A thin section of a schist shows a garnet porphyroblast containing straight quartz inclusion trails that are continuous with the foliation of the matrix, and the matrix foliation is not deflected around the garnet. What does this show about the timing of garnet growth?

Garnet grew after the main deformation, because the earlier foliation is preserved straight inside it

Garnet grew before the foliation formed, because inclusions are always older than the matrix around them

Garnet grew during the deformation, because the crystal rotated and trapped curved inclusion trails

Garnet grew after the main deformation, because the earlier foliation is preserved straight inside it

Garnet grew before the deformation, because it behaved as a rigid object that the later foliation wrapped around

Which metabasite assemblage indicates metamorphism along a cold, high-pressure subduction-zone path?

glaucophane + lawsonite, the blueschist facies

hornblende + plagioclase, the amphibolite facies

chlorite + actinolite + albite + epidote, the greenschist facies

orthopyroxene + clinopyroxene + plagioclase, the granulite facies

Which of the following statements about paired metamorphic belts are correct?

In Miyashiro's pairs the high-P/low-T belt lies on the oceanward side of the margin

The landward high-T/low-P belt is heated by arc magmatism

In Miyashiro's pairs the high-P/low-T belt lies on the oceanward side of the margin

The landward high-T/low-P belt is heated by arc magmatism

The blueschist belt of a pair lies on the landward side, next to the volcanic arc

Both belts of a pair record the same geothermal gradient but different depths

Which observation would a petrologist take as the best evidence of ultrahigh-temperature metamorphism (above 900 °C) in an Mg–Al-rich granulite?

sapphirine together with quartz in textural equilibrium

coesite inclusions in garnet, which show burial of crust to more than 90 km

sapphirine together with quartz in textural equilibrium

glaucophane and lawsonite in the matrix, which show a very low geothermal gradient

andalusite and cordierite in a spotted schist, which show heating at low pressure

The reaction albite → jadeite + quartz has a negative volume change (ΔV < 0) and a negative entropy change (ΔS < 0). On a P–T diagram with P on the vertical axis, the equilibrium curve therefore

has a positive slope, so jadeite + quartz is the high-pressure assemblage

has a negative slope, because both ΔV and ΔS are negative

is horizontal, because the two changes cancel each other

is vertical, because a solid–solid reaction does not depend on pressure or on volume

has a positive slope, so jadeite + quartz is the high-pressure assemblage

A metapelite, projected from muscovite, quartz and H₂O into the three-component AFM system, shows five AFM minerals (garnet, chlorite, biotite, staurolite and kyanite) in apparent contact in one thin section, in a terrane where P and T change smoothly across the map. Under the mineralogical phase rule the best interpretation is that

the assemblage is not a single equilibrium one, or the rock sits exactly on an invariant condition

five phases are allowed because H₂O and the projection phases add extra degrees of freedom

the rock formed at exactly one invariant point, which is the normal state of pelites across a terrane

the assemblage is not a single equilibrium one, or the rock sits exactly on an invariant condition

kyanite and staurolite count as one phase because both are aluminous silicate minerals of similar density

Which of the following reactions are correctly balanced?

CaCO₃ + SiO₂ → CaSiO₃ + CO₂ (calcite + quartz → wollastonite)

CaMg(CO₃)₂ + 2 SiO₂ → CaMgSi₂O₆ + 2 CO₂ (dolomite + quartz → diopside)

CaCO₃ + SiO₂ → CaSiO₃ + CO₂ (calcite + quartz → wollastonite)

CaMg(CO₃)₂ + 2 SiO₂ → CaMgSi₂O₆ + 2 CO₂ (dolomite + quartz → diopside)

KAl₃Si₃O₁₀(OH)₂ + SiO₂ → KAlSi₃O₈ + Al₂SiO₅ + 2 H₂O (muscovite + quartz → K-feldspar + sillimanite)

