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I sistemi ternari sono dei diagrammi che spiegano il processo di cristallizzazione e/o fusione di un magma costituito da 3 componenti chimiche. Poichè il magma è un sistema naturale complesso, i diagrammi ternari possono rappresentarlo in modo più completo dato il maggior numero di componenti rispetto ai diagrammi binari.
I sistemi ternari hanno delle implicazioni importanti per la vita dell’uomo e non solo per spiegare i processi naturali
La scoperta del vetro si fa risalite ai fenici (4000 anni fà) che accendevano fuochi sulla sabbia
Sabbia quarzosa
T di fusione del quarzo = 1670 °C
La temperatura massima di combustione della legna è 300 °C. Invece il qtz fonde a 1670 °C
Sabbia quarzoso‐feldspatica
1670 °C All’eutettico binario la T di fusione della 1250 °C sabbia qtz‐kfs si è abbassata di 680 °C rispetto a 1670 °C di fusione del qtz
Nel sistema ternario la T di fusione si è abbassata di 1300 °C rispetto ai 1670 °C di fusione del qtz
Sistema Ternario
Nel sistema ternario la T di fusione si è abbassata di 958 °C rispetto a 1538 °C di fusione del Fe
580°C
Sistema Ternario
Diagramma di fase ternario di diopside (pirosseno, CaMgSi2O6), anortite (plagioclasio, CaAl2Si2O8) e forsterite (olivina, Mg2SiO4)
Il diagramma ternario Di‐An‐Fo descrive la petrogenesi del GABBRO (roccia intrusiva) e del BASALTO (roccia effusiva) costituite da pirosseno, plagioclasio e olivina
Un diagramma ternario è un TRIANGOLO EQUILATERO che rappresenta le abbondanze modali di 3 componenti. Abbondanza modale = Percentuale di minerali osservati in una roccia
Le abbondanze di A, B e C aumentano partendo dal componente opposto rispetto a quello di riferimento
Le aree PIU’ VICINE ad ogni vertice sono caratterizzare da una MAGGIORE ABBONDANZA del componente di interesse
Il % dei componenti A, B e C della composizione 1 si calcola tracciando delle linee parallele al lato opposto del vertice che rappresenta il componente di interesse
% A si misura sulla parallela del lato BC
% B si misura sulla parallela del lato AC
% C si misura sulla parallela del lato AB
Metodo alternativo... %A = X / BC %B = Y / BC %C = Z / BC
Z X
Y
SISTEMA TERNARIO CON 1 EUTETTICO
Un diagramma di fase ternario è la rappresentazione BIDIMENSIONALE di tre sistemi binari che descrivono il processo di cristallizzazione (o fusione) di un materiale in uno spazio TRIDIMENSIONALE
La proiezione bidimensionale delle 3 superfici di liquidus forma 3 linee cotettiche che confluiscono verso 1 unico punto di minimo termico chiamato eutettico ternario
3 Componenti ‐ 6 curve di liquidus ‐ 3 eutettici binari numero infinito di linee rette isoterme isoterme
isoterme
isoterme
La proiezione bidimensionale delle 3 superfici di liquidus forma 3 linee cotettiche che confluiscono verso 1 unico punto di minimo termico chiamato eutettico ternario
Le 6 curve di liquidus diventano 3 superfici (o falde) di liquidus Le 3 falde di liquidus sono divise da 3 valli termiche
La proiezione bidimensionale delle 3 valli termiche forma 3 linee cotettiche. Le 3 linee cotettiche convergono verso 1 punto di minimo termico chiamato eutettico ternario
Le 3 falde di liquidus sono separate da 3 valli termiche
Le 3 linee cotettiche uniscono i 3 eutettici La proiezione bidimensionale delle 3 binari con 1 eutettico ternario valli termiche origina 3 linee cotettiche Le linee rette isoterme dei 3 sistemi binari diventano delle curve isoterme nel sistema ternario Eutettico ternario Eutettico binario
Eutettico binario
Eutettico ternario
Eutettico binario
Eutettico binario
V=3C ‐2F +1=2, all’interno dei campi “A+Liq”, “B+Liq e “C+Liq” V=3C ‐3F +1=1, sugli eutettici binari e sulle cotettiche V=3C ‐4F +1=0, sull’eutettico ternario Eutettico ternario Eutettico binario
Eutettico binario
Eutettico ternario
Eutettico binario
Eutettico binario
Cristallizzazione all’equilibrio ...ovvero... il solido che cristallizza coesiste con il fuso che si raffredda
Cristallizzazione all’equilibrio di un fuso basaltico X X
X
Fuso differenziato
Fuso basaltico Solido accumulato
Olivina Pirosseno Plagioclasio
Al punto 1 si forma un fuso di composizione X = 70% B + 30% A Il fuso inizia a raffreddare fino al punto 2 dove intercetta la curva di liquidus del componente B
Al punto 2 appare il primo cristallo del componente B Al punto 3 il fuso continua a cristallizzare il componente B La composizione del fuso si arricchisce nel componente A
Al punto 4 inizia a formarsi il primo cristallo del componente A La temperatura del sistema fuso+A+B rimane costante lungo la linea termica del solidus Al punto 5 il fuso scompare e la temperatura diminuisce nuovamente Il solido finale ha la stessa composizione del fuso di partenza X=70% B + 30% A
Il fuso basaltico ha composizione iniziale “a” Come si calcola in termini di diopside, anortite e forsterite?
