前期後半 火曜日 １講時 / 前期後半 火曜日 ２講時. 単位数/Credit(s): 2. 担当教員/Instructor : 中村 美千彦. 学期/Semester: 前期後半. 開講年度/Year: 2024. 科目ナンバリング/Course code/number: SEP-EAS362J. 使用言語/Language Used in Course: 日本語.
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地球惑星物質科学講座
多相平衡論の基礎とその岩石学的応用
Basics of multiple phase equilibration and their petrologic implications
あらゆる物質科学の基礎として重要な相平衡の概念を学び、相平衡図の読み方に習熟する。溶液化学や材料科学などで用いられる系にも親しみ一般的な相図を読む力をつけるとともに、特に現在の岩石学の基礎体系を構成する代表的な相図を学ぶことで岩石学のミニマムを修得することを目指す。また、“平衡とは何か”を深く考えることで、速度論への導入に繋げることを意識する。本講義の内容は、前年度４セメスターに実施された『岩石学Ⅰ』の理論的な背景を補足する。
９月に集中形式として開講予定の火山学・地質流体論特選講義Ⅰでは、本講義で扱う単純系の相平衡図に基づいた多成分多相系の数値計算演習を行うので、同特選講義を履修する場合には必ず本講義を履修すること。
To understand representative phase diagrams of multicomponent systems in Earth science based on thermodynamics. Introduction to kinetic approaches.
出席者全員が大部分の授業内容を理解することを目標とし、進度に余裕をもたせてある。もし４セメで落ちこぼれたと思っていても大丈夫（もちろん、きちんと出席すれば、の話である）。多くの学生が“相図だけは読める”と言えるようになってもらうことが教える側の目標。
Students are supporsed to understand most of the contents and read basic phase diagrams. It is not always necessary to have passed the exams of related courses in the previous semesters.
板書を主とし、プリントを併用する。
１．イントロダクション：岩石学の発達の歴史
相・均一系・不均一系
相平衡の条件
相律とその導出
“独立”成分の意味
２．一成分系の相平衡１
クラウジウス・クラペイロンの式とその導出
そこに至る熱力学の復習
３．一成分系の相平衡２
実在気体の状態方程式
臨界点と超臨界流体の熱力学的意味
４．二成分系の相平衡１：全率固溶体の相平衡図(1)
熱力学的導出
結晶化・溶融の経路
平衡結晶作用・分別結晶作用とその反応速度論的な意味・実例
５．二成分系の相平衡２：全率固溶体の相平衡図(2)
バッチメルティングとその反応速度論的な意味
分別溶融の地球科学的意味
６．二成分系の相平衡３：全率固溶体の相平衡図(3)
ラウールの法則
理想溶液の化学ポテンシャル
実在気体・実在溶液の化学ポテンシャル
酸素フガシティ
７．二成分系の相平衡４：共融系の相平衡図
液相線の熱力学的表式
結晶作用・融解作用とその応用
熱分析曲線
元素分配
８．二成分系の相平衡５：包晶系の相平衡図
平衡結晶作用・分別結晶作用の経路とその速度論的意味・実例
非調和融解とその鉱物学的メカニズム
９．三成分系の相平衡１（Di-Fo-An, Fo-Silica-An系）
共融系の相平衡図
溶解・結晶作用の経路と各相の量比
包晶系の相平衡図
１０．三成分系の相平衡２（Fo-Silica-Di系, An-Ab-Or-Q系）
圧力の効果・揮発性成分の効果
１１．多成分系の相平衡図と岩石成因論への応用例
１２．シュライネマーカースの束線
ギブス自由エネルギーからの導出
MgO-SiO2系，MgO-Al2O3-SiO2系の束線
Fujiiの簡便法
1. Introduction: history of petrology
Phases, homogeneous system, heterogeneous system
Conditions of phase equilibration
Phase rule and its derivation
meaning of "independent" component
2. Phase equilibration in one component systems-1
Clausius Clapeyron equation and review of basic thermodynamics
3. Phase equilibration in one component systems-2
Equations of State of real gases
Thermodynamic meaning of critical point and supercritical fluid
4. Phase equilibration in two component systems: phase diagram of all-proportional solid solution-1
Thermodynamics
Crystallization of melting paths, liquid line of descent
Equilibrium vs fractional crystallization and their kinetic significance and examples
5. Phase equilibration in two component systems: phase diagram of all-proportional solid solution-2
Batch melting and its kinetic significance
Fractional melting and its significance in Earth science
6. Phase equilibration in two component systems: phase diagram of all-proportional solid solution-3
Raoul's law
Chemical potential of ideal solution
Chemical potential of real solution
Oxygen fugacity
7. Phase equilibration in two component systems-4: phase diagram of eutectic systems
Thermodynamic derivations of liquidus, gaseous and solidus
Crystallization and melting paths and their petrologic implications
Thermal analysis
Element partitioning
8. Phase equilibration in two component systems-5: phase diagram of peritectic systems
Equilibrium crystallization, Fractional crystallization: pathways, their kinetic conditions and applications
Incongruent melting and its mineralogic mechanism
9. Phase equilibration in three component systems-1 (Di-Fo-An, Fo-Silica-An)
Phase diagram of eutectic systems
Liquid lines of melting and crystallization and proportions of coexisting phases
Phase diagram of peritectic system
10. Phase equilibration in three component systems-2 (Fo-Silica-Di, An-Ab-Or)
Effect of pressure and volatile components
11. Phase diagram of multi-component systems and their applications
12. Schreinemakers's bandle
Derivation using Gibb's free energy
Examples of MgO-SiO2，MgO-Al2O3-SiO2 systems
Fujii's method
期末試験またはレポート
Evaluation will be based on final examination or report.
Hess P.C. (1989) Origin of Igneous Rocks, Harvard University Press
Philpotts A.R. (1990) Principles of Igneous and Metamorphic Petrology
の図を一部で使用する．
その他は，日本語の参考書を含め，授業で紹介する。
Hess P.C. (1989) Origin of Igneous Rocks, Harvard University Press
Philpotts A.R. (1990) Principles of Igneous and Metamorphic Petrology
演習問題を配布する
Tasks will be given in each class
第二クォーター火曜日（6月4日～）の１・２講時に実施する。
Will be held at the 1st and 2nd hours on Tuesday after June 4th.