NaAlSi₃O₈ → NaAlSi₂O₆ + 2 SiO₂ (albite → jadeite + quartz)

In Barrovian metamorphism of a pelite, the index minerals appear in which order with increasing grade?

chlorite, biotite, garnet, staurolite, kyanite, sillimanite

chlorite, garnet, biotite, staurolite, kyanite, sillimanite

chlorite, biotite, garnet, staurolite, kyanite, sillimanite

biotite, chlorite, garnet, kyanite, staurolite, sillimanite

chlorite, biotite, staurolite, garnet, sillimanite, kyanite

A siliceous marble contains calcite and quartz in contact with a CO₂-rich fluid at a temperature just below that at which wollastonite forms. Water-rich fluid from a cooling pluton then infiltrates the rock without changing T or P. What is the likely effect on the reaction calcite + quartz → wollastonite + CO₂?

It can now proceed at the same T, because diluting CO₂ in the fluid lowers the reaction T

It is driven backwards, because water is a product of the reaction and builds up in the fluid

It is unaffected, because T and P are unchanged and the reactants are both solids of fixed composition

It needs a higher T, because water stabilises calcite and quartz relative to wollastonite and CO₂

A granulite carries an anhydrous high-temperature assemblage to the surface, although hydrous minerals would be stable at the lower temperatures it later passed through. What is the best reason?

Retrograde hydration needs water, and the rock had lost its fluid and melt during prograde metamorphism

Hydrous minerals can never nucleate in a rock that has once reached the granulite facies

Granulites always cool faster than diffusion can act in any mineral, whatever the fluid supply, so no reaction is possible

Granulites have bulk compositions in which hydrous minerals are chemically impossible

Retrograde hydration needs water, and the rock had lost its fluid and melt during prograde metamorphism

Two calibrated reactions in one assemblage have the following changes at the P–T of interest. Reaction X: ΔV = +0.1 cm³/mol and ΔS = +20 J/(mol·K). Reaction Y: ΔV = −7 cm³/mol and ΔS = −35 J/(mol·K). Which statement is correct?

X is a good geothermometer (slope about 200 MPa/K) and Y a good geobarometer (slope about 5 MPa/K)

X is a good geobarometer and Y a good geothermometer, because X has the smaller volume change

X is a good geothermometer (slope about 200 MPa/K) and Y a good geobarometer (slope about 5 MPa/K)

Both are good geobarometers, because both reactions have a nonzero volume change at these conditions

Both are good geothermometers, because both reactions have a nonzero entropy change at these conditions

A garnet in a staurolite–garnet schist has a bell-shaped Mn profile, highest in the core and falling smoothly to the lowest value at the rim, with no rise at the edge. What does this indicate?

Prograde growth zoning, with Mn strongly partitioned into growing garnet and depleted in the matrix

Retrograde resorption of garnet during cooling, which concentrates Mn in a rim around the crystal

Complete homogenisation of the crystal by diffusion at high temperature during peak metamorphism

Prograde growth zoning, with Mn strongly partitioned into growing garnet and depleted in the matrix

Contact metamorphism, because Mn zoning is found only around igneous intrusions and their aureoles

Which of the following statements about closure temperature and mineral ages are correct?

For the same mineral and system, faster cooling gives a higher closure temperature

For the same mineral and cooling rate, larger grains have a higher closure temperature

For the same mineral and system, faster cooling gives a higher closure temperature

For the same mineral and cooling rate, larger grains have a higher closure temperature

An Ar–Ar age of biotite always dates the time of peak metamorphism, whatever the cooling history

Zircon and monazite typically have lower closure temperatures for Pb than biotite has for Ar

कायांतरित शैलिकी: गठन, फ़ेसीज़ व ग्रेड, अभिक्रियाएँ व प्रावस्था साम्य, मूल शैलें, तापदाबमापन तथा काल-निर्धारण

