On olemassa kaksi ryhmää elementtejä, jotka mainitaan usein keskusteltaessa yhteensopimattomista hivenaineista. Ne ovat korkean kentän voimakkuuden elementtejä (HFS tai HFSE) ja suuria ionilitofiilielementtejä (LIL tai LILE).
Mitä nämä ryhmät ovat? Kuinka niitä käytetään geokemiassa ja petrologiassa?
Ensinnäkin, lyhyt esittely yhteensopimattomista elementeistä
Maapallon vaippa koostuu enimmäkseen mineraaleista oliviinista, pyrokseenista, anorttiitista, spinelistä ja granaatista. Nämä mineraalit on valmistettu alkuaineista Si, Al, Fe, Mg ja Ca. Alla olevassa kuvassa olen laittanut ne MRFE-kenttään (Mantle Rock Forming Elements). Hivenaineet, alkuaineet, joita esiintyy hyvin pieninä pitoisuuksina, eivät muodosta omia mineraalejaan, vaan ne sisällytetään tavallisten mineraalien kidehilaan. Tämä on helppoa tapauselementeillä, jotka jakavat säteen ja latautuvat pääelementtien kanssa, koska ne sopivat helposti kristallihilaan (esimerkiksi Ni oliviinissa, Cr kliopokseenissa).
Suurin osa alkuaineista kuitenkin piirtää kuvan MRFE-kentästä ja niitä pidetään yhteensopimattomina elementteinä. Toisin sanoen vaipan sulamisen yhteydessä nämä yhteensopimattomat elementit jakautuvat magmaan ja kulkeutuvat lopulta sen mukana, kun se muodostaa uusia kiviä (esimerkiksi basaltteja). Koska vaipan sulamisen erilaiset prosessit ja olosuhteet johtavat uusien kuvioiden ja yhteensopimattomien elementtien erilaisiin kuvioihin ja sisältöihin, voimme oppia vaipan sulamisprosessista tutkimalla näitä elementtejä helpommin lähestyttävissä kivissä (kuten basaltteja tulivuorissa).
Huomaa, että tarkoitan yhteensopimattomia alkuaineita yhteensopimattomina vaipan mineraalien suhteen. Joissakin kuoren kivissä K: sta, Na: sta ja Ti: stä tulee pääelementtejä. Tällöin MRFE tulisi nimetä uudelleen CRFE: ksi (Crustal Rock Forming Elements) ja laajentaa sisällyttämään myös nämä elementit.
HFSE ja LILE
Yhteensopimattomat elementit jaetaan sitten kahteen ryhmään: suuren kentän voimakkuuden elementit (HFS tai HFSE) ja suuret ion litofiilielementit (LIL tai LILE).
LIL-nimi kertoo osittain siitä, miksi niitä kutsutaan näin: LIL ovat todellakin suurempia kuin muut kationit. Ne ovat litofiilejä siinä mielessä, että ne eivät ole yhteensopivia ja lopulta rikastuvat kuoressa (myös litosfäärissä).
HFS on myös rikastettu kuoressa (lopulta), mutta niiden nimi johtuu niiden pienestä säteestä niiden korkeaan kationiseen varaukseen: z / r-suhde. Tämän seurauksena niiden sitoutuminen läheisiin anioneihin on erittäin vahva, toisin sanoen - niillä on suuri sähkökentän voimakkuus.
Kahden ryhmän välinen jako on määritelty arvolla z / r = 2,0, mutta koska tämä on jatkuva arvo, ei voida antaa tarkkaa teoreettista määritelmää rajan sijainnista. Historiallisesti REE: tä on pidetty LIL: nä. Nykypäivänä REE voidaan sulkea pois keskusteltaessa HFS: stä.
Miksi tarvitsemme kahta ryhmää?
Vaikka sekä LILE että HFSE käyttäytyä yhteensopimattomalla tavalla vaipan sulamisen aikana, niiden reaktio magmaattisiin prosesseihin on erilainen. HFSE ovat yleensä liikkumattomia: eli ne ovat enimmäkseen resistenttejä metamorfismille ja hydrotermisille muutoksille. Toisaalta LILE ovat nestemäisesti liikkuvia, ja hydrotermiset muutokset voivat muuttaa niiden sisältöä tutkitussa kalliossa. Koska HFSE on vastustuskykyinen näille prosesseille, niiden sisältö todennäköisesti edustaa alkuperäistä kalliota. Tämä on erittäin tärkeää: on mahdollista tarkastella kalliota muutetun mineraalikoostumuksen ja muunnetun pääelementin sisällön ulkopuolella. LIL voi opettaa meille päinvastoin - voimme oppia muutosprosesseista. Jos löydämme tuoreita kiviä ja löydämme poikkeavuuksia LIL-järjestelmistä, voimme oppia vaipassa tapahtuneista hydrotermisistä prosesseista, joita muuten ei voida nähdä.
Entä kuusiarvoiset kationit?
Luulisi, että kuusiarvoiset kationit, kuten Mo 6+ , Cr 6+ , V 6+ ja U 6+ pitäisi näkyä kuvassa myös kationeina, joissa on vielä enemmän HFS-merkkiä. Kuitenkin, kun he ovat kuusiarvoisessa tilassa, ne muodostavat anionisia komplekseja eivätkä käyttäydy kuten kuviossa olevat kationit.
Lisälukeminen
MIT OpenCourseWare - hivenaineiden geokemia
hivenaineiden käyttö magma-petrologiassa
Tietoja kuvasta
Innoittamana kuvan 2.2 julkaisusta Ore Deposit Geology / Scott . Tiedot luvusta Earth Scientistin jaksollisesta taulukosta alkuaineista ja niiden ioneista (myös doi)