ΥΛΙΚΑ ΤΗΣ ΓΗΣ ΙI : Κρυσταλλοχημεία και Συστηματική των Ορυκτών 4 η Διάλεξη: Διάκριση Αστρίων ΔΙΔΑΣΚΩΝ : Δ. ΠΑΠΟΥΛΗΣ Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Γεωλογίας

ΣΚΟΠΟΙ ΕΝΟΤΗΤΑΣ Διάκριση αλκαλικών αστρίων και πλαγιοκλάστων Η συμμετρία στους άστριους και πως προκύπτει Διδυμίες που εμφανίζονται στους άστριους και πως δημιουργούνται Εμφανίσεις και χρήσεις αστρίων 2

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΝΟΤΗΤΑΣ ΤΕΚΤΟΠΥΡΙΤΙΚΑ ΟΡΥΚΤΑ (FRAMEWORK SILICATES) ΆΣΤΡΙΟΙ 3

ΤΕΚΤΟΠΥΡΙΤΙΚΑ ΟΡΥΚΤΑ  Όλες οι κορυφές του τετραέδρου ενωμένες με γειτονικά τετράεδρα  Τύπος Si-O : SiO 2  Αντικατάσταση Si από Al σε αναλογία 1:1 (AlSiO 4 ) -1 ή  Αντικατάσταση Si από Al σε αναλογία 3:1 (AlSi 3 O 8 ) -1  Αναλογία Si(±Al)/O=1/2 4

ΑΣΤΡΙΟΙ (FELDSPARS)  Τα πιο άφθονα ορυκτά στο φλοιό της Γης  Τι ομοιότητα έχουν με τα ορυκτά του SiO 2 ; 5

ΔΙΑΦΟΡΑ ΑΣΤΡΙΩΝ – ΟΡΥΚΤΩΝ SIO 2  25% - 50% των τετραεδρικών θέσεων καταλαμβάνονται από Al +3 σε αντικατάσταση του Si +4  Προκαλώντας περίσσεια αρνητικού φορτίου στο δίκτυο των τετραέδρων (Si,Al)O 2  Το φορτίο αυτό εξουδετερώνεται με εισαγωγή κατιόντων (κυρίως Na +, K +, Ca +2 ) 6

ΔΙΑΚΡΙΣΗ ΑΣΤΡΙΩΝ Δύο ομάδες με βάση τα κατιόντα που καταλαμβάνουν την Α θέση  Αλκαλικοί Άστριοι  Πλαγιόκλαστα 7

ΑΛΚΑΛΙΚΟΙ ΑΣΤΡΙΟΙ (ALKALI FELDSPARS) Στερεό διάλυμα με ακραία μέλη :  NaAlSi 3 O 8 (Αλβίτης)  KAlSi 3 O 8 (Ορθόκλαστο) 8

ΠΛΑΓΙΟΚΛΑΣΤΑ (PLAGIOCLASES) Στερεό διάλυμα με ακραία μέλη :  NaAlSi 3 O 8 (Αλβίτης)  CaAl 2 Si 2 O 8 (Ανορθίτης) 9

ΠΛΑΓΙΟΚΛΑΣΤΑ - ΑΛΒΙΤΗΣ Αλβίτης (An 0-10 ή Ab ) (Παπούλης Δ., 2015) 10

ΠΛΑΓΙΟΚΛΑΣΤΑ - ΑΝΟΡΘΙΤΗΣ Ανορθίτης (An ή Ab 10-0 ) (Παπούλης Δ., 2015) 11

ΑΛΚΑΛΙΚΟΙ ΑΣΤΡΙΟΙ - ΟΡΘΟΚΛΑΣΤΟ Ορθόκλαστο (KAlSi 3 O 8 ) (Παπούλης Δ., 2015) 12

ΑΛΚΑΛΙΚΟΙ ΑΣΤΡΙΟΙ - ΜΙΚΡΟΚΛΙΝΗΣ Μικροκλινής (KAlSi 3 O 8 ) (Παπούλης Δ., 2015) 13

