Трех- и более компонентные диаграммы.

Минералогия

Так как почти все природные системы (магматические, метаморфические или осадочные) состоят из 6-10 и более химических компонентов, то понятно, что одно- и двухкомпонентные диаграммы имеют весьма ограниченное практическое применение.

Однако, графическое представление мультикомпонентных систем обычно ограничено трехкомпонентными диаграммами (треугольниками составов). Возможно, вы столкнетесь и с четырехкомпонентными диаграммами в виде тетраэдров, однако даже такие построения становятся графически трудночитаемыми.

Треугольные фазовые диаграммы обычно используются в петрологии для представления экспериментально изученных путей плавления и последовательностей кристаллизации магматических пород.

1. Пример: форстерит-кремнезем-кальсилит.

Линии на этой диаграмме тоже моновариантны (посчитайте сами по правилу фаз). Линии постоянных температур называются изотермами. Ликвидус представляет собой не линию, а уже некую поверхность. Стрелки вдоль фазовых границ - пути кристаллизации при снижении температуры. Каждая сторона треугольника может быть представлена как двухкомпонентная система (пример - лейцит-кремнезем).

При изучении минералогических ассоциаций и типов пород часто используются субсолидусные фазовые диаграммы.

2. Схематическое изображение в объеме трехфазной диаграммы калишпат-альбит-анортит.

В основании лежит треугольник, показывающий фазовые отношения при температурах 650, 750 и 900оС и давлении РН2О=1 кбар. Такой треугольник обычно используется при описании твердых растворов полевых шпатов для различных температур. Сравните этот треугольник с двухфазными диаграммами. Здесь мы видим, что ряд плагиоклазов непрерывен. Однако, ранее я показал, что ниже 800оС в этом ряду существуют три разрыва. Здесь они не показаны, потому что на момент экспериментов, по которым строилась эта диаграмма, еще не существовало технических возможностей, позволяющих зафиксировать сверхтонкие ламелли распада в плагиоклазах.

3. Другая очень часто используемая треугольная диаграмма - взаимоотношение минералов в семействе пироксенов - волластонит-ферросилит-энстатит. Эта диаграмма построена на основании тысяч анализов сосуществующих природных пироксенов, поэтому она не дает представления о поведении их в высоко- и низкотемпературной областях (например, пироксены в базальтах и габбро). Эта диаграмма показательна только при оценке степеней растворимости при образовании твердых растворов пироксенов. Здесь вы хорошо видите разрыв смесимости между клино- и ортопироксенами.

Подобные треугольные диаграммы также широко применимы для описания составов, например, минералов группы оливина и семейства амфиболов.

Трехкомпонентные диаграммы могут также использоваться для иллюстрации ссосуществующих пар минералов или групп из трех минералов. Такие диаграммы получили название парагенетических.

4. Пример парагенетической диаграммы в системе SiO2-NaAlSiO4 (нефелин) - KAlSiO4 (кальсилит) при Т=1000оС.

Эта диаграмма важна для магматических пород, так как показывает, что в недосыщенных кремнеземом ассоциациях равновесного кварца (тридимита, кристобалита) быть не может.

Пока мы рассматривали только треугольные диаграммы. Однако, петрологи часто пользуются треугольниками, в которых группируют некоторые минералы попарно в каком-либо углу, чтобы проиллюстрировать более сложные многокомпонентные системы. Для примера приведу две диаграммы CaO-Al2O3-MgO+FeO - для базальта (Р=1-2 кбар, Т=1000-1200оС) и для эклогита (Р=12-30 кбар, Т=400-800оС).

Еще более сложные диаграммы вы можете увидеть при иллюстрации взаимоотношений в метаморфических породах. И, наконец, поскольку химизм многих пород слишком сложен для графического представления парагенезисов, вместо этого используются математические отношения.