Назад | 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.

1. Булах А.Г. Методы термодинамики в минералогии. Л., Недра, 1974.
2. Годлевский М.Н. Методика построения физико-химических диаграмм. М., Недра, 1965.
3. Жариков В.А. Основы физико-химической петрологии. М., МГУ, 1976.
4. Заварицкий А.Н., Соболев В.С. Физико-химические основы петрографии изверженных пород. М., Госгеолтехиздат, 1961.
5. Коржинский Д.С. Теоретические основы анализа парагенезисов минералов. М., Наука, 1973.
6. Наумов Г.Б., Рыженко Б.Н., Ходаковский И.Л. Справочник термодинамических величин. М., Атомиздат,1971.
7. Петрография. Ч.I. М., МГУ, 1976.

Назад | Вверх | Содержание курса | Лабораторные занятия | Контрольные работы | Литература