ΓΕΝΙΚΟΣ ΤΥΠΟΣ - ΑΤ 4 Ο 8 Α θέση: Μεγάλη κενή περιοχή, ακανόνιστου σχήματος με αριθμό συνδιάταξης 9 που συνήθως καταλαμβάνεται από Na +, K +, Ca +2 (σε μικρότερο βαθμό από Ba +2, Sr +2 ) Τ θέση: Τετραεδρική, που καταλαμβάνεται από Si +4, Al +3 και σπάνια από Fe +3 14

ΣΑΝΙΔΙΝΟ  Σανίδινο (KAlSi 3 O 8 ): Ο άστριος με τη μεγαλύτερη συμμετρία (μονοκλινές)  Η δομή των υπολοίπων μπορεί να προέλθει από την παραμόρφωση του πλέγματος του σανίδινου 15

ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ ΑΣΤΡΙΩΝ Παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται το είδος του άστριου που θα σχηματιστεί  Θερμοκρασία 16

ΜΕ ΠΟΙΟΝ ΤΡΟΠΟ; Σε υψηλή θερμοκρασία υπάρχει πλήρες στερεό διάλυμα μεταξύ Αλβίτη και Ορθόκλαστου Σε χαμηλή θερμοκρασία υπάρχουν μόνο τα ακραία μέλη (Αλβίτης ή Ορθόκλαστο) Τα ασβεστούχα πλαγιόκλαστα σχηματίζονται σε υψηλότερες θερμοκρασίες από τα νατριούχα 17

ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗ ΣΥΜΜΕΤΡΙΑ ΤΩΝ ΑΣΤΡΙΩΝ I.Το κατιόν που εξισορροπεί το φορτίο (Na +, K +, Ca +2 ) II.Ο τρόπος κατανομής των Si και Al στο πλέγμα III.Συνδυασμός των δύο παραπάνω 18

Ι. ΤΟ ΚΑΤΙΟΝ ΠΟΥ ΕΞΙΣΟΡΡΟΠΕΙ ΤΟ ΦΟΡΤΙΟ (NA +, K +, CA +2 )  Με τη μείωση της θερμοκρασίας, οι δομές των «κεντρικών αγωγών» καταρρέουν γύρω από τα κατιόντα  Όσο μεγαλύτερο το μέγεθος του ιόντος, τόσο μικρότερη η κατάρρευση  Τα μεγάλα ιόντα (Κ +, Ba + ) εμποδίζουν την κατάρρευση  Η ύπαρξη Na + ή Ca +2 ευνοεί τη μείωση της συμμετρίας στο τρικλινές 19

ΙΙ. Ο ΤΡΟΠΟΣ ΚΑΤΑΝΟΜΗΣ ΤΩΝ SI ΚΑΙ AL ΣΤΟ ΠΛΕΓΜΑ 1 ος Πλήρης αταξία. Το Al μπορεί να κατανέμεται οπουδήποτε στις τετραεδρικές θέσεις (σε συνολική αναλογία 25% ή Al/Si 1/3) 2 ος Όλο το Al κατανέμεται μόνο στις Τ 1 θέσεις σε ποσοστό 50% αυτών (σε συνολική αναλογία 25% ή Al/Si 1/3) 3 ος Το Al κατανέμεται μόνο σε μία από τις δύο Τ 1 θέσεις σε ποσοστό 100% (σε συνολική αναλογία 25% ή Al/Si 1/3) 4 ος Πλήρης τάξη. Το Al κατανέμεται εξίσου σε όλες τις Τ θέσεις σε ποσοστό 50% (σε συνολική αναλογία 50% ή Al/Si 1/1. Συστηματική εναλλαγή Si και Al στα τετράεδρα) 20

Η ΣΥΜΜΕΤΡΙΑ ΣΤΟΥΣ ΑΛΚΑΛΙΚΟΥΣ ΑΣΤΡΙΟΥΣ  Το σανίδινο (KAlSi 3 O 8 ) σχηματίζεται σε υψηλές θερμοκρασίες (ηφαιστειακά πετρώματα)  1 ος τρόπος κατανομής Si-Al (πλήρης αταξία)  Μονοκλινές κρυσταλλικό σύστημα  Το Κ + εμποδίζει την κατάρρευση και την μείωση της συμμετρίας  Αλλά στους 450 o C αρχίζει ταξιθέτηση του Al (πολύ αργή διαδικασία περιλαμβάνει σπάσιμο ισχυρών δεσμών Al-O και Si-O) 21

