زمین پاک

واژه های پتانسیل شیمیایی، فعالیت شیمیایی و فوگاسیتی در بحثهای مرتبط با محلول های هیدروترمال و آلتراسیون های مرتبط با آنها شامل دیدگاه شیمی فیزیکی (Physical chemistry) ، تعادل شیمیایی و ترمودینامیک به کرار استفاده میشوند.

توانایی (استعداد) یک ترکیب در واکنش دادن با تریبات دیگر پتانسیل شیمیایی نامیده شده و نمایانگر سطح خاصی از انرژی یک ترکیب در یک فاز می باشد. پتانسیل شیمیایی مشابه انرژی پتانسیل جاذبه می باشد که در آن پایدار ترین حالت متعلق به پایین ترین پتانسیل می باشد. پتانسیل شیمیایی توسط فرمول زیر تعریف می شود:

μ_a=(dG/dX_a)_(P,T);X_b,X_c etc

در معادله بالا، پتانسیل شیمیایی ماده a برابر است با تغییرات تابع حالت گسترده G  (انرژی  داخلی، حجم، جرم) ایجاد شده توسط اضافه شدن مقدار کمی ماده a در حالیکه فشار و حرارت (P&T) و تمام مواد دیگر (a, b, etc) ثابت باقی می مانند(Best 1982) . پتانسیل شیمیایی آب در یک مذاب سیلیکاتی آبدار در حالت تعادل برابر است با پتانسیل شیمیایی بخارآب، که به عبارت دیگر برابر است با پتانسیل آب در کانیهای آبدار(Best 1982).

فعالیت گونه های شیمیایی توسط a معنا شده و تقریبا متناسب است با تمرکز این ماده و بصورت مول در لیتر بیان می شود. در محلول های جامد و یا مخلوطی از مایعات،فعالیت شمیایی با کسر مولی جزء اصلی در ارتباط می باشد (در علم شیمی کسر مولی  برابر است با مقدار جزء اصلی ( محلول)  تقسیم بر مقدار کل همه اعضای مخلوط   ).

فعالیت شیمیایی در گازها تقریبا برابر با فشار نسبی آنهاست (Rose et al. 1979 و توسط فرمول زیر بیان میشود:

a=m 

m تمرکز و a ضریب فعالیت می باشند(Hemley and Jones 1964).

فوگاسیتی اندازه تمایل یک گاز یا بخار به فرار و خروج از رفتار ایده آل می باشد. در مخلوطی از گازها، فوگاسیتی یک گاز نسبتی است از کسر مولی آن گاز، یا تمرکز آن در مخلوط در فشار کل. بر اساس رابطه: 

₍f =X _(P,T

فوگاسیتی منحصر به گازها نبوده و در مورد جامدات و مایعات نیز بکار برده می شود که در این صورت فوگاسیتی برابر است با میزان جریان یک ماده از پتانسیل بالا به پایین ( زیاد به کم).

فوگاستیه اکسیژن  که برای اولین بار توسط اوگستر و وونز در سال 1963[1] معرفی گردید عبارت است از یک متغیر که پتانسیل اکسیداسیون را در فشار نسبی اکسیژن کنترل می کند. فوگاستیه اکسیژن از لحاظ سنگ شناسی مهم بوده و بصورت مستقیم با نوع حضور آهن در فاز اکسیدی و یا احیایی مرتبط می باشد. این فوگاسیتی معمولا توسط بافرهایی نظیر فایالیت، مگنتیت-کوارتز (FMQ) و یا  نیکل- اکسید نیکل (Ni-NiO) کالیبره می شود. در f O₂  پایین، آهن در حالت خالص خود ( به مانند شهاب سنگها و هسته زمین) و در فوگاستیه اکسیژن بالاتر، آهن دوظرفیتی حضور داشته به مانند واکنش زیر که با عنوان QIF شناخته می شود(Frost 1981).

Fe₂SiO₄ ↔ 2Fe+ SiO₂+ O₂

در  f O₂ بالاتر آهن به هر دو صورت 2 و 3 بار مثبت وجود داشته و تشکیل مگنتیت می دهد (واکنش FMQ )

2Fe₃O₄ + 3SiO₂↔3Fe₂SiO₄+O₂

و اما در فوگاسیتی اکسیژن بازهم بالاتر آهن دو بار مثبت تشکیل هماتیت می دهد (واکنش HM)

6Fe₂ O₃↔ 4Fe₃ O₄+O₂

در سیستم Fe-O-SiO₂ ، واکنش های FMQ و IQF مرزهای بالایی و پایینی فوگاسیته اکسیژن برای فایالیت و MH مرز بالایی این فوگاسیتی برای مگنتیت می باشد. واکنش های IQF, FMQ و MH بافرهای اکسیژن نامیده می شود.

فوگاسیتی اکسیژن همچنین برای شناسایی ترکیب سیالات مرتبط با سنگهای آذرین و دگرگونی نیز مهم می باشد(Frost 1981). میزان آهن موجود در ماگما هویت اکسیدی و یا احیایی سیالات ماگمایی را مشخص کرده و یا به عبارت دیگر نوع سیستم کانه زایی را مشخص می کند. میزان اکسایش توده های نفوذی بصورت قابل توجهی به فراوانی مگنتیت و ایلمنیت بستگی داشته و می تواند به دو دسته کاهش یافته ( سری ایلمنیت یا نوع S) و یا اکسید شده (مگنتیت و یا نوع  I) تقسیم بندی شود (Lang and Baker 2001).

دیاگرام زیر رابطه بین محتوای آهن و فوگاسیته اکسیژن را نشان می دهد که بر روی آن موقعیت ماگماهای آلکالن احیایی جداشده از گوشته حاوی کانه سازی قلع و تنگستن و ماگماهای کالک آلکالن اکسیده حاوی کانی سازی مس-مولیبدن یا مس مشخص شده است(lang and Baker 2001).