diagramas de fase - ternários

PetrologiaPetrologiaPetrologiaPetrologiaÍÍÍgneaÍgneaÍgneaÍgnea

DIAGRAMAS DIAGRAMAS TERNÁRIOSTERNÁRIOS(C=3)(C=3)

CONSTRUINDO UM DIAGRAMA TERNÁRIOCONSTRUINDO UM DIAGRAMA TERNÁRIO 3 SISTEMA BINÁRIOS EM UM SÓ DIAGRAMA;

2 FORMAS DE REPRESENTAÇÃO: A) EM PERSPECTIVA – 3D; B) PROJEÇÃO EM DIAGRAMA TRIANGULAR – 1D

EM PERSPECTIVA - 3D DIAGRAMA TRIANGULAR -1DEx: sistemas binários com

Superfície do líquidus

Isotermasbinários com eutético

líquidus

Isotermas

Linha cotética

M

Isotermas

MLinha cotética

MEutético t á iternário

Temperatura decresce em Temperatura decresce em direção ao centro do diagramadireção ao centro do diagrama

SISTEMASSISTEMASSISTEMAS SISTEMAS ÀÀRELEVANTES À RELEVANTES À

CRISTALIZAÇÃOCRISTALIZAÇÃOCRISTALIZAÇÃO CRISTALIZAÇÃO DOS BASALTOSDOS BASALTOSDOS BASALTOSDOS BASALTOS

Sistema Diopsidio-Anortita-Forsterita(Eutético Ternário)(Eutético Ternário)

AnorthiteAnorthiteTrês Eutéticos BináriosSem Solução SólidaSe So ução Só daEutético Ternário = M

TT

MM

TT

ForsteriteForsteriteDiopsideDiopside

Projeção T‐X do Sistema i ‐ An ‐ FoDiagrama Isobárico (P cte) ilustrandog ( )a temperaturatura do liquidus nosistema Di-An-Fo em pressãoatmosférica (0 1 MPa) modificado de

CaAl2Si2O8

atmosférica (0.1 MPa) modificado deBowen (1915), A. J. Sci., & Morse(1994), Basalts and Phase Diagrams..

Ca (Fe,Mg) Si2O6 Mg2SiO4g2 4

Resfriamento de um líquido de composição a (2000oC)

CaAl2Si2O8composição a (2000 C)

2000oC = ?

1700oC

Intercepta a superfície do liquidus

O que acontece ??

Ca (Fe,Mg) Si2O6 Mg2SiO4

Liquid aA

An + LiqDi + Liq

Di + An

An

CaAl2Si2O8

Forma Forsterita pura como em um sistema

binário

Mg 2

SiO

4

Ca (Fe,Mg) Si2O6

M

Continuação do resfriamento;Fo cristaliza e o líquido se empobrece no q pcomponente Fo;Xliq se afasta diretamente do vértice Fo; Linha do líquido é a -> bLinha do líquido é a > b

Ao longo desta linha o líquido sai de 1700oC até cerca de 1350oC com uma reação contínua :

LiqA -> LiqB + FoqA qB

Proporção relativa de líquido e Foo CaAl2Si2O8Em 1500oC

Liquido é Fo-a Solido Fo é a-x

CaAl2Si2O8

Solido Fo é a-x

Ca (Fe,Mg) Si2O6 Mg2SiO4

O que acontece em 1350oC ?Diopsidio Puro se junta a

CaAl2Si2O8

p jolivine + liquid A composição do líquido segue a linha cotetica > Mlinha cotetica -> M

i 2O6

Fe,M

g) S

iC

a (F

Mg2SiO4

Qual é a razão Diopsidio / Forsterita?

12741274 M12741274 M

b

13921392Fo + Liq

13921392

DiopsidioDiopsidio cc 13871387

Em1300Em1300ooC C liquidoliquido = = XX

Plano triangular X Plano triangular X -- Di Di –– FoFo

Liq xLiq x

aaDiDiDiDi

FoFomm

Liq/solido total= a-m/Liq-a/ /Di/Fo total= m-Fo/Di-m

EmEm 12701270ooC C atingeatinge M M –– ternárioternário EutéticoEutéticoanortitaanortita se junta se junta aoao liquid + liquid + forsteriteforsterite + + diopsidediopside

CaAl2Si2O8

diopsidediopside

Fica em 270oC até consumir todo líquido

AbaixoAbaixo de de 12701270ooCC temtem--se o se o sólidosólido FoFo + Di + An+ Di + An

i 2O6

Fe,M

g) S

iC

a (F

Mg2SiO4

Sistema Ternário com 1 Solução SólidaSistema Diopsidio-Albita-Anortita

Sistema Ternário com 1 Solução Sólida

Sistema Diopsidio-Albita-AnortitaDiagrama isobárico (0.1 Mpa) ilustrando astemperaturas do liquidus no sistema diopsidio-albita-anortita (Morse 1994).

