|
Содержание
курса | Лабораторные занятия | Контрольные работы | Литература
Основы физической геохимии.
Геологический факультет МГУ, кафедра геохимии, тел. 939-25-59.
Автор - акад. РАН, проф. Жариков Вилен Андреевич.
Курс читается в 5 семестре для студентов специальности 011300 - геохимия.
Объем курса - 80 часов, лекции - 48 часов, лабораторные занятия - 32 часа.
Форма контроля. Коллоквиумы, контрольные работы и прием домашних заданий по разделам курса;
курс завершается экзаменом.
Аннотация. Излагаются основные подходы к исследованию природных объектов и геохимических
процессов физико-химическими методами (физико-химический анализ парагенезисов, физико-химические расчеты, зкспериментальное
и теоретическое моделирование). Приводятся основные понятия и законы термодинамики, даются методики расчета и
построения диаграмм состояния, принципы анализа геохимических систем с использованием фазовых диаграмм, рассматриваются
методы термодинамических расчетов и принципы моделирования геохимических процессов. На практических занятиях рассматриваются
методики и способы решения практических задач, анализируются домашние задания. По курсу необходимо решить 18 графических
и расчетных заданий.
Вверх
Содержание курса.
1.Введение.
Предмет и методы: физико-химический анализ парагенезисов, физико-химические расчеты, зкспериментальное
и теоретическое моделирование - их содержание и назначение. Принцип дифференциальной подвижности компонентов.
2. Основы термодинамики природных систем.
Основные понятия термодинамики: параметры, компоненты, фазы, системы. Первое и второе начала
термодинамики. Термодинамические потенциалы простых систем. Условия равновесия термодинамических систем. Системы
с вполне подвижными компонентами, их физический смысл. Термодинамические потенциалы систем с вполне подвижными
компонентами.
Правила фаз Гиббса и Коржинского. Уравнение смещенного равновесия: вывод из него уравнений Клаузиса
- Клайперона, закона действующих масс и других термодинамических соотношений.
3. Физико-химический анализ парагенезисов.
Типы и назначение диаграмм, применяемых в физико-химической петрологии. Методы графического изображения
составов минералов и пород. Диаграммы состав-парагенезис. Понятие о парагенезисе и минеральной фации. Разделение
компонентов при графическом анализе. Методы построения и анализ диаграмм состав-парагенезис. Примеры диаграмм
состав-парагенезис.
Понятие о поверхности термодинамического потенциала и ее использование в графическом анализе.
Типы и принтеры Т-Х диаграмм бинарных и тройных конденсированных систем: диаграммы с простой эвтектикой, с конгруэнтным
и инконгруэнтным плавлением, диаграммы с неограниченной и ограниченной растворимостью твердых фаз. Приложение
правила фаз. Влияние различных факторов на плавление минералов и строение диаграмм плавности. Диаграммы зависимости
минерального состава и парагенезисов от интенсивных параметров: mj-mk, T-P, Eh-pH и т.д. Топология (структура)
диаграмм, приложение правила фаз. Методы расчета и построения. Анализ диаграмм, их значение. Понятие о мультисистемах,
расчет и построение многопучковых диаграмм состояния мультисистем. Диаграмма химических потенциалов mS2-mO2 в
тройной системе Fe-O-S. Диаграмма зависимости парагенезисов гранитоидов от химических потенциалов щелочей. Т-Р
и другие диаграммы зависимостипараганезисов метаморфических и метасоматических пород.
T-P-X диаграммы систем соль-летучий и силикат-летучий. Анализ их при помощи изотермических и
изобарических сечений. Более сложные многокомпонентные системы (летучие-соль-силикат и др.). Анализ эволюции флюидно-магматических
систем при помощи этих диаграмм. Режим компонентов и флюидно-магматическая дифференциация.
4. Физико-химические расчеты.
Назначение и главные типы расчетов. Зависимость термодинамических параметров от Т и Р и состава
системы. III закон термодинамики. Зависимость теплоемкости и энтропии от температуры. Расчет констант равновесия
реакций. Методы расчета различных типов диаграмм: Т-Р, Т-РH2O, Т-РCO2, aj-ak, Eh-pH и др. Представления о расчетных
моделях равновесных систем.
5. Распределение компонентов как генетические индикаторы.
Распределение компонентов между минералами как метод геотермобарометрии. Обосновавние метода,
экспериментальное и расчетное установление геотермометров и геобарометров, их примеры.
Межфазовое распределение компонентов во флюидно-магматических системах как генетический индикатор.
Теоретическое, экспериментальное и расчетное обоснование метода. Примеры использования коэффициентов распределения
в магматических системах.
6. Основы динамики природных процессов.
Основные принципы термодинамики необратимых процесссов. Уравенение скорости возрастания энтропии
и уменьшения термодинамического потенциала. Стационарные состояния. Уравнения сопряженных потоков. Приложение
к природным процессам: инфильтрационный и диффузионный метосоматоз, фильтрационный эффект, потоки в магматической
камере.
