FLUIDNÍ INKLUZE - úvodní stránka
Předchozí stránka Obsah textu Následující stránka

  7.1.2. Fázové změny za vyšších teplot (homogenizace)

    7.1.2.1.  Homogenizace plynné a kapalné fáze

Rozeznávají se tři způsoby homogenizace plynokapalné fáze: na kapalinu, na plyn (páru) a kritický způsob.

Nejlépe lze změny během homogenizace znázornit na diagramu (Obr. 11) teplota (či tlak) versus hustota fluidní fáze (resp. molární objem - jež je reciprokou hodnoty hustoty, nebo složení fluidní fáze vyjádřené v molárních procentech/zlomku – např. u H2O - CO2 fluid). V této projekci probíhají všechny změny v inkluzi po linii (dle dané hustoty/složení), která je paralelní s teplotní (tlakovou) osou.

V PT projekci (Obr. 12) vývoj v inkluzi sleduje nejprve křivku koexistence kapalné a plynné fáze; v okamžiku homogenizace se od této křivky odděluje a pokračuje dále po příslušné isochoře.

Z obou typů diagramů je patrné, že inkluze homogenizující na plyn, bývají zachyceny za podstatně nižších tlaků, než inkluze homogenizují na kapalinu.

Obr. 11. Schematické znázornění fázových změn v inkluzích uzavřených za stejné teploty (540°C), ale při rozdílném tlaku (podle Roedder 1984). Při pokojové teplotě se inkluze liší stupněm zaplnění a celkovou hustotou uzavřeného fluida. Inkluze typu A homogenizují na kapalinu, typu B na plyn, typu C kritickým způsobem. Šedé pole značí oblast nemísivosti plynné a kapalné fáze. V tomoto poli znamená černá barva inkluzí kapalinu a bílá plyn. Nad polem nemísivosti černá barva inkluzí znamená homogenní fázi (nadkritickou tekutinu).

  1. homogenizace na kapalinu: Inkluze A obsahuje za pokojové teploty malou bublinu plynné fáze (vodní páry) a převahu kapalné fáze (vody). Během zahřívání se velikost plynné bubliny postupně zmenšuje, až při dosažení teploty TA bublina zcela zmizí. Tato teplota se označuje jako teplota homogenizace (Th), neboť v inkluzi je dále přítomna jen jedna - homogenní fáze. V uvedeném případě "zmizela" plynná fáze a zůstala fáze kapalná, proto se tento způsob označuje jako homogenizace na kapalinu. Značí se nejednotně, např.: Th (L); Th (to L); Th (L+V ® L).

  2. homogenizace na plyn: Inkluze B obsahuje za pokojové teploty velkou bublinu plynné fáze (vodní páry), lemovanou malým množstvím kapalné fáze (vody). Během zahřívání se velikost plynné bubliny postupně zvětšuje, až při dosažení teploty TB zcela vyplní objem inkluze. Tento způsob se označuje jako homogenizace na plyn, neboť došlo k expanzi plynné fáze a vymizení fáze kapalné. Značí se např.: Th (V); Th (to V); Th (L+V ® V).

  3. homogenizace kritickým způsobem: Inkluze C (o celkové hustotě fluida která se blíží hustotě fluida v okolí kritického bodu /C.P./ systému) obsahuje za pokojové teploty bublinu plynné fáze (vodní páry) uzavřenou ve fázi kapalné. Během dalšího zahřívání se téměř nemění ani velikost plynné bubliny, ani poměr plynné a kapalné fáze. Dochází pouze k postupnému snižování optického kontrastu na rozhraní plynné a kapalné fáze (tj. v lemu bubliny). Příčinou tohoto jevu je postupné sbližování se hustoty plynné a kapalné fáze během zahřívání a tudíž i jejich indexů lomu. Viditelnost fázového rozhraní však stále dlouho přetrvává. Teprve několik stupňů (°C) před okamžikem homogenizace, se rozhraní mezi plynnou a kapalnou fází stává téměř nezřetelným až nakonec zcela zmizí. Značí se obvykle: Th (C); Th (to C).

Obr. 12. Schematické znázornění vztahů v H2O systému. Tučná linie značí křivku koexistence plynu (páry) a kapaliny, tenké linie representují isochory pro fluida o příslušné hustotě (g/cm3), C.P. = kritický bod. Šipkami je znázorněn PT vývoj během homogenizace inkluzí typu A (homogenizuje na kapalinu) a typu B (homogenizuje na plyn). Původní podmínky vzniku inkluzí A a B reprezentují body X a Y. Z obrázku vyplývá i rozdíl mezi podmínkami vzniku (Tt, Pt) a homogenizace (Th, Ph) inkluze.

