Курс читается студентам кафедры петрологии геологического факультета МГУ в 5-ом семестре сотрудниками лаборатории экспериментальной и технической петрологии.
"Общая информация о лаборатории"
"Персонал лаборатории"
Объём курса 72 часа лекций-семинаров с демонстрацией техники и методических приемов экспериментальной и технической петрологии.
Форма контроля. Проверка домашних заданий, защита отчёта по эксперименту,контрольные работы; курс завершается экзаменом.
Программа курса
Эксперимент и его место в петрологии
Физико-химическая петрология и метод физико-химического моделирования. Эксперимент как единственный источник количественной информации. Взаимодействие петрологических данных, эксперимента и термодинамических расчетов. Необходимость собственного экспериментального направления в петрологии. Цели экспериментальных исследований в петрологии и предметы экспериментальной и технической петрологии. Задачи экспериментальной и технической петрологии. Классификация экспериментальных исследований в петрологии. Используемая аппаратура и пределы условий, которые могут быть моделированы на различных типах аппаратов. Обобщенное содержание экспериментального исследования.
Петрогенезис и экспериментальные исследования
Круг систем, представляющих интерес для петрологии магматических пород. Значение экспериментов в "сухих" системах при атмосферном давлении. Теория фракционной кристаллизации Н.Л.Боуэна. Роль реакционных отношений между минералами. Температурные минимумы и максимумы как барьеры дифференциации. Применение принципов Боуэна для моделей зарождения магм. Роль давления в изменениях фазовых отношений и термальных барьеров при плавлении (кристаллизации). Несоответствие составов магм и образующихся из них горных пород. Роль воды в магмах. Петрологическое значение силикатно-солевых систем. Подходы к пониманию рудогенерирующей способности магм и источников рудного вещества магматогенных месторождений.
Метаморфические процессы, круг систем и проблем, решаемых экспериментально. Каталитическая роль флюидов. Квазиравновесность метаморфических парагенезисов. Минеральные реакции - ключи к реконструкции параметров метаморфизма. Минеральная термобарометрия. Петрогенетические сетки. "Твердофазовые" минеральные реакции. Реакции гидратации-дегидратации, карбонатизации-декарбонатизации и основанные на них системы метаморфических фаций. Ограничения их применения. Определение составов метаморфических флюидов по равновесиям с участием газовой фазы. Петрологическое значение и экспериментальное изучение реакций окисления-восстановления. Использование диффузии элементов в минералах для оценок длительности минералообразующих процессов.
Круг систем и проблем, решаемых при экспериментальном моделировании метасоматоза. Два подхода к экспериментальному изучению метасоматизма. Достижения в моделировании образования природных метасоматических колонок. Неочевидные экспериментальные результаты. Оценка времени формирования метасоматической зональности. Проблема связи метасоматитов и оруденения. Использование методов изучения и моделей образования метасоматической зональности для изучения механизмов взаимодействия магм с вмещающими породами.
Состояние вещества в глубинах Земли
Физико-химические параметры земной коры и верхней мантии. Фазовое состояние вещества в условиях больших глубин и петрологическая роль его изучения. Закономерности изменения кристаллической структуры и внутрикристаллического распределения элементов твердых веществ при высоких температурах и давлениях и их петрологическое значение. Поведение расплавов при высоких температурах и давлениях: изменение физических свойств, растворимости летучих и солевых компонентов. Отделение флюидов и флюидных расплавов от магм. Современное понимание структуры силикатных расплавов. Полимеризация и деполимеризация силикатных расплавов. Кислотно-основное взаимодействие в расплавах. Закономерности смещения котектических линий. Особенности экспериментальных методов изучения расплавов. Особенности состояния поровых растворов при параметрах минералообразования в земной коре и верхней мантии. Методы исследования высокотемпературных растворов. Движение поровых растворов сквозь толщи горных пород.
Эксперимент в изучении прикладных проблем
Появление и развитие прикладного направления в петрологии. Объекты и задачи направления. Элементы сходства и отличия искусственных каменных материалов и природных горных пород.
Технологии, основанные на кристаллизации из расплава
- Производство стекла
- Производство ситаллов
- Петрургия
- Пирометаллургия
- Производство плавленых литых огнеупоров
- Взаимодействие техногенных расплавов с огнеупорами
- Другие технологии
Технологии, основанные на взаимодействии кристаллического вещества с водными растворами
- Гидрометаллургия
- Гидротермальный рост кристаллов
Технологии, основанные на твердофазовых реакциях
- Производство огнеупоров методом спекания
- Производство тонкой и специальной керамики.
- Производство и применение вяжущих веществ
Вклад экспериментальной и технической петрологии в экологические проблемы
"Геологические" масштабы техногенной деятельности человечества. Основные принципы обезвреживания отходов. Вклад экспериментальной петрологии в создание устойчивых матричных материалов. Применение принципа фазового и химического соответствия при захоронении.
Методы и техника эксперимента
Общие принципы организации экспериментальной лаборатории
Меры безопасности
Техника эксперимента
- Главные типы аппаратов высоких температур и давлений
- Создание температуры
- Измерение температуры
- Регулировка температуры
- Создание давления
- Удержание давления
- Конструкционные приемы создания сверхвысоких давлений
- Измерение давления
Проведение эксперимента
- Планирование
- Исходные вещества.
- Ввод в режим и поддержание заданных параметров опытов.
- Химические условия эксперимента.
- Наблюдения в процессе опыта.
- Вывод из режима.
- Разгрузка опытов.
- Ведение лабораторного журнала.
- Критерии равновесия.
Обработка результатов экспериментов
Представление и хранение данных
Простейшие приемы математической обработки.
Эксперимент и термодинамические расчеты
Вопросы к экзамену
Вопросы к экзамену по технической и экспериментальной петрологии
Основная литература по курсу
- "Экспериментальная и техническая петрология (Авторы: Е.Н.Граменицкий, А.Р.Котельников, А.М.Батанова, Т.И.Щекина, П.Ю.Плечов)
- Методическое руководство к занятиям по курсу "Экспериментальная и техническая петрология" (Граменицкий Е.Н., Котельников А.Р., Щекина Т.И., Батанова А.М.)
- Белянкин Д.С., Иванов Б.В., Лапин В.В. Петрография технического камня, Москва, Издательство Академии Наук СССР, 1952 год, 583 стр.
Статья
Обсуждение