Предлагаемая работа представляет полный систематический курс основ физической геохимии. В книге рассмотрены предмет и методы физической геохимии, как науки о физико - химических закономерностях образования минералов, горных пород и руд. Последовательно разбираются общие положения термодинамики равновесных природных систем, являющихся особым типом систем с вполне подвижными компонентами. Методом термодинамических потенциалов выведены главные термодинамические соотношения, характеризующие природные процессы, показано их применение.
Изложены основы термодинамики необратимых природных процессов, показано приложение методов необратимой термодинамики к решению геохимических и петрологических задач.
Систематически и подробно изложены вопросы теории, топологии, методы построения диаграмм, используемых в геохимии, петрологии, учении о минеральных месторождениях. В число их входят: диаграммы состав - парагенезис, диаграммы в координатах Т - х (диаграммы плавкости), р - х, μ - х, диаграммы однокомпонентных систем в координатах интенсивных параметров (μ - μ, Т - р и др.), диаграммы систем с летучими компонентами. Показаны способы построения различных систем многокомпонентных диаграмм и решения обратных задач (построение полных диаграмм по частным сечениям, в виде которых обычно представлены экспериментальные данные). Приведены наиболее значимые примеры природных диаграмм различных типов и на их примере обсуждаются важные геохимические и петрологические проблемы, такие как пути кристаллизации, отделение летучих от магм, влияние различных факторов на свойства расплавов и растворов.
Особый раздел посвящен закономерностям распределения компонентов между твердыми фазами, расплавами и растворами и использованию коэффициентов и констант распределения для определения физико - химических условий образования минералов, горных пород и руд.
Последняя глава посвящена использованию теории и методов физико - химических расчетов диаграмм и некоторых динамических задач. Приведены примеры расчета всех типов диаграмм. Обсуждаются подходы к компьютерному моделированию природных процессов.
Книга представляет новое расширенное изложение курса основ физической геохимии, преподаваемого автором с помощниками в течение 30 лет в МГУ, и предназначена для студентов, аспирантов и всех специалистов, занимающихся изучением физико-химических закономерностей природных процессов, одного из новых, быстро развивающихся направлений геологии. По широте охвата и глубине изложения рассмотренных вопросов книга не имеет аналогов в мировой литературе.
СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ.
ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.
ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ. ПРЕДМЕТ И МЕТОДЫ ФИЗИЧЕСКОЙ ГЕОХИМИИ.
1. ВВЕДЕНИЕ
2. ПРЕДМЕТ И МЕТОДЫ ФИЗИЧЕСКОЙ ГЕОХИМИИ
3. ЭМПИРИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ
ГЛАВА 2. ТЕРМОДИНАМИКА ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ.
Основные понятия
Первое начало
Второе начало
2. УСЛОВИЯ РАВНОВЕСИЯ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПОТЕНЦИАЛЫ СИСТЕМ.
Условия равновесия
Термодинамические потенциалы
Общие критерии равновесия и термодинамические потенциалы, число независимых параметров и правило фаз
3. СИСТЕМЫ С ВПОЛНЕ ПОДВИЖНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ - ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРИРОДНЫХ СИСТЕМ.
Термодинамические потенциалы и определение систем с вполне подвижными компонентами
Правило фаз в системах с вполне подвижными компонентами
Термодинамические потенциалы систем с ионизированными вполне подвижными компонентами
4. НЕКОТОРЫЕ ВАЖНЕЙШИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ
Термодинамические потенциалы как характеристические функции системы
Парциальные (мольные и удельные) термодинамические характеристики
Химический потенциал
Идеальные и реальные растворы
Уравнение смещенного равновесия и вытекающие из него законы
5. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПРИНЦИПЫ ТЕРМОДИНАМИКИ НЕОБРАТИМЫХ ПРОЦЕССОВ
Энтропия и термодинамические принципы необратимых процессов
Закон линейных соотношений и принцип взаимности
Стационарные состояния
Некоторые приложения термодинамики необратимых процессов
ГЛАВА 3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПАРАГЕНЕЗИСОВ МИНЕРАЛОВ.
1. ВВЕДЕНИЕ. ТИПЫ ДИАГРАММ.
2. ДИАГРАММЫ СОСТАВ-ПАРАГЕНЕЗИС.