Η ΣΥΜΜΕΤΡΙΑ ΣΤΟΥΣ ΑΛΚΑΛΙΚΟΥΣ ΑΣΤΡΙΟΥΣ (ΣΥΝΕΧΕΙΑ)  Αν η διαδικασία ανακατανομής του Al περιοριστεί σε ενδιάμεσες θερμοκρασίες, η ταξιθέτηση του είναι περιορισμένη τοπικά  2 ος τρόπος κατανομής Si-Al  Παραμένει η μονοκλινής συμμετρία στο σύνολο του κρυστάλλου  ΟΡΘΟΚΛΑΣΤΟ  Αν πραγματοποιηθεί πιο εκτεταμένη ταξιθέτηση του Al τότε η συμμετρία μεταπίπτει σε τρικλινή  3 ος τρόπος κατανομής Si-Al (μέγιστη δυνατή τάξη Si-Al σε αλκαλικούς άστριους)  ΜΙΚΡΟΚΛΙΝΗΣ 22

ΣΥΣΤΑΤΙΚΟ ΧΑΣΜΑ NA-ΟΥΧΩΝ ΚΑΙ K-ΟΥΧΩΝ ΜΕΛΩΝ Που οφείλεται το συστατικό χάσμα Na-ούχων και K-ούχων μελών των αλκαλικών αστρίων στις χαμηλές θερμοκρασίες;  Στις υψηλές θερμοκρασίες η δομή του αστρίου είναι αρκετά διευρυμένη, με αποτέλεσμα η διαφορά μεγέθους των ιόντων Na + - K + να μην είναι ανασταλτική για την δημιουργία στερεού διαλύματος  Στις χαμηλές θερμοκρασίες η δομή του αστρίου καταρρέει και δεν υπάρχει χώρος για εκτεταμένη αντικατάσταση ιόντων Na + ↔ K + 23

ΑΠΟΜΙΞΗ ΤΩΝ ΑΛΚΑΛΙΚΩΝ ΑΣΤΡΙΩΝ  Περθίτης : Απόμιξη στενών γραμμωτών λωρίδων Αλβίτη από κρύσταλλο Κ-Άστριου (Ορθόκλαστου)  Αντιπερθίτης : Απόμιξη στενών γραμμωτών λωρίδων Ορθόκλαστου από κρύσταλλο Αλβίτη 24

Η ΣΥΜΜΕΤΡΙΑ ΣΤΑ ΠΛΑΓΙΟΚΛΑΣΤΑ  Ακραία μέλη: Αλβίτης (NaAlSi 3 O 8 )- Ανορθίτης (CaAl 2 Si 2 O 8 )  Αντικατάσταση: Ca +2 + Al +3 ↔ Na + + Si +4  Τα μικρά ιόντα Na +, Ca +2 δεν μπορούν να παρεμποδίσουν την κατάρρευση με τη μείωση της θερμοκρασίας  Η συμμετρία «κλονίζεται» και από την ταξιθέτηση του Al 25

Η ΣΥΜΜΕΤΡΙΑ ΣΤΑ ΠΛΑΓΙΟΚΛΑΣΤΑ – ΑΛΒΙΤΗΣ (NaAlSi 3 O 8 ) Υψηλός Αλβίτης: Υψηλής θερμοκρασίας πολύμορφο  Μονοκλινής δομη (όμοια με σανίδινο)  1 ος τρόπος κατανομής Si-Al (μέγιστη αταξία) Χαμηλός Αλβίτης: Κάτω από τους 980 o C μεταπίπτει σε τρικλινή συμμετρία, λόγω:  Κατάρρευσης της δομής γύρω από το Na +  Ταξιθέτησης του Al με τον 3 ο τρόπο 26