O líquido cotético diminui continuamente a partir do Di - An (1274oC) até Di - Ab (1133oC)

Di - An EutéticoDi - Ab EutéticoAb – An Solução Sólida

Liquid aA

An + LiqDi + Liq

Di + An

An

Projeção Politermal Isobárica

Diagrama T - X

Contorno isotermal somente no Liquidus;Nenhum no Solidus (Xplag

indefinido);Linha cotética em vermelhoLinha cotética em vermelho

Conecção entre acomposição doplagioclásio com oplagioclásio com olíquido cotético

Resfriamento de um líquido de composição aAcima de 1300º C P =1, então F = C – P + 1 = 3 – 1 + 1 = 3;Em 1300º C forma diopsídio naEm 1300 C forma diopsídio na temperatura do Liquidus ; F = 3 - 2 + 1 = 2 (líquido está restrito à superfície do Liquidus)à superfície do Liquidus)

Como a temperatura diminui , teremos uma

ã íreação contínua: LiqA Di + LiqBe Xliq se afasta di t t d Didiretamente do Di;

P + F = C + 2 P = número de fases

Regra das Fases (de Gibbs)

P + F = C + 2 P = número de fasesC = número de componentesF = grau de liberdade (número de varáveis independentes)2 = parâmetros intensivos; usualmente T e P para geólogos

F = C - P + 2

Em 1230oC plagioclásio se junta ao dipsídio e líquido b; logo F = 3 – 3 + 1 = 1Então Xliq agora está restrita à curva

Ca (Fe,Mg) Si2O6o liq go es es cu v

cotética;Xplag pode agora ser encontrada a partir da linha de amarração (desdepartir da linha de amarração (desdeque se aplique ao líquido cotético);Xplag = An80

NaAlSi3O8 CaAl2Si2O8

Xliq segue a linha cotética como umareação contínua: li > Di + Pl + liliqA -> Di + Plag + liqB;

Em qualquer ponto a composição adeve estar dentro do triângulodeve estar dentro do triânguloDi - Plag – Liq;

Quando Xli atinge c X l será An50Quando Xliq atinge c Xplag será An50;

Agora Di-a-Plag são colineares, então c é a última fração de líquido.

Resfriamento de um líquido de composição d

O primeiro sólido a se formar será plagioclásio, mas não podemos determinar que composição ele terá;que composição ele terá;

Plagioclásio se forma ~ 1420o C;

X é apro An ;Xplag é aprox. An87;

Deve ser > An75; Por quê?

Em 1230oC o líquido atinge e e diopsídiose forma junto com o líquido cotético e j qplag An75

Como o líquido se move de e -> f e plagioclásio -> An65Quando Xplag -> An65 então Di - d - plagQ plag 65 p gsão colineares;

Portranto , o último líquido = f

SISTEMASSISTEMASSISTEMAS SISTEMAS ÀÀRELEVANTES À RELEVANTES À

CRISTALIZAÇÃOCRISTALIZAÇÃOCRISTALIZAÇÃO CRISTALIZAÇÃO DE GRANITOSDE GRANITOSDE GRANITOSDE GRANITOS

SISTEMASISTEMA AbAb--AnAn--OrOr ±± HH22OOSISTEMA SISTEMA AbAb--AnAn--Or Or ±± HH22O O (Feldspatos)(Feldspatos)(Feldspatos)(Feldspatos)

CONSTRUINDO O SISTEMA AbCONSTRUINDO O SISTEMA Ab--AnAn--Or Or EM CONDIÇÕES ANIDRASEM CONDIÇÕES ANIDRASEM CONDIÇÕES ANIDRAS EM CONDIÇÕES ANIDRAS

Sistema Ab-An Sistema Or-Ab

EfeitosEfeitos dada PPH 2O H 2O sobresobre osos sistemassistemas AbAb--Or, Or, AbAb--An e OrAn e Or--An. An.