Общая характеристика. Понятия о парагенезисе и минеральной фации
Методы графического изображения составов
Построение и анализ диаграмм состав-парагенезис
Об ACF, AFK, AFM и других подобных диаграммах
3. ДИАГРАММЫ ЗАВИСИМОСТИ ФАЗОВОГО (МИНЕРАЛЬНОГО) СОСТАВА И ФАЗОВЫХ РАВНОВЕСИЙ (ПАРАГЕНЕЗИСОВ) ОТ ИНТЕНСИВНЫХ И ЭКСТЕНСИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СИСТЕМ.
Графический образ термодинамического потенциала
Типы диаграмм и некоторые определения
Диаграммы плавкости систем с неограниченной растворимостью в жидком состоянии и с твердыми фазами постоянного состава (Диаграммы систем без соединений (с одной эвтектикой), Диаграммы систем без соединений, но с полиморфными переходами, Диаграммы систем с соединениями, плавящимися конгруэнтно, Диаграммы систем с соединениями, плавящимися инконгруэнтно, Диаграммы систем с ликвацией)
Диаграммы плавкости систем с твердыми фазами переменного состава. (Диаграммы плавкости систем с неограниченной растворимостью в твердом и жидком состояниях, Диаграммы плавкости систем с ограниченной растворимостью в твердом состоянии)
Влияние различных факторов на состояние диаграмм плавкости (Кислотно-основные взаимодействия компонентов в расплавах , Влияние давления, Влияние вполне подвижных компонентов , Влияние летучих компонентов и некоторые сведения о строении магматических расплавов, Влияние на кристаллизацию расплавов окислительно-восстановительных условий, Влияние кинетических и динамических факторов)
T-p и p-x диаграммы для области субсолидуса
4. ДИАГРАММЫ ЗАВИСИМОСТИ ФАЗОВЫХ РАВНОВЕСИЙ (ПАРАГЕНЕЗИСОВ) ОТ ИНТЕНСИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Типы диаграмм
Диаграммы с одной нонвариантной точкой (однопучковые диаграммы) (Теоретическое обоснование, Топология диаграмм, Топология диаграмм с сингулярными равновесиями, Расчет моновариантных реакций при помощи определителей, Примеры диаграмм в координатах интенсивных параметров)
Диаграммы мультисистем (с несколькими или многими нонвариантными точками) (Введение в теорию диаграмм, Топология диаграмм одновариантных мультисистем, Примеры диаграмм состояния одновариантных мультисистем, О многовариантных мультисистемах, Нелинейные мультисистемы)
5. ДИАГРАММЫ ЗАВИСИМОСТИ ФАЗОВЫХ РАВНОВЕСИЙ ОТ ИНТЕНСИВНЫХ И ЭКСТЕНСИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ (T-P-X ДИАГРАММЫ)
Типы диаграмм
Т-р-х диаграмма бинарной системы без критических явлений
T-p-x диаграмма бинарной системы с критическими явлениями
Особенности Т-р-х диаграмм многокомпонентных систем с летучими
6. Фазовое соответствие и экстремальные состояния
Термодинамические соотношения сосуществующих фаз
Распределение компонентов в гетерогенных системах
Приложение коэффициентов распределения к процессам магматической дифференциации (Вариации содержания редкоземельных элементов при магматической эволюции, Вариации распределения элементов при кристаллизации (возникновении) магматических тел)
Диаграммы фазового соответствия (Способы изображения сосуществующих составов, Диаграммы фазового соответствия и проблема миналов, Диаграммы фазового соответствия в системах с вполне подвижными компонентами)
Экстремальные состояния в фазовых равновесиях
ГЛАВА 4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ.
1. ВВЕДЕНИЕ.
2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА ФАЗОВЫХ РАВНОВЕСИЙ.
3. ПРИМЕРЫ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ.
Т-х диаграммы плавкости
Т-р диаграммы твердофазовых реакций
Обменные реакции фазового соответствия
Т-р диаграммы реакций гидратации (дегидратации)
Т-р диаграммы реакций карбонатизации (декарбонатизации)
Т-р диаграммы дегидратации и декарбонатизации в присутствии флюида Н2О и СО2.
Диаграммы зависимости равновесий от летучести (парциальных давлений) и активности компонентов
Еh-pH диаграммы
О расчетах других типов диаграмм
ВМЕСТО ЗАКЛЮЧЕНИЯ.
ЛИТЕРАТУРА.
|
