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Lamellare Entmischung und Vergröberung in eisenfreiem Klinopyroxen

Styrsa, Volker Josef :
Lamellare Entmischung und Vergröberung in eisenfreiem Klinopyroxen.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2000)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Lamellare Entmischung und Vergröberung in eisenfreiem Klinopyroxen
Language: German
Abstract:

3 Ziel der vorliegende Arbeit war die genaue Untersuchung des Verlaufs der Entmischung und der Vergröberungskinetik unter isothermen Bedingungen in eisenfreiem synthetischem Klinopyroxen. Eine Grenze zwischen der Entmischung und der Vergröberung sollte definiert werden. Des Weiteren sollte untersucht werden, ob es prinzipielle Unterschiede im Verlauf der Entmischung und Vergröberung zwischen isothermen Experimenten und Kühlexperimenten gibt. Anhand dieser Daten können Abkühlgeschwindigkeiten für Chondren abgeschätzt werden (WEINBRUCH & MÜLLER, 1995). Chondren sind mikro- bis millimeter-große Silikatkügelchen. Sie sind der charakteristische Bestandteil von Meteoriten aus der Gruppe der Chondrite. Allgemein akzeptiert ist, dass die Chondren aus einer Schmelze entstanden sind (z.B. HEWINS, 1988). Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein Klinopyroxen mit einer Zusammensetzung von Ca0,549Mg1,451Si2O6 synthetisiert. Bruchstücke davon wurden isotherm bei 1100, 1200 oder 1300 °C getempert. Innerhalb einer weiteren Versuchsreihe wurden Proben linear abgekühlt. Material von einigen der gekühlten Proben wurde anschließend isotherm getempert. Der Verlauf der Entmischung konnte anhand der bei 1100 °C getemperten Proben aufgeklärt werden. Die Entmischung wurde in drei Stadien eingeteilt. Im ersten Stadium ist keine Phasentrennung feststellbar. Im zweiten Stadium werden überwiegend aperiodische und periodische Entmischungen und Entmischungslamellen von Diopsid und Pigeonit nach “100“ beobachtet. Während des dritten Stadiums der Entmischung ändert sich die Entmischungsrichtung und es entstehen periodische Lamellen nach “001“. Während der Dauer der Entmischung sind die Wellenlängen der Lamellen nach “001 beinahe konstant und die Phasengrenzen zwischen den Diopsid- und den Pigeonit-Lamellen unscharf. Mit Beginn der Vergröberung steigt die Wellenlänge der Lamellen nach “001“ stark an und die Phasengrenzen werden deutlich glatter. Im Beugungsbild in a*c*-Orientierung werden bei Beginn der Vergröberung nur noch a-Reflexe beobachtet, die parallel c* aufgespalten sind. Diese Kriterien ermöglichen eine Unterscheidung zwischen der Entmischung und der Vergröberung. Die in der vorliegenden Arbeit beobachtete Vergröberung der Lamellen nach “001“ läuft bei allen Temperaturen, bei denen isotherm getempert wurde, deutlich schneller ab, als von MCCALLISTERs (1978) beschrieben. Eine unabhängige Untersuchungen bei 1100 °C im Rahmen einer Diplomarbeit (GROHE, 1996) bestätigt die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit. Die Vergröberungskinetik wurde mit folgender Gleichung beschrieben (Der Exponent n hat einen Wert von etwa 3): ln – l0n = K (t – t0) Im Unterschied zu den isothermen Experimenten enthalten die gekühlten Proben vorwiegend entmischte und vergröberte Lamellen nach “100“. Nur wenige Proben enthalten auch Bereiche mit einigen Lamellen nach “001“. Weitere Probe zeigen „Tweed“-Muster oder weisen überhaupt keine Anzeichen für Entmischungen auf. Das zusätzliche Tempern der Proben bei 1200 °C ruft keine Änderung der Entmischungsrichtung oder eine Vergröberung der Lamellen nach “100“ hervor. Die Probe mit den entmischten „Tweed“-Mustern zeigte nach 72 h bei 1200 °C Lamellen nach “001“. Zusätzliches Tempern von Proben, die Lamellen nach “100“ enthalten bei 1300 °C führt zur Umwandlung der Lamellen nach “100“ in Lamellen nach “001“. Die Methode von WEINBRUCH und MÜLLER (1995) wird höhere Abkühlgeschwindigkeiten ergeben, wenn die neuen Daten für eine Modellierung verwendet werden. Die Größenordnung der Abkühlgeschwindigkeiten wird sich allerdings nicht ändern.