CONSTRUINDO O SISTEMA AbCONSTRUINDO O SISTEMA Ab--AnAn--Or Or EM CONDIÇÕES ANIDRASEM CONDIÇÕES ANIDRASEM CONDIÇÕES ANIDRAS EM CONDIÇÕES ANIDRAS

Sistema Or-AnSistema Or An

“Dry” – PH O= 1atmDry – PH2O= 1atm

“Hidrous” – PH2O= 5atm

EfeitosEfeitos dada PPH 2O H 2O sobresobre osos sistemassistemas AbAb--Or, Or, AbAb--An e OrAn e Or--An. An.

Ternary FeldsparsTernary Feldspars

1400

1500

15

Liquid

Plagioclase

Baixas PH2O

1300

1400

T Co

PlagioclaseLiquid

plus

Plagioclase

1118

Ab 20 40 60 80 An

1100

1200

Hipersolvus

Weight % An

Figure 7-10. After Carmichael et al. (1974), Igneous Petrology. McGraw Hill.

Sistema Ab-An-Or ternário anidroAlt t t (>900°C)Altas temperaturas (>900°C) – Solvus não é mostrado!!

Baixas pressões de H2OLimite de solubilidade

1 feldspatos solução sólida

TEutético Or-An2 feldspatos

sólida

Campo da leucita

Tminimum Or-Ab

Ternary FeldsparsTernary FeldsparsAltas PH2O

Subsolvus

Figure 7-10. After Carmichael et al. (1974), Igneous Petrology. McGraw Hill.

Sistema Ab‐An‐Or ternário – Altas PH2O

2 feldspato2 feldspato1 feldspato solução sólida1 feldspato solução sólida 2 feldspato2 feldspato1 feldspato solução sólida1 feldspato solução sólida

DIMINUÍÇÃO DA TDIMINUÍÇÃO DA TLIQUIDUSLIQUIDUSDESAPARECIMENTO DO CAMPO DA LEUCITADESAPARECIMENTO DO CAMPO DA LEUCITARESTRIÇÃO DO CAMPO DE MISCIBILIDADE DOS FELDSPATOSRESTRIÇÃO DO CAMPO DE MISCIBILIDADE DOS FELDSPATOS

BAIXAS PH2OALTAS PH2O

Ternary Feldsparsy p

f lTrace of solvus at three   temperature intervals

Triangle shows coexistingTriangle shows coexistingTriangle shows coexistingTriangle shows coexistingfeldspars and liquid atfeldspars and liquid at900900ooCC

Figure 7‐11. Winter (2001) An g ( )Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.

Sistema Ab‐An‐Or ternário – Altas PH2O

Como descrever o curso de cristalização de um líquido de composição Acomposição A

2 feldspato2 feldspato1 feldspato solução sólida1 feldspato solução sólida 2 feldspato2 feldspato1 feldspato solução sólida1 feldspato solução sólida

4 fases L+V+Plss+FK

C dBaixa Pressão de PH2OCampo da

leucita oriundo d f ã

PH2O

da fusão incongruente d O t lá ido Ortoclásio

SISTEMA SISTEMA AbAb--AnAn--OrOr--QzQz--HH22O O QuartzoOrssAb

A cristalização começa originando um sólido (A cristalização começa originando um sólido (FkFk, , PlPl ou ou QtzQtz))Com o avanço da cristalização a composição do liquido é Com o avanço da cristalização a composição do liquido é AbssmodificadamodificadaO caminho da cristalização encontra a O caminho da cristalização encontra a superficiesuperficieonde coexiste 4 fases (liquido+2 onde coexiste 4 fases (liquido+2 solidossolidos+vapor.+vapor.O caminho da cristalização O caminho da cristalização O caminho da cristalização O caminho da cristalização encontra a encontra a superficiesuperficie onde coexiste onde coexiste 4 fases (liquido+2 4 fases (liquido+2 solidossolidos+vapor.+vapor.

A cristalização continua até A cristalização continua até t li h AB d t li h AB d encontrar a linha AB onde começa a encontrar a linha AB onde começa a

cristalizar a terceira fase. Neste cristalizar a terceira fase. Neste momento coexistem as 5 fases e o momento coexistem as 5 fases e o caminho da cristalização segue a caminho da cristalização segue a

t tid d t iâ l t tid d t iâ l OO AbAbseta no sentido do triângulo seta no sentido do triângulo OrOr--AbAb--QzQz. .

Curva do solvus ternário

Linhacotéticacotética