Η ΣΥΜΜΕΤΡΙΑ ΣΤΑ ΠΛΑΓΙΟΚΛΑΣΤΑ – ΑΝΟΡΘΙΤΗΣ (CaAl 2 Si 2 O 8 )  Κατάρρευσης της δομής γύρω από το Ca +2 σε οποιαδήποτε θερμοκρασία  Ταξιθέτησης του Al με τον 4 ο τρόπο (μέγιστη τάξη Si- Al) Τρικλινές κρυσταλλικό σύστημα 27

ΜΕΓΙΣΤΗ ΤΑΞΗ - ΧΕΙΡΟΤΕΡΗ ΣΥΜΜΕΤΡΙΑ; Πως γίνεται η μέγιστη τάξη να οδηγεί σε χειρότερη συμμετρία; Η αναλογία 1/1 ή 2/2 Si/Al στον ανορθίτη οδηγεί στην «περιστροφή» γειτονικών κυψελίδων στον άξονα c 28

ΤΑ ΠΛΑΓΙΟΚΛΑΣΤΑ ΣΧΗΜΑΤΙΖΟΥΝ ΠΑΝΤΑ ΣΤΕΡΕΟ ΔΙΑΛΥΜΑ Παρόλο που η υποκατάσταση : Na + + Si +4 ↔ Ca +2 + Al +3 είναι πολύ περίπλοκη Δηλαδή για κάθε ανταλλαγή ενός Na + από ένα Ca + απαιτείται ταυτόχρονα και υποκατάσταση ενός Si +4 από ένα Al +3. Άρα σπάσιμο των δεσμών του τετραέδρου Όμως το Na + και το Ca +2 έχουν παρόμοιο μέγεθος 29

Η ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ  Τα πιο Ca-ούχα πλαγιόκλαστα σχηματίζονται σε υψηλότερες θερμοκρασίες  Με μείωση της θερμοκρασίας σχηματίζονται τα πιο Na-ούχα μέλη 30

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ ΑΥΤΗΣ ΤΗΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΑΣ  Είναι το φαινόμενο της ζώνωσης των πλαγιοκλάστων  Κατά την κρυστάλλωση των πλαγιοκλάστων σχηματίζονται πυρήνες πλούσιοι σε Ca και περιθώρια ολοένα πλουσιότερα σε Na 31

Ο ΑΝΟΡΘΙΤΗΣ ΚΑΙ ΤΟ ΟΡΘΟΚΛΑΣΤΟ Ο Ανορθίτης και το ορθόκλαστο δεν σχηματίζουν στερεό διάλυμα. Γιατί; Περίπλοκη η υποκατάσταση K + + Si +4 ↔ Ca +2 +Al +3 Και πολύ διαφορετικό το μέγεθος των ιόντων K +, Ca +2 32

Η ΔΙΔΥΜΙΑ ΣΤΟΥΣ ΑΣΤΡΙΟΥΣ  Αποτέλεσμα της συμμετρίας της εσωτερικής δομής των κρυστάλλων  Οι δίδυμοι κρύσταλλοι είναι στην πραγματικότητα ένας κρύσταλλος, ο οποίος έχει υποδιαιρεθεί σε δύο ή περισσότερα τμήματα  Σε καθένα από τα οποία, το κρυσταλλικό πλέγμα έχει διαφορετικό προσανατολισμό σε σχέση με τα άλλα  Διδυμία κατά τον Αλβιτικό νόμο (πολυσυνθετική ή πολυδιδυμία) 33

Η ΔΙΔΥΜΙΑ ΣΤΟΥΣ ΑΣΤΡΙΟΥΣ 2  Επίπεδα κατοπτρικά στο (010)  Εμφανίζεται στα Πλαγιόκλαστα (Τρικλινής συμμετρία)  Αποτέλεσμα του μετασχηματισμού από την αρχική μονοκλινή στην Τρικλινή συμμετρία.  Διδυμία κατά τον Περικλινικό νόμο  Διπλή στροφή στον άξονα b  Εμφανίζεται στο Μικροκλινή (Τρικλινής συμμετρία) 34

