I sistemi ternari sono dei diagrammi che spiegano il processo di cristallizzazione e/o fusione di un magma costituito da 3 componenti chimiche.

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1 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 èun sistema naturale complesso, i diagrammi ternari possono rappresentarlo in modo più completo dato il maggior numero di componenti rispetto ai diagrammi binari.

2 I sistemi ternari hanno delle implicazioni La scoperta del vetro si fa risalite ai fenici (4000 anni fà) che accendevano fuochi sulla sabbia importanti per la vita dell uomo e non solo per spiegare i processi naturali

3 Sabbia quarzosa T di fusione del quarzo = 1670 C

4 La temperatura massima di combustione della legna è300 C. Invece il qtz fonde a 1670 C

5 Sabbia quarzoso feldspatica 1250 C 1670 C All eutettico binario la T di fusione della sabbia qtz kfs si è abbassata di 680 C rispetto a 1670 C di fusione del qtz

6 Nel sistema ternario la T di fusione si è abbassata di 1300 C rispetto ai 1670 C di fusione del qtz Sistema Ternario

7 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

8 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

9 Un diagramma ternario èun TRIANGOLO EQUILATERO che rappresenta le abbondanze modali di 3 componenti. Abbondanza modale = Percentuale di minerali osservati in una roccia

10 Le abbondanze di A, B e C aumentano partendo dal componente opposto rispetto a quello di riferimento

11 Le aree PIU VICINE ad ogni vertice sono caratterizzare da una MAGGIORE ABBONDANZA del componente di interesse

12 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

13 Metodo alternativo... %A = X / BC %B = Y / BC %C = Z / BC Z X Y

14 SISTEMA TERNARIO CON 1 EUTETTICO

15 Un diagramma di fase ternario èla 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

16 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

17 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

18 Le 3 falde di liquidus sono separate da 3 valli termiche La proiezione bidimensionale delle 3 valli termiche origina 3 linee cotettiche Le 3 linee cotettiche uniscono i 3 eutettici binari con 1 eutettico ternario Le linee rette isoterme dei 3 sistemi binari diventano delle curve isoterme nel sistema ternario Eutettico binario Eutettico ternario Eutettico binario Eutettico ternario Eutettico binario Eutettico binario

19 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 binario Eutettico ternario Eutettico binario

20 Cristallizzazione all equilibrio...ovvero... il solido che cristallizza coesiste con il fuso che si raffredda

21 Cristallizzazione all equilibrio di un fuso basaltico X X X Fuso differenziato Fuso basaltico Solido accumulato Olivina Pirosseno Plagioclasio

22 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

23 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

24 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

25 Il fuso basaltico ha composizione iniziale a Come si calcola in termini di diopside, anortite e forsterite?

26 Ogni vertice del triangolo corrisponde al 100% del componente La composizione a risulta essere 10% An 55% Fo 35% Di

27 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 èil primo minerale che cristallizza con il raffreddamento?

28 La direzione di cristallizzazione e/o di raffreddamento è indicata dalla linea di congiunzione tra il vertice Fo ed il punto a

29 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

30 Il punto b giace sulla cotettica La temperatura di cristallizzazione è1350 C Il pirosseno inizia a cristallizzare cotetticamente insieme all olivina Il fuso residuale si evolverà nella direzione dell eutettico ternario M

31 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 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 m

32 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 L ultima goccia di fuso avrà la composizione di eutettico ternario: 49%Di + 44%An +7%Fo

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42 SISTEMA TERNARIO CON 2 EUTETTICI

43 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 èun punto di massimo termico

44 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

45 SISTEMA TERNARIO CON 1 EUTETTICO + 1 PERITETTICO

46 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 èun punto di minimo termico come l eutettico

47 Cristallizzazione termina al peritettico Cristallizzazione termina all eutettico

48 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).

49 Inizio esempio Fo En An

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54 Fine esempio Fo En An

55 Inizio esempio En An

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58 Fine esempio En An

59 Inizio esempio1 En An Qz

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64 Fine esempio1 En An Qz

65 Inizio esempio2 En An Qz

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71 Fine esempio2 En An Qz