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Summary The purpose of this thesis was to obtain an exact description of the exsolution and the coarsening kinetics in iron-free clinopyroxene under isothermal conditions. Furthermore a boundary between the exsolution process and the following coarsening should be found. Another question to be resolved was whether there are fundamental differences in exsolution and coarsening between isothermal annealed and linearly cooled samples. These data are the basis of an estimation of chondrule cooling rates (WEINBRUCH & MÜLLER, 1995). Chondrules are micro- to millimeter large spherical particles. They are characteristic components of chondritic meteorites. It is commonly accepted, that they were formed from a rapidly cooled silicatic melt (e.g. HEWINS, 1988). The synthetic starting material was a clinopyroxene of the composition Ca0,549Mg1,451Si2O6. Small particles of the starting material were isothermally annealed at three different temperatures (1100, 1200 and 1300 °C). During a second series of investigations these particles were linearly cooled. Material from several cooled samples was additionally annealed. The progress of the exsolution process under isothermal conditions could be resolved very well at 1100 °C. The microstructures, observed during the exsolution, were classified into three stages. During the first stage no phase separation occured. During the second stage of exsolution, phase separation was observed and non-periodic and periodic exsolutions and exsolved lamellae of diopside and pigeonite on “100” occured. During the third stage of exsolution, a change of direction of the exsolution was observed. Periodic exsolution lamellae on “001” were formed. During the exsolution these lamellae on “001” have almost constant wavelengths. The phase boundaries between the diopside and pigeonite lamellae are fuzzy. When the coarsening of the lamellae starts, the wavelengths of the exsolved lamellae enlarges and the phase boundaries between the diopside and pigeonite lamellae become remarkably smoother. The a-reflections of SAE-diffraction pattern of samples in a*c*-orientation split parallel c* when the coarsening process starts. The coarsening of lamellae on “001”, described in this thesis, propagate remarkably faster than described by MCCALLISTER (1978). This could be ascertained at all investigated temperatures. An investigation, which was performed within the scope of a Diplomarbeit (GROHE, 1996), confirms the results of this thesis. The coarsening kinetics could be described with the following equation (The exponent n has a value of about 3): ln – l0n = K (t – t0) In contrast to the isothermal annealed samples the cooled samples contain predominantly exsolved and coarsened lamellae on “100”. Only few samples contain areas with lamellae on “001”. Other samples contain “tweed”-pattern or do not show any sign of exsolution. Additional annealing at 1200 °C does not change the orientation of the exsolution lamellae. The sample which contained “tweed”-pattern exsolved lamellae on “001” during annealing for 72 h at 1200 °C. Additional annealing at 1300 °C of samples which contained exsolved lamellae on “100” changed the orientation of the lamellae. The lamellae were oriented on “001”. The method of WEINBRUCH and MÜLLER (1995) will yield higher cooling rates if the new data are used for the modeling. However, the order of the cooling will not change.English
Uncontrolled Keywords: Transmissionselektronenmikroskopie; Chondren; Lamellen; Abkühlungsgeschwindigkeiten
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Transmissionselektronenmikroskopie; Chondren; Lamellen; AbkühlungsgeschwindigkeitenGerman
transmission electron microscopy; pyroxenes; exsolution; lamellae; coarsening; chondrules; kinetics; cooling ratesEnglish
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 550 Geowissenschaften
Divisions: Fachbereich Material- und Geowissenschaften
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:20
Last Modified: 07 Dec 2012 11:46
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000070
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-709
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Weinbruch, Prof. Dr. Stephan and Müller, Prof. Dr. Wolfgang Friedrich
Advisors: Weinbruch, Prof. Dr. Stephan
Refereed: 4 July 2000
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/70
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