Поліморфні перетворення породоутворюючих мінералів у мантії
Відомості про поліморфні перетворення потрібні для розуміння процесів, що відбуваються у глибинах Землі. Ріст температури і тиску призводить до поліморфних перетворень, а поліморфні перетворення у свою чергк до зміни фізичних властивостей речовини – це відбивається на швидкості проходження сейсмічних хвиль.
В мантії Землі спостерігаються два стрибки швидкостей сейсмічних хвиль на глибинах 400 і 670 км. Це пов’язано із поліморфними перетвореннями головних мантійних мінералів – магнезіального олівіну та, піроксену і гранату.
До 400 км мантійна порода – піроліт – складається із наступних мінералів:
| Мінерали | ваг. % |
| олівін (Mg, Fe)2[SiO4] | |
| ортопіроксен (Mg, Fe)2[Si2O6] | |
| клінопіроксен(омфацит) (Mg, Fe, Na, Al)2[Si2O6] | |
| піроп (Mg, Fe, Ca)3(Al, Cr)2[SiO4]3 |
В цих мінералах кремній знаходиться в четверній координації, а метали – в шестерній або більш високій. Як видно із діаграми стадільності системи Mg2[SiO4]– Fe2[SiO4] (рис. ), при тисках 133 кбар (400 км) відбувається перехід в b-фазу (рінгвудит) а потім – у g-фазу. Обидві фази мають структуру типу шпінелі. При такій трансформації відбувається зміна гексагонального типу упаковки атомів кисню на кубічну. Густина мінералу при цьому зростає на ~11%, в порівнянні із олівіном. Поле стабільності рінгвудиту розширюється із ростом температури.
В мантії піроксени утворюють із гранатами тверді розчини. При підвищенні температури спостерігається наступний ланцюжок фазових перетворень:
Mg2[Si2O6] 170-180 кбар b-SiMg2O4+SiO2 (стішовіт) ~200 кбар g-SiMg2O4+ SiO2(стішовіт)
~220 кбар 2MgSiO3 (структура ільменіту) ~250 кбар 2MgSiO3 (структура перовськіту)
Рис.
| |||||||||||||
|
Рис. Зміна розміру оксигену та силіцію в мінералах залежно від тиску та зміна координації силіцію
| 
|
| Рис. Тонкозернистий полікристалічний агрегат кварцу, що утворився шляхом поліморфного перетворення коеситу (в центрі, здвійникований) при переміщенні високобаричних метаморфічних порід еклогітів із глибини ~100 км до поверхні. Темні зерна в оточенні – піроксен омфацит. В оточенні іTwinned coesite grain at extinction in crossed polars with polycrystalline quartz rim. http://ruby.colorado.edu/~smyth/Research/Images/SRV-1/SRV-1.html | Рис. Паралельні зростки піроксенів та гранату, що утворилися в результаті розпаду маджориту (Са,Mg,Fe)3(Al,Si)2(SiO4)3. Зерна маджориту початково кристалізувалися в перехідній зоні між верхньою та нижньою мантією на глибині ~ 500 км. Розпад відбувся при піднятті мінералу на рівень літосфери. |
Дата добавления: 2015-05-21; просмотров: 1068;