Ogni vertice del triangolo corrisponde al 100% del componente La composizione “a” risulta essere 10% An 55% Fo 35% Di
La composizione “a” si trova in una porzione del triangolo che è delimitata da 2 cotettiche ed 1 vertice Il fuso ha una T=1700 °C Quale è il primo minerale che cristallizza con il raffreddamento?
La direzione di cristallizzazione e/o di raffreddamento è indicata dalla linea di congiunzione tra il vertice Fo ed il punto “a”
Come si calcola il rapporto tra la quantità di fuso residuale e la quantità di olivina cristallizzata nel punto X? Applicare la regola della leva: Fuso residuale / olivina = a‐Fo / a‐X x
Il punto “b” giace sulla cotettica La temperatura di cristallizzazione è 1350 °C Il pirosseno inizia a cristallizzare cotetticamente insieme all’olivina
1300 1350
Il fuso residuale si evolverà nella direzione dell’eutettico ternario M
Nel punto “X” (T=1320 °C) quale è il rapporto tra fuso residuale e solido totale cristallizzato? Tracciare la retta congiungente il punto “X” ed il punto “a” Applicare la regola della leva tra i punti “X”, “a” e “m”: Fuso residuale / solido cristallizzato = a‐m / a‐X 1300
Il rapporto tra olivina e diopside che hanno cristallizzato totalmente dall’inizio del raffreddamento del magma è: Olivina totale/ Diopside totale = m‐Di / m‐Fo
x
1350
m
Dove termina la cristallizzazione? Il plagioclasio inizia a cristallizzare al punto di eutettico ternario Fo, Di e An cristallizzano contemporaneamente alla temperatura di 1270 °C, fino alla completa scomparsa del fuso
1300
L’ultima goccia di fuso avrà la 1350 composizione di eutettico ternario: 49%Di + 44%An +7%Fo
SISTEMA TERNARIO CON 2 EUTETTICI
I componenti X e Y formano il composto intermedio W La linea ZW si definisce linea di coniugazione (o linea di Alkemade) lungo la quale X e Y reagiscono stechiometricamente per formare W Il punto in cui la linea di coniugazione interseca la linea cotettica è un punto di massimo termico
La linea di coniugazione rappresenta una barriera termica che separa il diagramma “XYZ” in 2 diagrammi distinti “XWZ” e “YWZ” Il fuso che si origina nel diagramma “XWZ” non può cristallizzare nel diagramma “YWZ” e viceversa
SISTEMA TERNARIO CON 1 EUTETTICO + 1 PERITETTICO
L’olivina e il quarzo formano come minerale intermedio l’enstatite La fusione dell’enstatite è incongruente poichè forma olivina e fuso che hanno composizioni stechiometricamente diverse La reazione di peritettico è zerovariante come la reazione di eutettico: V=2C‐3F+1 Il peritettico non è un punto di minimo termico come l’eutettico
Cristallizzazione termina al peritettico
Cristallizzazione termina all’eutettico
Lungo la curva PERITETTICA e nel punto di PERITETTICO ho sempre una reazione incongruente. Quindi, durante il processo di cristallizzazione all’equilibrio, l’olivina (Fo) sarà sempre consumata per formare l’ortopirosseno (En).
