Гранат-биотитовая геотермометрия — это метод, используемый для оценки пиковой температуры, при которой образовались метаморфические породы. Геотермометрия составляет один из компонентов геотермобарометрии , которая также включает оценку давления (геобарометрия). Существует много геотермометров, но гранат-биотит особенно полезен из-за частого совместного нахождения биотита и граната в метаморфических породах среднего качества. Гранатовый биотитовый термометр коррелирует температуру с распределением Fe и Mg в совпадающих гранате и биотите. [1] Гранат-биотитовый термометр с 70-х годов много раз «калибровался» как экспериментально , так и эмпирически .методы, однако экспериментальное калибровочное исследование Ферри и Спирса 1978 г. [2] подробно описано и часто цитируется. Для породы, содержащей как гранат, так и биотит, константу равновесия (K D ) можно найти просто с помощью микрозондового анализа. Затем, сравнивая найденное значение K D с расчетным гранат-биотитовым геотермометром, можно определить пиковую температуру образования породы.
Определение температуры и/или давления образования метаморфических пород начиналось как наука преимущественно качественная . Минералы пелитового индекса использовались для оценки степени метаморфизма пород и относительных условий метаморфизма на территории. [1]
Экспериментальная петрология позволила исследователям выйти за рамки качественного подхода и использовать количественные методы. Экспериментальная петрология состоит из моделирования природных геологических систем при различных температурах и давлениях в лабораторных условиях. Одним из количественных методов, полученных в результате экспериментов, является геотермобарометрия . Геотермобарометрия позволяет рассчитать равновесные температуры и давления на основе измеренного распределения элементов между сосуществующими фазами. [1] Геотермобарометрия включает в себя как геотермометрию (относительно температуры), так и геобарометрию (относительно давления).
Расчет Ферри и Спиром гранат-биотитового геотермометра (1978) [2] включал проведение экспериментальных реакций между биотитом и гранатом при постоянном давлении (0,207 ГПа ) и изменении температуры от 500°C до 800°C. Основное внимание в реакциях уделялось обмену Fe - Mg :
Ferry and Spear (1978) [2] использовали для всех реакций гранатовый твердый раствор альмандина и пиропа (All 90 Prp 10 ) с мольной долей железа X Fe = 0,9. Различные составы биотита (от X Fe = 0,5 до X Fe = 1,0) были выбраны на основе известной скобки равновесного распределения Mg и Fe, соответствующей составу граната. Чтобы компенсировать медленный характер уравновешивания граната в метаморфических условиях, использовалось соотношение граната к биотиту 98: 2. Использование избытка граната заставляло биотит выполнять большую часть работы по достижению равновесного значения (K D ), ускоряя процесс реакции.[1] Эксперименты проводились от 13 до 56 дней, чтобы обеспечить достаточно времени для достижения равновесия. [2]
Полученные данные экспериментов (конечный состав биотита и концентрация Fe/Mg) использовали для расчета константы равновесия (KD ) при каждой температуре реакции. Конкретные данные и цифры можно найти в работах Winter (2010) [1] и Ferry and Spear (1978). [2] Соотношение между обратной зависимостью температуры (1/K) и натуральным логарифмом KD представлено в виде прямой линии. Кроме того, линейная регрессия данных соответствует той же линии тренда, что указывает на действительный геотермометр. [1]