BADANIA SKAŁ – etap 1
Rozpoznanie składników w skale (identyfikacja)
• mikroskopia optyczna
• dyfrakcja rentgenowska (XRD; x-rays diffraction)
• inne metody (np. spektroskopia absorpcyjna w podczerwieni, analizy termiczne)
BADANIA SKAŁ – etap 2
Ocena udziału składników mineralnych:
• przy użyciu mikroskopii optycznej (planimetrowanie)
• przy użyciu dyfrakcji rentgenowskiej
• przy użyciu innych metod instrumentalnych służących do analizy fazowej
• przeliczanie wyników analizy składu chemicznego
BADANIA SKAŁ – etap 3
Ocena składu chemicznego poszczególnych minerałów w skale:
• fizyczny rozdział skały na składniki i analiza poszczególnych frakcji
• analiza in situ – mikroanaliza (mikrosonda)
Mikroskopia optyczna:
• jest to metoda analityczna (a nie „porównywanie kolorowych obrazków) służąca do identyfikacji minerałów,
• możliwe jest określenie pozycji obserwowanego minerału w szeregu izomorficznym (np. plagioklazy) na podstawie szczegółowej analizy,
• ilościowa ocena udziału minerałów w skale
Planimetrowanie jako metoda oceny
udziału składników mineralnych w skale:
• reprezentatywność wyniku oceny udziału składników w obiekcie geologicznym –
płytka cienka (25x44x0.03 mm) to próbka o masie około 0.1 g wpływ wielkości ziaren/kryształów/blastów w skale
• rozpoznanie wszystkich składników skały (kategoria „inne” nie powinna być zbyt liczna!)
Planimetrowanie punktowe
(point counting)
Ziarno lityczne – 1 punkt
Skaleń – 1 punkt
Matriks – 1 punkt
Długość linii w obrębie:
Skalenia – suma odcinków czerwonych
Muskowitu – suma odcinków niebieskich
Biotytu (schlorytyzowanego) – suma odcinków żółtych
Błędy w planimetrowaniu:
Występowanie minerałów nieprzeźroczystych,o silnym zabarwieniu, o silnym reliefie może spowodować ich „przeszacowanie”
§ Zliczać należy co najmniej 300 punktów
§ Im mniejszy udział danego składnika tym większy błąd względny oceny jego ilości
§ Gdy dany minerał stanowi mniej niż 5% objętościowych skały to zróżnicowanie ± 3% nie musi oznaczać faktycznego zróżnicowania; jest to błąd statystyczny
§ Sposób wycięcia płytki cienkiej jest ważny dla oceny ilościowej składników
Minerały występujące w skale:
· Główne
· Akcesoryczne
· Ciemne (melanokratyczne)
· Jasne (leukokratyczne)
· Maficzne (mafic – magnesium + ferrous iron)
· Felzyczne (felsic – feldspar + silica)
Felzyczne – kwarc, skalenie, skaleniowce, muskowit, korund
Maficzne – cała reszta
Analiza dyfrakcyjna rentgenowska (XRD)
• możliwość identyfikacji ciał krystalicznych
w oparciu o ugięcie promieniowania
rentgenowskiego charakterystycznego
• identyfikacja oparta jest na zbiorach danych
odległości międzypłaszczyznowych i porównaniu
„nieznanego” ze „znanym”
• można identyfikować składniki, które występują
w ilościach większych niż 3-5%
• analiza ilościowa, aczkolwiek teoretycznie jest
doskonale opracowana, praktycznie jest trudna
• metoda zawodna gdy w materiale występują
substancje amorficzne lub słaboskrystalizowane
Spektroskopia absorpcyjna w podczerwieni
· Jest to metoda spektroskopii molekularnej; badamy uporządkowanie bliskiego zasięgu
· Może służyć do identyfikacji ciał amorficznych i słabo-krystalicznych
· Użyteczna do analizy minerałów z jonami : Kompleksowymi (np. węglany - CO32-; siarczany – SO42-; Krzemiany – różne ugrupowania)
· Trudności w analizie mieszanin (zwłaszcza substancji podobnej budowie)
· Duże pole zastosowań w geochemii organicznej
Analiza w mikroobszarze