Вверх
Лабораторные занятия.
I. Термодинамические потенциалы и следствия из них.
Термодиамические потенциалы Гиббса и Коржинского, их физический смысл. Соотношения между термодинамическими
потенциалами. Химический потенциал конпонентов, его зависимость от Т, Р и состава системы. Уравнение Шредера и
Ван-Лаара. Уравнение смещенного равновесия и выводы из него зависимостей, используемых в анализе парагенезисов.
Правило фаз Гиббса, Гольдшмидта и Коржинского и их приложение.
Коллоквиум по теме: Термодинамические потенциалы и следствия из них.
2. Диаграммы состав-парагенезис.
Построение диаграмм состав-парагенезис с минералами постоянного состава и минералами-твердыми
растворами. Анализ диаграмм по правилу фаз.
Домашние задания: 1. Построить диаграмму состав-парагенезис с минералами постоянного состава.
2. Построить диаграмму составпарагенезис с минералами-твердыми растворами. Провести анализ парагенезисов по правилу
фаз.
3. Диаграммы плавкости.
Бинарные к тройные системы с простой эвтектикой, с конгруэнтным и инконгрузнтным плавлением,
с твердыми растворами к ликвацией. Анализ последовательности кристаллизации и плавления. Анализ диаграмм с использованием
уравнений Шредера, Вен-Лаара и правила фаз.
Домашние задания: 1. Построить диаграмму с простой эвтектикой трехкомпонентной природной системы.
Провести анализ кристаллизации и плавления. 2. Провести анализ последовательности кристаллизации и плавления тройной
диаграммы с конгруэнтным плавлением соединений. 3. Построить бинарную диаграмм с инконгруэнтным плавлением к ликвацией
природной системы. Провести анализ кристаллизации и плавления. 4. Построить тройную диаграмму природной системы
с инконгруэнтным плавлением двойных соединений. Провести анализ последовательности кристалиизации и плавления
5.Провести анализ кристаллизации и плавления тройной диаграммы с ликвацией природной системы.6. Построить пять
типов твердых растворов Розебома для природных бинарных систем. Провести анализ кристаллизации и плавления 7.
Построить тройную диаграмму с твердыми растворами для природной системы. Провести анализ кристаллизации ы плавления.
4. Многопучковые диаграммы состояния мультисистемы.
Построение и анализ диаграммы зависимости перагенезисов от химических потенциалов воды и углекислоты
в системе CaO-MgO-SiO2.
Домашние задания: 1. Рассчитать и построить пучковую диаграмму. 2. Построить мультисистему и
провести анализ парагенезисов по правилу фаз.
5. Т-Р-Х диаграммы с летучими компонентами.
Построению и анализ Т-Р, Р-Х и Т-Х проекций, изобарических и изотермических сечений систем соль-летучий
и силикат-летучий. Анализ последовательности кристаллизации в системах с летучими компонентами.
Домашние задания: 1. Построить Т-Х и Р-Х сечения для Т-Р диаграммы соль-летучий.2. Построить
Т-Х и Р-Х сечения для Т-Р диаграммы силикат-летучий.
6. Физико-химические расчеты.
Расчет Т-Р диаграмм твердофазовых реакций и реакций гидратации. Расчет диаграммы в координатах
lgPS2-lgPO2 и диаграммы Eh-pH.
Домашние задания: 1. Рассчитать твердофазовые равновесия от стандартных и экспериментальных
условий. 2. Рассчитать реакцию гидратации от стандартных и экепериментальных условий для различного соотношения
давления воды и общего давления. 3. Рассчитать минеральные равновесия в координатах lgPS2-lgPO2 для разных температур.
4. Рассчитать минеральные равновесие в координатах Eh-pH для разных температур.
Вверх
Контрольные работы.
1. Контрольная работа по термодинаическим потенциалам, следствиям из них к диаграммам состав-парагенезис.
2. Контрольная работа по пучковым диаграммам.
Вверх
Литература.
- Булах А.Г. Методы термодинамики в минералогии. Л., Недра, 1974.
- Годлевский М.Н. Методика построения физико-химических диаграмм. М., Недра, 1965.
- Жариков В.А. Основы физико-химической петрологии. М., МГУ, 1976.
- Заварицкий А.Н., Соболев В.С. Физико-химические основы петрографии изверженных пород. М., Госгеолтехиздат,
1961.
- Коржинский Д.С. Теоретические основы анализа парагенезисов минералов. М., Наука, 1973.
- Наумов Г.Б., Рыженко Б.Н., Ходаковский И.Л. Справочник термодинамических величин. М., Атомиздат,1971.
- Петрография. Ч.I. М., МГУ, 1976.
Вверх | Содержание
курса | Лабораторные занятия | Контрольные работы | Литература
|