Η ΔΙΔΥΜΙΑ ΣΤΟΥΣ ΑΣΤΡΙΟΥΣ 3  Αποτέλεσμα του μετασχηματισμού από την αρχική μονοκλινή στην Τρικλινή συμμετρία.  Διδυμία κατά Carlsbad (απλή διδυμία)  Διπλή στροφή στον άξονα c  Εμφανίζεται στους τρικλινείς και μονοκλινείς αστρίους  Δημιουργείται κατά την κρυστάλλωση του ορυκτού.  Διδυμία κατά Baveno (απλή διδυμία)  Κατοπτρισμός στο (021) 35

Η ΔΙΔΥΜΙΑ ΣΤΟΥΣ ΑΣΤΡΙΟΥΣ 4  Εμφανίζεται στους τρικλινείς και μονοκλινείς αστρίους  Δημιουργείται κατά την κρυστάλλωση του ορυκτού.  Διδυμία κατά Manebach (απλή διδυμία)  Κατοπτρισμός στο (001)  Εμφανίζεται στους τρικλινείς και μονοκλινείς αστρίους  Δημιουργείται κατά την κρυστάλλωση του ορυκτού. 36

ΑΣ ΣΚΕΦΤΟΥΜΕ Υπάρχει μια ποικιλία Κ-Αστρίου, το Αδουλάρια, όμοια με τον Μικροκλινή, που σχηματίζεται σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες Πως δικαιολογείται το γεγονός ότι ποτέ δεν εμφανίζει διδυμία Αλβιτικού ή Περικλινικού νόμου; Παρόλο που είναι Κ-άστριος, παρουσιάζει τρικλινή συμμετρία από τη στιγμή της γένεσης του, επειδή σχηματίστηκε κάτω από το θερμοκρασιακό όριο μετάπτωσης από την μονοκλινή στην τρικλινή συμμετρία 37

ΠΕΡΙΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΠΛΑΓΙΟΚΛΑΣΤΟΥ ΣΕ An, Ab και Or 38

ΠΕΡΙΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΠΛΑΓΙΟΚΛΑΣΤΟΥ Η περιεκτικότητα του πλαγιόκλαστου σε Ανορθίτη, Αλβίτη και Ορθόκλαστο αντίστοιχα υπολογίζεται ως εξής:  An=100xCa/(Ca+Na+K)  Ab=100xNa/(Ca+Na+K)  Or=100xK/(Ca+Na+K) 39

ΚΟΙΤΑΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΕΜΦΑΝΙΣΕΙΣ ΑΣΤΡΙΩΝ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ  Η παραγωγή των αστρίων γίνεται στη Β. Ελλάδα.  Το 50 % της παραγωγής εξάγεται στην Ιταλία και το υπόλοιπο καλύπτει τις ανάγκες της εγχώριας κεραμικής βιομηχανίας  Στο οφιολιθικό σύμπλεγμα του Σουφλίου, στη Λεπτοκαρια Έβρου, αλλά και σε άλλες περιοχές υπάρχουν φλέβες πλούσιες σε αστρίους χωρίς να γίνεται καμία εκμετάλλευση. Έτσι οι εγχώριες ανάγκες καλύπτονται, σε σημαντικό βαθμό με εισαγωγές. 40

ΟΙ ΚΥΡΙΟΤΕΡΕΣ ΧΡΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΑΣΤΡΙΩΝ  Κατασκευή κεραμικών προϊόντων  Κατασκευή υαλουργικών προϊόντων  Ως πληρωτικών υλικών για ελαστικά, καθαριστικά (υγρά ή σκόνης), πλαστικά, στεγανωτικά, χρώματα κ.α.) Η κατασκευή κεραμικών προϊόντων και υαλουργικών προϊόντων αποτελεί το % της συνολικής παραγωγής. 41

ΤΕΛΟΣ ΕΝΟΤΗΤΑΣ 42

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Αθηνών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 43

Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Πατρών, Δ. Παπούλης (Επίκουρος Καθηγητής). «Υλικά της Γης ΙΙ: Κρυσταλλοχημεία και Συστηματική των Ορυκτών. Διάλεξη 4 η ». Έκδοση: 1.0. Πάτρα Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: 44

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. 45

Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων Όλες οι εικόνες που περιέχονται στην ενότητα 4 προέρχονται από το προσωπικό αρχείο του κ. Δημητρίου Παπούλη. Τέλος Ενότητας 46