Promieniowanie rentgenowskie charakterystyczne jest „nośnikiem” informacji o składzie chemicznym substancji, na której powstało, tj. każdy pierwiastek emituje charakterystyczne dla siebie linie
By przeprowadzić analizę tych linii należy je
„uporządkować”:
a. według energii (EDS – energy dispersive spectrometry)
b. Według długości fali (WDS – wavelength dispersive spectrometry)
Nazwy:
Mikrosonda elektronowa, mikroanalizator renthenowski, analiza w mikroobszarze
Co można uzyskać:
· Informację o składzie chemicznym minerału „w punkcie”
· Informację o rozkładzie udziału pierwiastków wzdłuż
· danej linii
· Informację o rozkładzie udziału pierwiastków na pewnej
· Powierzchni
Analizy składu chemicznego skał:
· Analiza tzw. „klasyczna” czyli „na mokro” (próbki podlegają rozpuszczeniu a następnie różne składniki się strąca i oznacza wagowo ich udział; można stosować też inne metody – np. kolorymetria)
· Metody instrumentalne (AAS – atomic absorption spectrometry, XRF – x-ray fluorescence i wiele innych
· Pierwiastki główne i śladowe;Pierwiastki ziem rzadkich (REE)
Badania izotopowe
· Geochemia izotopowa to elementarna część Nowoczesnej petrologii
· Analiza izotopów trwałych (np. C, S, O) i radiogenicznych (40Ar/36Ar; 40Ca/44Ca; 143Nd/144Nd; 143Nd/146Nd; 208Pb/204Pb; 207Pb/204Pb; 206Pb/204Pb; 87Sr/86Sr
Badania eksperymentalne w petrologii
Przykłady zastosowań:
• poznanie warunków wytapiania magm;
• poznanie warunków generacji magm o różnym składzie chemicznym;
• poznanie procesów krystalizacji w różnych warunkach;
• poznanie warunków powstawania różnych struktur i tekstur skał magmowych;
• poznanie warunków P i T przemian metamorficznych;
• poznanie warunków przemian hydrotermalnych
• syntezy minerałów
Badania eksperymentalne są na ogół bardzo drogie; Wyniki bywają niejednoznaczne
DIAGRAMY RÓWNOWAG FAZOWYCH
Diagramy równowag fazowych jako ilustracja procesów wytopu i krystalizacji magm
Układ – część świata wybrana do rozważań
Faza – dowolna część systemu o określonym składzie
chemicznym i stanie fizycznym (zapełniona
materią część przestrzeni wydzielona według
pewnych kryteriów)
Badania eksperymentalne systemów krzemianowych zostały na dużą skalę rozpoczęte przez N. L. Bowena i jego współpracowników w Geophysical Laboratory (Washington) od roku 1912
· Układy adiabatyczne – bez wymiany ciepła ze środowiskiem
· Układy zamknięte – bez wymiany ciepła i masy ze środowiskiem
· Układy otwarte – wymiana zachodzi
Składniki – jednostki wzorów chemicznych niezbędne do opisu składu wszystkich faz w układzie
Skład przedstawiony w:
· Procentach wagowych
· Procentach molowych (atomowych)
Reguła faz Gibbsa (Josiah Willard Gibbs)
P + F = C + 2
P – ilość współwystępujących faz
F – ilość stopni swobody
C – ilość składników
C = 1
P = 1 F = 1 + 2 – 1 = 2
P = 2 F = 1 + 2 – 2 = 1
P = 3 F = 1 + 2 – 3 = 0
Układ jednoskładnikowy
F = C +2 – P
F = 1+2 – 1 (P=1)
F = 1+2 – 2 (P=2)
F = 1+2 – 3 (P=3)
Układ dwuskładnikowy C = 2
gdy przyjąć, że p = const to: F + P = C + 1 = 3
A, B – składniki, M – faza stała, 100% A , N – faza stała, 100% B , L - stop
· Doskonała krystalizacja równowagowa (perfect equilibrium crystallization) – zmiany P, T i X następują wolniej niż kontrolowane dyfuzją reakcje między kryształami i stopem (stale zachowana jest równowaga).
· Doskonała krystalizacja frakcjonalna (perfect fractional crystallization) – nie zachodzą reakcje między kryształami i stopem. Wiąże się to z kompletną separacją kryształów od stopu w drodze zjawisk mechanicznych lub procesów chemicznych spowodowanych szybkimi zmianami stanu.
...
brzezinka