Teplota (Tt) a tlak při vzniku (zachycení) inkluze z homogenní fluidní fáze je vždy vyšší než teplota její homogenizace; PT podmínky zachycení inkluze leží na příslušné isochoře (Tt > Th). Pouze v případě zachycení inkluzí z heterogenního fluida, např. za podmínek varu roztoku, se teplota homogenizace rovná teplotě vzniku inkluze (Th = Tt). Inkluze vzniklé v podmínkách varu roztoku se vyznačují koexistencí plynných, resp. plynem bohatých a kapalinou bohatých inkluzí. Přitom teploty obou způsobů homogenizace inkluzí (na plyn a kapalinu) by měly být více, či méně identické.

Návrat na Obsah

    7.1.2.2.  Homogenizace inkluzí obsahujících plynnou, kapalnou a pevnou fázi

Rozeznávají se tři základní způsoby homogenizace inkluzí obsahujících kromě plynné a kapalné též pevnou fázi (dceřiný minerál). Vztahy budou vysvětleny na příkladu systému H2O - NaCl (Bodnar 1994). Symbol pevné fáze (S) reprezentuje v tomto případě halit (NaCl). Jednotlivé způsoby homogenizace se liší sledem fázových změn (Obr. 13):

Obr. 13. PT diagram zobrazující tři možné způsoby homogenizace inkluze obsahující roztok o koncentraci 40 hm. % NaCl, v závislosti od toho při jakých PT podmínkách byla zachycena (podle Bodnar a Vityk in De Vivo a Frezzotti (1995). V inkluzi typu "A" se nejprve rozpustí halit (323°C), pak zhomogenizují plynná a kapalná fáze na kapalinu (500°C). V inkluzi typu "C" dojde nejprve k homogenizaci plynné a kapalné fáze (za přítomnosti halitu) na kapalinu (~ 200°C) a posléze k rozpuštění halitu (~ 300°C, bod X). V inkluzi typu "B" všechny fáze zhomogenizují v jednom okamžiku (při 323°C).

  1. L + V + S ® L + V ® L: Během zahřívání dojde nejdříve k rozpuštění pevné fáze (Ts). Při dalším zahřívání zhomogenizují kapalná a plynná fáze na kapalinu /Th(L-V) "A"/. PT vývoj již homogenní inkluze sleduje isochoru "A". Inkluze tohoto typu jsou v přírodě nejběžnější. Možné PT podmínky jejich vzniku (pro danou salinitu, ale různé teploty konečné homogenizace L+V®L) leží v poli "A", vymezeném zleva hraniční isochorou (Ts = Th, isochora "B"), zprava pak isopletou odpovídající salinity (L(40)+V).

  2. L + V + S ® L: Během zahřívání dojde v jednom okamžiku jak k rozpuštění pevné fáze, tak k homogenizaci kapalné a plynné fáze na kapalinu /Th(L-V) "B" = Ts/. Tento způsob homogenizace je však relativně vzácný.

  3. L + V + S ® L + H ® L: Během zahřívání dojde nejdříve k homogenizaci plynné a kapalné fáze a to na kapalinu /Th(L-V) "C"/. Při dalším zahřívání se postupně rozpouští pevná fáze. K úplnému rozpuštění halitu dojde při protnutí křivky likvidu /L(40)+H/ odpovídající dané salinitě inkluze (bod X). Další vývoj, nyní již homogenní inkluze, probíhá po isochoře "C". K zachycení tohoto typu inkluzí dochází obecně v poli "C" vymezeném zleva příslušným likvidem, zprava hraniční isochorou (Ts = Th, isochora "B").

Konkrétní PT podmínky zachycení jakékoli inkluze leží na odpovídající isochoře. Přesný průběh isochor (resp. iso-Th linií) je však znám pouze pro inkluze homogenizující prvým (resp. druhým) způsobem a pouze pro roztoky NaCl a koncentrace £ 40 hm. %. Experimentální data pro třetí způsob homogenizace jsou ojedinělá (40 hm. % NaCl – Bodnar 1994, 35 hm. % NaCl – Bodnar a Vityk in De Vivo a Frezzotti (1995) a zahrnují pouze sklon isolinií parciální homogenizace (mezi body X a Th(L-V) "C"). Nad bodem X jejich přesný průběh není zatím znám.

