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Exsolution in alkali feldspar

David Andreas Heuser

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (Dissertationsgebiet: Erdwissenschaften)

Betreuer*in

Rainer Abart

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DOI

10.25365/thesis.76265

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-14855.88045.754374-6

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Alkalifeldspat ist eines der am häufigsten vorkommenden Minerale in der Erdkruste. Er bildet eine binäre feste Lösung zwischen dem Na- und dem K-Endglied. Unterhalb von etwa 600 °C öffnet sich aufgrund seiner nicht idealen thermodynamischen Mischeigenschaften eine Mischungslücke. Wenn Alkalifeldspat mit intermediärer Na-K-Zusammensetzung von den hohen Temperaturen der magmatischen oder metamorphen Kristallisation in die Unmischbarkeitslücke abkühlt, entmischt er in ein lamellares Gefüge aus Na-reicheren und K-reicheren Alkalifeldspäten auf. Anfangs werden die Entmischungslamellen elastisch gedehnt, um eine kohärente Kristallstruktur an den lamellaren Grenzflächen zu erhalten. Die Gleichgewichtszusammensetzungen der kohärenten Entmischungslamellen definieren den kohärenten Solvus, dessen experimentelle Bestimmung und theoretische Berechnung im Mittelpunkt dieser Studie stehen. Na-K-Verteilungsexperimente zwischen NaCl-KCl-Salzschmelze und gut charakterisierten Alkalifeldspäten in Edelsteinqualität wurden bei Umgebungsdruck und verschiedenen Temperaturen durchgeführt und zur Kalibrierung eines thermodynamischen Mischungsmodells verwendet. Dieselben Alkalifeldspäte, die für die Verteilungsexperimente verwendet wurden, wurden experimentell entmischt, was zu kohärent miteinander verwachsenen Entmischungslamellen aus Na- und K-reichem Alkalifeldspat führte, deren Zusammensetzung mit Atomsondentomographie analysiert wurde. Auf diese Weise wurde der erste modellunabhängige, direkt gemessene kohärente Solvus für Alkalifeldspäte erzeugt. Die hervorragende übereinstimmung zwischen den gemessenen lamellaren Zusammensetzungen und dem kohärenten Solvus, der anhand des thermodynamischen Mischungsmodells berechnet wurde, das an demselben Feldspat kalibriert wurde, in Kombination mit einem Modell für die elastische Energie des lamellaren Verwachsens deutet darauf hin, dass das kombinierte thermodynamische und elastische Modell die Nicht-Idealität des Alkalifeldspat-Mischkristalls und die mit dem kohärenten Verwachsen verbundene elastische Energie angemessen beschreibt. Dies bietet eine solide Grundlage für Anwendungen der Geospeedometrie für gelöste Alkalifeldspäte.

Abstract

(Englisch)

Alkali feldspar is one of the most abundant minerals in the Earth’s crust. It forms a binary solid-solution between the Na and the K end member. Below about 600°C, a miscibility gap opens due to its non-ideal thermodynamic mixing properties. When alkali feldspar with intermediate Na-K composition cools from high temperatures of magmatic or metamorphic crystallization into the immiscibility gap, it exsolves into a lamellar microstructure of more Na-rich and more K-rich alkali feldspars. Initially, the exsolution lamellae are elastically strained to maintain a coherent crystal structure across the lamellar interfaces. The equilibrium compositions of coherent exsolution lamellae define the coherent solvus, the experimental determination and the theoretical calculation of which are at the core of this study. Na-K partitioning experiments between NaCl-KCl salt melt and well characterized gem-quality alkali feldspar were carried out at ambient pressure and different temperatures and used to calibrate a thermodynamic mixing model. The same alkali feldspars as used for the partitioning experiments were experimentally exsolved yielding coherently intergrown exsolution lamellae of Na- and K-rich alkali feldspar, the compositions of which were analysed with atom probe tomography. By this, the first ever model-independent directly measured coherent solvus for alkali feldspars was produced. Excellent agreement between the measured lamellar compositions and the coherent solvus calculated from the thermodynamic mixing model calibrated on the same feldspar combined with a model for the elastic energy of lamellar intergrowth indicates that the combined thermodynamic and elastic model adequately describe the non-ideality of the alkali feldspar solid-solution and the elastic energy associated with coherent intergrowth. This provides a sound basis for geo-speedometry applications of exsolved alkali feldspars.

Autor*innen

David Andreas Heuser

Haupttitel (Englisch)

Exsolution in alkali feldspar

Paralleltitel (Deutsch)

Entmischung in Alkalifeldspat

Publikationsjahr

2024

Umfangsangabe

149 Seiten : Illustrationen

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Harald Behrens ,

David Dolejs

Klassifikation

38 Geowissenschaften > 38.25 Petrologie. Allgemeines

AC Nummer

AC17242845

Utheses ID

69952

Studienkennzahl

UA | 796 | 605 | 426 |

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