التوافق (الكيمياء الجيولوجية)

في المعادن، تتوزع جميع العناصر تقريباً بشكل غير متساوٍ بين الطورين الصلب والسائل. تُعرف هذه الظاهرة بالتجزئة الكيميائية ، ويمكن وصفها بثابت التوازن .${\displaystyle K}$الذي يحدد توزيعًا ثابتًا لعنصر ما بين أي طورين في حالة اتزان . ^{[ 1 ]} ثابت التوزيع${\displaystyle K_{D}}$يُستخدم هذا المصطلح لتحديد العلاقة بين الطورين الصلب والسائل في التفاعل. وتمثل هذه القيمة في جوهرها نسبة تركيز عنصر ما بين طورين، وعادةً ما يكون ذلك بين الطورين الصلب والسائل في هذا السياق. ويُشار إلى هذا الثابت غالبًا باسم${\displaystyle D}$عند التعامل مع العناصر النزرة ، حيث

${\displaystyle K_{D}={\frac {C_{S}}{C_{L}}}={\frac {X_{i}^{solid}}{X_{i}^{liquid}}}}$

${\displaystyle K_{D}=D}$بالنسبة للعناصر النزرة

ثابت التوازن هو قيمة محددة تجريبياً. وتعتمد هذه القيم على درجة الحرارة والضغط وتركيب الصهارة المعدنية .${\displaystyle D}$تختلف القيم اختلافًا كبيرًا بين العناصر الرئيسية والعناصر النزرة. وبحسب التعريف، فإن العناصر النزرة غير المتوافقة لها قيمة ثابت توازن أقل من واحد، لأن تركيزها في المصهور أعلى منه في المواد الصلبة. ^{[ 1 ]} وهذا يعني أن العناصر المتوافقة لها قيمة تساوي 1.${\displaystyle D>1}$وبالتالي، تتركز العناصر غير المتوافقة في المصهور، بينما تميل العناصر المتوافقة إلى التركز في المادة الصلبة. العناصر المتوافقة مع${\displaystyle D\gg 1}$تتميز بتجزئة قوية وتركيزات منخفضة للغاية في الطور السائل.

يُستخدم معامل التوزيع الكلي لحساب التركيب العنصري لأي عنصر يُكوّن معدنًا في صخرة. معامل التوزيع الكلي،${\displaystyle {\overline {D}}_{i}}$، ويُعرَّف على أنه

${\displaystyle {\overline {D}}_{i}=\Sigma W_{A}D_{i}^{A}}$

أين${\displaystyle i}$وهو العنصر محل الاهتمام في المعدن، و${\displaystyle W_{A}}$يمثل النسبة الوزنية للمعادن${\displaystyle A}$في الصخر.${\displaystyle D_{i}^{A}}$معامل التوزيع للعنصر في المعدن${\displaystyle A}$^{[ 1 ]} يمكن استخدام هذا الثابت لوصف كيفية تركيز العناصر الفردية في المعدن في طورين مختلفين. خلال التجزئة الكيميائية، قد تزداد أو تقل تركيزات بعض العناصر، مما يسمح لعلماء الجيوكيمياء بتحديد المراحل المختلفة لتمايز الصهارة. ^{[ 4 ]} في نهاية المطاف ، يمكن استخدام هذه القياسات لتوفير فهم أعمق لسلوك العناصر في مختلف البيئات الجيولوجية.

استخدمت دراسات سابقة توافق العناصر النزرة لدراسة تأثيره على بنية انصهار البيريدوتيت الصلب . [ ^{7 ] في} هذه الدراسات، تم فحص معاملات التوزيع لعناصر محددة، وأعطت قيمة هذه المعاملات الباحثين مؤشرًا على درجة بلمرة الصهارة. وفي دراسة أُجريت في شرق الصين عام 1998، تم فحص التركيب الكيميائي لعناصر مختلفة موجودة في قشرة الأرض الصينية. وكان أحد المعايير المستخدمة لتوصيف بنية القشرة الأرضية في هذه المنطقة هو توافق أزواج العناصر المختلفة. ^{[ 8 ]} وبشكل أساسي، أوضحت دراسات كهذه كيف يمكن أن يتغير توافق بعض العناصر ويتأثر بالتركيب الكيميائي وظروف باطن الأرض.

يُعد النشاط البركاني المحيطي موضوعًا آخر يُستخدم فيه التوافق بشكل شائع. فمنذ ستينيات القرن الماضي، بدأ علماء الجيوكيمياء بدراسة بنية وشاح الأرض. وتُظهر القشرة المحيطية، الغنية بالبازلت الناتج عن النشاط البركاني، مكونات مميزة تُقدم معلومات حول تطور باطن الأرض على المدى الزمني الجيولوجي. وتنضب العناصر النزرة غير المتوافقة عند انصهار الوشاح، ثم تتراكم في القشرة المحيطية أو القارية بفعل النشاط البركاني. وفي أحيان أخرى، قد يُنتج النشاط البركاني انصهارًا غنيًا من الوشاح على القشرة. ويمكن قياس هذه الظواهر كميًا من خلال دراسة سجلات التحلل الإشعاعي للنظائر في هذه البازلتات، وهو ما يُعد أداة قيّمة لعلماء جيوكيمياء الوشاح. ^{[ 2 ]} وبشكل أكثر تحديدًا، يمكن دراسة الجيوكيمياء للسربنتينيت على طول قاع المحيط، وتحديدًا مناطق الاندساس، باستخدام توافق عناصر نزرة محددة. ^{[ ٩ ]} يمكن أن يكون توافق الرصاص (Pb) مع الزركون في بيئات مختلفة مؤشراً على وجود الزركون في الصخور. عند ملاحظة مستويات الرصاص غير المشع في الزركون، يمكن أن يكون هذا أداة مفيدة للتأريخ الإشعاعي للزركون. ^{[ ١٠ ]}