地幔相变是什么意思?

Question

相变通常是指从液相转变为固相。但在地质学文献中，我们会遇到从一种矿物到另一种矿物的过渡。例如在410千米处橄榄石-尖晶石转变。

这种转变与其他相变有什么区别，比如固体-液体，液体-气体或固体-气体转变?

Answer 1

我想补充一下戈登的回答。在这种情况下，相变不仅指物质状态的变化(例如液体变为固体)，而且还指不同固体状态的变化。

橄榄石，$\ce{(Mg,Fe)2SiO4}$，是一种稳定的镁质硅酸盐，其压力可低至地球表面以下约410公里的深度。由于地幔主要由镁、硅和氧组成，这种矿物是那里的主要相(或矿物)之一。但在410千米以下会发生什么呢?利用地球物理方法，我们知道大块地幔的性质发生了一些变化:

密度和地震速度有“跳跃”。从实验工作中，我们知道橄榄石在这些压力下会转变为沃德氏橄榄石和林木橄榄石。瓦氏硅长石和菱木长石的化学性质与橄榄石相似，它们的成分也是$\ce{(Mg,Fe)2SiO4}$。然而，由于高压作用，它们的结构从橄榄石结构转变为密度更大、更致密的尖晶石结构。注意，这不是尖晶石矿物($\ce{MgAl2O4}$)，而是橄榄石组成，其中的离子排列方式与尖晶石中的离子排列方式相同。

在660公里处，“尖晶石”橄榄石转变为“钙钛矿”橄榄石，导致第二次不连续。这种钙钛矿不是矿物钙钛矿($\ce{CaTiO3}$)，而是具有钙钛矿结构的硅酸镁($\ce{(Mg,Fe)SiO3}$)。以下是你在地幔中发现的相(即矿物质)的摘要:

这两个数字都来自于此优秀的Uni Münster网站，在那里你可以看到高分辨率的数据，并阅读更多有关它的信息。

Answer 2

“相变”并不仅仅指液体-气体-固体的变化。它还包括矿物晶格结构，以响应不同的压力-温度条件。在pH值、氧化还原和通量浓度的变化下，还可能发生其他固体-固体转变。在后一种情况下，通量通常是高温水CO₂， F, Cl, B和一些更奇特的催化剂。

在液-气-固相变化的情况下，有三个三相点，所有三个相都存在于特定的位置P- - - - - -T这些阶段之间的区别开始模糊。

随着地球深度的增加，压力也随之增加，产生了几种潜在的相变，其中橄榄石-尖晶石相变最为明显，因为橄榄石是外地幔的主要成分。