Salinita fluidní fáze se ve všech třech případech určuje podle teploty tání (rozpuštění) pevné fáze (Ts). Pro systém H2O - NaCl platí následující rovnice (Sterner et al. 1988) pro rozpustnost NaCl ve vodě v rozmezí teplot od peritektika (+0.1°C) po trojný bod NaCl (+801°C):

Salinita (hm. % NaCl) = 26.242 + 0.4928 Y + 1.42 Y2 - 0.223 Y3 + 0.04129 Y4 + 6.295 x 10-3 Y5 - 1.967 x 10-3 Y6 + 1.1112 x 10-4 Y7
(Kde Y = Ts-NaCl (°C)/100)

Rovnici nelze aplikovat na systémy, kde vedle NaCl je přítomen ještě jiný dceřiný minerál. V případě homogenizace typu ad A, ad B se vypočtená salinita vždy rovná salinitě skutečné. V případě ad C toto platí pouze pro roztoky o salinitě 50 hm. % (resp. blízké tomuto složení). Pro roztoky o salinitě nižší než 50 hm. % je skutečná salinita nižší než vypočtená, pro roztoky o salinitě vyšší je vyšší než vypočtená. Rozdíl může být až několik hm. %. Důvodem je rozdílný sklon linií likvidu (L+S® L) pro různé koncentrace NaCl (Obr. 14). Sklon linií likvidu je dán vztahem (Bodnar 1994):

dT/dP (°C/kbar) = -38.38 + 0.90 S - 0.0029 S
(Kde S = salinita v hm. % NaCl)

Obr. 14. Průběh křivek likvidu halitu v systému H2O - NaCl (pro 30 až 100 hm. % NaCl), podle Bodnar a Vityk in De Vivo a Frezzotti (1995).

Návrat na Obsah

    7.1.2.3.  Salinita inkluzí s dvěma dceřinými minerály (H2O - NaCl - KCl systém)

Fázové vztahy v párou saturovaném systému H2O - NaCl - KCl uvádí Sterner et al. 1988. Za vyšších teplot jsou v inkluzi přítomny dvě pevné fáze - halit (NaCl) a sylvín (KCl). Plynná a kapalná fáze homogenizují vždy za teplot vyšších než je teplota rozpuštění halitu (Ts-NaCl) i sylvínu (Ts-KCl). Popisované vztahy jsou analogické situaci "A" (systém H2O - NaCl, obr. 13).

Fázové vztahy za nízkých teplot jsou v následujícím popisu vynechány, pro určení salinity nejsou podstatné. Za vyšších teplot dochází k rozpouštění obou pevných fází (Obr. 15). Do doby než dojde k úplnému rozpuštění jedné z nich, se složení (salinita) kapalné fáze vyvíjí podél kotektické linie mezi polem KCl a NaCl (z bodu t0 do t1). Od okamžiku roztání jedné z fází (v daném případě KCl, bod t1) se složení roztoku dále vyvíjí po spojnici mezi fází která taje (v našem případě NaCl; NaCl vrchol však leží mimo zobrazenou oblast, spojnice proto nesměřuje do vrcholu zobrazeného trojúhelníka) a bodem roztání prvé pevné fáze (t1). K určení toho, která z obou kubických fází taje, může pomoci skutečnost, že sylvín taje rychleji než halit a že krystaly sylvínu mívají často zaoblené okraje. V okamžiku, kdy roztaje i zbývající pevná fáze (NaCl, bod t2), je salinita kapalné fáze již neměnná. V našem případě odpovídá 40 hm. % NaCl a 15 hm. % KCl.

Obr. 15. Výřez z projekce párou nasyceného povrchu systému H2O - NaCl - KCl. Zobrazeny jsou isotermy rozpouštění pevných fází (NaCl, KCl) a eutektický bod systému (E). Vývoj inkluze se dvěma dceřinými kubickými minerály a koncentrací 40 hm. % NaCl a 15 hm. % KCl během zahřívání z pokojové teploty na 400°C zahrnuje cestu t0 ® t1 ® t2. (Podle Shepherd et. al. 1985).

Předchozí stránka Obsah textu Následující stránka
FLUIDNÍ INKLUZE - úvodní stránka

Stránky najdete na adrese: http://www.natur.cuni.cz/ugmnz/mineral/inkluze.html
Autor: Jiří Zachariáš, Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy v Praze