Daprès cours en ligne de Winter

16 Cristallisation à léquilibre : Avec une diminution de la température la composition du liquide et des minéraux devient plus albitiques Composition finale du solide = Composition initiale du liquide Plagioclase (An/Ab) plag > (An/Ab) liq Minéraux ferro-magnésiens Mg/(Mg+Fe) sol > Mg/(Mg+Fe) liq Diffusion (Na + Si 4+ Ca 2+ Al 3+ ) très lente (liaisons fortes) : plagios zonés Diffusion (MgFe) plus rapide

17 Fo - Fa (Mg 2 SiO 4 - Fe 2 SiO 4 ) Fig Isobaric T-X phase diagram at atmospheric pressure After Bowen and Shairer (1932), Amer. J. Sci. 5th Ser., 24, Mg/(Mg+Fe) solide > Mg/(Mg+Fe) liquide Daprès cours en ligne de Winter

18 Cristallisation fractionée: Soustraction des cristaux lors de leur formation: pas de reaction continues avec le liquide Pout toutes T: X bulk = X liq Le liquide senrichit en composants non réfractaires (liquide évolué) La température du liquide descend en dessous de la température du solidus à léquilibre Daprès cours en ligne de Winter

19 Fusion partielle: Les premiers liquides sont soustraits lors de leur formation X bulk = 0.60; premier liquide = g Le liquide et le solide senrichissent en composants anorthitiques Daprès cours en ligne de Winter

20 Plagioclase Liquid plus Plagioclase Différence entre les deux types de champs Bleu clair : une phase Tout point représente une composition de phase vraie Bleu foncé: deux phases Tout point correspond à deux phases à linterface avec les champs bleus et connecté par une droite horizontale Daprès cours en ligne de Winter

21 Augmentation de la pression anhydre augmente la température du solidus Augmentation de la pression en présence deau abaisse le solidus Augmentation de la pression en présence deau abaisse le solidus Figure 5-4. Relationship between Gibbs free energy and pressure for the solid and liquid forms of a substance at constant temperature. P eq is the equilibrium pressure. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. dG = VdP - SdT à T constante: dG/dP = V Daprès cours en ligne de Winter

22 Systèmes avec solution solide: Ab-An Systèmes eutectiques: Di-An

23 Example: Diopside (CaMgSi 2 O 6 ) – Anorthite (CaAlSi 2 O 8 ) Sans solution solide Fig Isobaric T-X phase diagram at atmospheric pressure. After Bowen (1915), Amer. J. Sci. 40, Daprès cours en ligne de Winter

24 Composition a: An 70 F = = 2 Cristallisation à léquilibre Daprès cours en ligne de Winter

25 1455 o C (point b) F = = 1 Daprès cours en ligne de Winter

26 Refroidissement continu: X liq descend le long du liquidus Reaction continuoue: liq A anorthite + liq B Daprès cours en ligne de Winter

27 1274 o C = 3 so F = = 0 invariant (P) T, composition de toutes les phases sont fixes Réaction discontinuoue jusquà épuisement dune phase. Daprès cours en ligne de Winter

28 A gauche de leutectique: situation similaire Daprès cours en ligne de Winter

29 Cristallisation sur un interval T de~280 o C -Une séquence de mineraux cristallise sur cet interval Les minéraux qui cristallisent dependent de T - La séquence change avec la composition Daprès cours en ligne de Winter

30 Stillwater complex, Montana. Field Daprès cours en ligne de Winter

31 Texture Ophitique Dike de diabase Daprès cours en ligne de Winter

32 Le dernier liquide qui cristallise dans un sytème binaire eutectique est de composition eutectique La Fusion à léquilibre est lopposé de la cristallisation à lequilibre Les premiers liquides sont de composition eutectique Daprès cours en ligne de Winter

33 Cristallisation fractionée: Fig Isobaric T-X phase diagram at atmospheric pressure. After Bowen (1915), Amer. J. Sci. 40, La fractionation dune phase ninfluence pas la cristallisation La roche finale aura la composition eutectique et non pas la composition du liquide initial Daprès cours en ligne de Winter

34 Fusion partielle: Après consomation dune phase à leutectique, le solide est soit Di pur ou An pur Fusion interompue jusquà ce que T liq de Di ou de An est atteinte Daprès cours en ligne de Winter

35 Le mélange de deux composants provoque une dépression du liquidus Tous les système atteignent le point eutectique Pas de réaction entre liquide et solide: cristallisation fractionée = cristallisation à léquilibre Tous les mélanges An + Di fondent à la même T (1274°) Fusion fractionée: saut de température du liquidus. Pas de liquide de composition intermédiaire

36 Figure T-X phase diagram of the system albite-orthoclase at 0.2 GPa H 2 O pressure. After Bowen and Tuttle (1950). J. Geology. Daprès cours en ligne de Winter

37 Composition a F Premier solide à b: 1090 o C F Dernier liquide à e: 1000 o C s Le point eutectique nest pas atteint F Solide final = d F 780°C: Intersection du solvus exsolution (perthite)

38 Daprès cours en ligne de Winter Composition i F Premier solide à j: 1020 o C F Dernier liquide à k: 970 o C s Le point eutectique nest pas atteint F Solide finale = X i F Intersection du solvus exsolution (antiperthite) Cristallisation Fractionée-> liquide approche leutectique

39 Figure The Albite-K-feldspar system at various H 2 O pressures. (a) and (b) after Bowen and Tuttle (1950), J. Geol, (c) after Morse (1970) J. Petrol. Système hypersolvusSystème subsolvus

40 Perthite: Composition a: exsolution de lamelles de feldaspaths riche en Na dans un feldspath riche en K Antiperthite: Composition i: exsolution de lamelles de feldaspaths riche en K dans un feldspath riche en Na


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