Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-339
Main Title: Structural and thermodynamic properties of Ca-Al-bearing amphiboles
Translated Title: Strukturelle und thermodynamische Eigenschaften von Ca-Al-haltigen Amphibolen
Author(s): Najorka, Jens
Advisor(s): Gottschalk, Matthias
Granting Institution: Technische Universität Berlin, ehemalige Fakultät VI - Bauingenieurwesen und Angewandte Geowissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: In dieser Arbeit wurden die Ca-Sr-Substitution und die Mg-Tschermaks Substitution (MgSi = AlAl) in dem Amphibol Tremolit sowie die Ca-Sr-Substitution in dem Pyroxen Diopsid experimentell untersucht. Die Amphibol- und Pyroxensynthesen wurden in Anwesenheit einer halogenidischen Lösung durchgeführt. Die Experimente zur Ca-Sr Substitution erfolgten bei 750°C und 200 MPa und die Experimente zur Mg-Tschermaks-Substitution bei 600-850°C und 200-2000 MPa. Sowohl Tremolit- als auch Diopsidstruktur erwiesen sich als flexibel für den vollständigen Ersatz des Ca durch Sr. Zwischen Tremolit und Sr-Tremolit existiert eine kontinuierliche Mischkristallreihe. (Ca,Sr)-Diopside konnten in den Bereichen von XSr = 0.00-0.31 und 0.90-1.00 synthetisiert werden. Mischkristalle entlang des Mg-Tschermaksvektors konnten zwischen Tremolit und Magnesiohornblende beobachtet werden. Die Gitterkonstanten von Tremolit und Diopsid verändern sich mit zunehmenden Sr-Einbau linear. Zunehmender Sr-Einbau führt zur Zunahme der Zellparameter a, b und ß im Tremolit sowie a und b im Diopsid, wobei sich ß im Diopsid verringert. Eine lineare Änderung konnte auch mit zunehmender Mg-Tschermakskomponente im Tremolit verzeichnet werden, wobei die Zellparameter a und b abnehmen und c und ß zunehmen. IR-Untersuchungen zeigten, daß der Einbau von Sr und Al im Tremolit eine komplexe Feinstruktur der OH-Streckschwingungsbande bewirkt. Die Feinstruktur konnte hierbei im (Ca,Sr)-Tremolit der Substitution von Sr, Ca, und Mg auf der M4-Position zugeordnet werden. Im Al-Tremolit wird die Feinstruktur durch Mg-Al-Substitution auf M2- und M3-Positionen sowie Si-Al-Substitution auf T1-Positionen verursacht. Quantitative Berechnungen zu den Bandenzuordnungen deuten hierbei auf eine statistische Verteilung von Sr, Ca, und Mg auf der M4-Position sowie von Mg und Al auf M2- und M3-Positionen im Tremolit hin. Das Verteilungsverhalten von Sr und Ca zwischen Tremolit, Diopsid und chloridischer Lösung wurde bei 750°C und 200 MPa untersucht. Sr fraktioniert hierbei stark in die Fluidphase. Die Mineral/Fluid-Verteilungskoeffizienten für Sr von D(Sr, Amphibol/Fluid) = 0.045 und D(Sr, Pyroxen/Fluid) = 0.082 wurden abgeleitet. Die Mischungsenergien in (Ca,Sr)-Tremolit- und (Ca,Sr)-Diopsid-Serie wurden mit einem regulären Mischungsmodell berechnet, wobei die Wechselwirkungsparameter von W (CaSr, Amphibol) = 9.8 kJ und W (CaSr, Pyroxen) = 11.7 kJ ermittelt wurden. Verschiedene ideale Mischungsmodelle wurden für die Mg-Tschermaks-Substitution entlang der Tremolit-Tschermakit-Mischkristallreihe getestet. Der beste Fit für die thermodynamischen Daten des Tschermakit wurde mit der Verwendung des two-site coupled Modells erzielt. Für Tschermakit konnte eine Standardbildungsenthalpie von -12528.3 ± 11.7 kJ/mol und eine Standardentropie von 556.5 ± 12.0 J/K/mol extrahiert werden.
The Ca-Sr and Mg-tschermaks (MgSi = AlAl) substitutions in tremolite, and the Ca-Sr substitution in diopside were experimentally investigated. Syntheses were performed in the presence of a halogenidic fluid. Experiments about Ca-Sr substitution were carried out at 750°C and 200 MPa and experiments about Mg-tschermaks substitution were carried out at 600-850°C and 200-2000 MPa. Both tremolite and diopside structures are flexible for a complete substitution of Sr for Ca. A continuous solid solution series exists between tremolite and Sr-tremolite. (Ca,Sr)-diopside solid solutions could be synthesized between XSr = 0.00-0.31 and 0.90-1.00. Along the Mg-tschermaks vector solid solutions between tremolite and magnesiohornblende were observed. The lattice parameters of tremolite and diopside are a linear function of the Sr-content. For (Ca,Sr)-tremolites the lattice parameters a, b and ß increase with increasing Sr-content. For (Ca,Sr)-diopsides a and b increase and ß decreases with rising Sr-content. Increasing Mg-tschermaks content in tremolite also changes the lattice parameters linearly, a and b decrease whereas c and ß increase. Complex fine structures of the OH stretching bands can be observed in IR spectra of (Ca,Sr)-tremolites and Al-tremolites. Fine structures were assigned to substitutions of Sr, Ca and Mg on M4 sites in (Ca,Sr)-tremolite, and to Mg-Al substitution on M2 and M3 sites and Si-Al substitution on T1 site in Al-tremolite. The assignments were supported by quantitative calculations, which indicate a statistical distribution of Sr, Ca and Mg on M4 sites and Mg and Al on M2 and M3 sites in tremolite. The distribution of Sr and Ca between tremolite, diopside and chloridic solution were investigated at 750°C and 200 MPa. Sr fractionates strongly into the fluid. The mineral/fluid partition coefficients for Sr are D(Sr amphibole/fluid) = 0.045 and D(Sr pyroxene/fluid) = 0.082. The mixing energies of (Ca,Sr)-tremolite and (Ca,Sr)-diopside series were calculated using a regular solution model. Interaction parameters of W(CaSr, amphibole) = 9.8 kJ and W(CaSr, pyroxene) = 11.7 kJ were derived. The thermodynamic properties of the tschermakite endmember and the mixing properties along the tremolite-tschermakite join were extracted from six exchange reactions. Ideal mixing models were tested for Mg-tschermaks substitution along the tremolite-tschermakite join. Best fits were obtained for a two-site coupled model, resulting in an enthalpy of formation of -12528.3 ± 11.7 kJ/mol and a standard entropy of 556.5 ± 12.0 J/mol/K for tschermakite endmember.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-2413
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/636
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-339
Exam Date: 16-Feb-2001
Issue Date: 10-Aug-2001
Date Available: 10-Aug-2001
DDC Class: 550 Geowissenschaften
Subject(s): Austauschsynthese
Ca-Sr-Substitution
Kristallchemie
Thermodynamik
Tremolit
Tschermaks-Substitution
Ca-Sr substitution
Crystal chemistry
Exchange synthesis
Thermodynamics
Tremolite
Tschermaks substitution
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