Γεωθερμόμετρο Γρανάτη-Βιοτίτη και εφαρμογές του στα Μεταμορφωμένα Πετρώματα = Garnet-biotite Geothermometer and its applications on metamorphic rocks.

Περίληψη

Στην μελέτη της γεωλογικής ιστορίας ενός σχηματισμού, δημιουργείται η ανάγκη ποσοτικοποίησης των παραμέτρων που συντέλεσαν στη μεταμορφωτική πορεία του σχηματισμού. Οι εγγενείς αδυναμίες μιας ποιοτικής πετρολογικής προσέγγισης που μας προσφέρουν εργαλεία όπως τα ορυκτά δείκτες και τα διαγράμματα φάσης P-T, έρχεται να καλύψει η γεωθερμοβαρομετρία. Μία προσέγγιση που εστιάζει στις θερμοδυναμικές παραμέτρους ενός σχηματισμού και πώς αυτές διαγράφονται στα δομικά στοιχεία του πετρώματος, τα ορυκτά, μέσα από χημικές και ιστολογικές αλλαγές που προκαλούν. Όταν η θερμοδυναμική ισορροπία ενός πετρώματος διαταράσσεται, η δομή του σε μικροσκοπικό επίπεδο γίνεται πιο ασταθής, καθώς η ύλη που το αποτελεί χάνει το μέτρο της τάξης που την χαρακτηρίζει. Συστατικά των ορυκτών του πετρώματος με αυξημένη εσωτερική ενέργεια, συνήθως ιόντα, αποκτούν κινητικότητα που καθορίζεται από την ελεύθερη ενέργεια Gibbs, κινούνται ανάμεσα στις επιφάνειες που χωρίζουν τα ορυκτά που είναι σε επαφή και γίνονται αποδεκτά σε αντίστοιχες θέσεις γειτονικών ορυκτών. Με αυτό τον τρόπο δημιουργούν κρυστάλλους, στερεά διαλύματα σε επαφή. Αυτοί οι κρύσταλλοι αντιπροσωπεύουν μία χημική αντίδραση. Υπάρχουν κατηγορίες αντιδράσεων που είναι ευαίσθητες στην αλλαγή της θερμοκρασίας και άλλες σε αλλαγή της πίεσης. Μία παραγένεση γρανάτη-βιοτίτη, όπου χημικά συντελείται διακρυσταλλική ανταλλαγή ιόντων, είναι μία ιδανική χημική αντίδραση για να προσδιορίσουμε την θερμική πορεία του πετρώματος, καθώς είναι σταθερή σε μεγάλο εύρος θερμοκρασιών. Μία καθοριστική παράμετρος για αυτό τον σκοπό είναι η σταθερά ισορροπίας που καθορίζεται από την συγκέντρωση των ιόντων του σιδήρου και μαγνησίου στο σημείο επίτευξης σταθερότητας. Η παράμετρος αυτή μπορεί να καθοριστεί εργαστηριακά και την χρησιμοποιήσουμε στην κατασκευή εξίσωσης/θερμομέτρου, που εφαρμόζεται σε δεδομένα χημικής ανάλυσης ενός πετρώματος.
In the study of the geological history of a rock formation, the need to quantify the parameters that contributed to the transformative course of the formation arises.  The inherent weakness of a qualitative petrological approach that is offered by tools such as index minerals and P-T phase diagrams can be overcome by geothermobarometry. An approach that focuses on the thermodynamic parameters of a formation and how they imprint on the structural elements of the rock, i.e.the minerals, through chemical and textural changes. When the thermodynamic equilibrium of a rock is disturbed, it’s structure on a microscopic level becomes more unstable, as the matter it’s made of decreases in the measure of order that defines it. Rock components with increased internal energy, usually ions, gain mobility that is described by the Gibbs free energy, move between the surfaces that separate the crystals that are in contact and become accepted in corresponding positions in neighboring crystals. This way crystals, solid solutions in contact are formed. These crystals represent a chemical reaction. There are categories of reactions sensitive to the change in temperature and others sensitive to the change in pressure. A mineral assemblage of garnet and biotite, where intercrystalline exchange of ions takes place, is an ideal chemical reaction to determine the thermal course of a rock as it stable in a wide range of temperatures. A defining parameter in this case is the equilibrium constant that is determined by the concentration of iron and magnesium ions at the point of equilibrium. This parameter can be determined in vitro and can be used in the formation of an equation/thermometer that is applied to chemical analysis data of a rock.