Геологический факультет МГУ, кафедра геохимии, тел. 939-25-59.
Курс читается в 5-ом семестре для студентов геохимического цикла Геологического Факультета МГУ.
Автор курса - акад. РАН, проф., д.г.-м.н. Жариков Вилен Андреевич.
Лектор курса - проф., д.г.-м.н. Яковлев Олег Иванович, доц., к.г.-м.н. Бычков Андрей Юрьевич.
Семинары проводят- н.с. Назьмова Галина Николаевна, доц., к.г.-м.н. Бычков Андрей Юрьевич, д.г.-м.н.,ведущ.науч.сотр Луканин Олег Александрович,науч.сотр. Николаев Георгий Сергеевич.
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, экспериментальное 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.
Содержание курса
Введение
Предмет и методы: физико-химический анализ парагенезисов, физико-химические расчеты, зкспериментальное и теоретическое моделирование - их содержание и назначение. Принцип дифференциальной подвижности компонентов.
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.
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 зависимости параганезисов метаморфических и.
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.
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.
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.
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 метасоматоз, фильтрационный эффект, потоки в магматической камере.
Лабораторные занятия
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.
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 состав-парагенезис с минералами-твердыми растворами. Провести анализ парагенезисов по правилу фаз.
Бинарные к тройные системы с простой эвтектикой, с конгруэнтным и инконгруэнтным плавлением, с твердыми растворами c 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 диаграмму 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.
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.
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.
Физико-химические расчеты
Расчет Т-Р диаграмм твердофазовых реакций, реакций гидратации и дегидратации, карбонатизации и декарбонатизации. 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 равновесия в координатах Eh-pH для разных температур.
Контрольные работы
1. Контрольная работа по термодинаическим потенциалам, следствиям из них к диаграммам состав-парагенезис.
2. Контрольная работа по пучковым диаграммам.
Вопросы к экзамену по курсу "Основы физической геохимии"
Основная литература по курсу
- "Основы физической геохимии Жариков В. А.
- Коржинский Д.С. Теоретические основы анализа парагенезисов минералов. М.,"Наука",1973.
- Годлевский М.Н. Методика построения физико-химических диаграми.М.,"Недра", 1965.
- 3аварицкий А.Н., Соболев В.С. Физико-химические основы петрографии изверженных пород. М.,Госгеолтехиздат,1961.
- Петрография, ч.I,-стр.74-120.Изд-во МГУ,1976.
- Наумов Г.Б., Рыженко Б.Н., Ходаковский И.Л. Справочник термодинамических величин. М., Атомиздат,1971.
- Булах А.Г. Методы термодинамики в минералогии. Л., Изд."Недра", 1974.
Статья
Обсуждение