यह अध्याय भूविज्ञान एवं भूभौतिकी (GG) पेपर के भाग B1 के शीर्षक “कायांतरित शैलिकी” का उत्तर देता है: “कायांतरित शैलों की संरचनाएँ व गठन; चरम कायांतरण; कायांतरित फ़ेसीज़ व ग्रेड; युग्मित कायांतरित पट्टियाँ; खनिज अभिक्रियाएँ व रसायन-आलेखी प्रक्षेपण; पेलाइटी, मैफ़िक व अशुद्ध कार्बोनेट शैलों का कायांतरण; कायांतरण में समग्र संघटन व तरलों की भूमिका; तापदाबमापन; कायांतरण का काल-निर्धारण।” यह पर्णन व गठन, फ़ेसीज़, ग्रेड व युग्मित पट्टियाँ, चरम कायांतरण, संतुलित अभिक्रियाएँ, प्रावस्था नियम व रसायन-आलेखी आरेख, पेलाइट, मेटाबेसाइट व संगमरमर के क्रम, तरलों की भूमिका, तापदाबमापी तथा संवरण-ताप आधारित काल-निर्धारण पढ़ाता है। संख्यात्मक प्रश्न दी गई भूतापी प्रवणता से दाब व ताप, क्लापेरॉन गणित, अभिक्रिया का आयतन-परिवर्तन तथा खनिज-आयु से एक्सह्यूमेशन दर हैं।

1. कायांतरित शैलों की संरचनाएँ व गठन

कायांतरण ठोस अवस्था में पुनःक्रिस्टलन व अभिक्रिया है, जो ताप, दाब व तरल के परिवर्तन से चलती है, और वाष्पशील को छोड़कर समग्र रसायन लगभग अपरिवर्तित रहता है (समग्र रसायन का बदलना मेटासोमैटिज़्म है)। पर्णन (foliation) संरेखित खनिजों का समतलीय ताना-बाना है जो शैल के संकुचन से बनता है: यह अधिकतम संपीडन प्रतिबल के लंबवत बनता है। ग्रेड व कण-आकार बढ़ने पर यह स्लेटी विदलन (अति महीन अभ्रक, स्लेट) से फ़ाइलाइटी चमक (फ़ाइलाइट), शिस्टता (दिखने योग्य संरेखित अभ्रक, शिस्ट) और नाइसी पट्टन (हल्की क्वार्ट्ज़–फ़ेल्डस्पार व गहरी मैफ़िक परतों का एकांतरण, नाइस) तक जाता है। रेखीयता (lineation) रेखीय ताना-बाना है (खिंचे कण, संरेखित ऐम्फ़िबोल)। पर्णन-रहित शैलें, जैसे हॉर्नफ़ेल्स, संगमरमर व क्वार्टज़ाइट, या तो दिशात्मक प्रतिबल से वंचित रहीं या समअक्षीय खनिजों से बनी हैं।

कायांतरित गठन
गठन	वर्णन	प्रारूपिक उपस्थिति
ग्रेनोब्लास्टिक	समअक्षीय अंतर्ग्रथित कण, कोई अधिमान्य दिशा नहीं	संगमरमर, क्वार्टज़ाइट, हॉर्नफ़ेल्स, ग्रैनुलाइट
लेपिडोब्लास्टिक	संरेखित पट्टिकाकार खनिज (अभ्रक, क्लोराइट)	अभ्रक शिस्ट
नेमैटोब्लास्टिक	संरेखित प्रिज़्मीय खनिज (हॉर्नब्लेंड, काइनाइट)	ऐम्फ़िबोलाइट
पॉर्फ़िरोब्लास्टिक	महीन आधात्री में बड़े नए क्रिस्टल (गार्नेट, स्टॉरोलाइट)	गार्नेट या स्टॉरोलाइट शिस्ट
कोरोना, सिम्प्लेक्टाइट	प्रतिक्रिया-किनारी या महीन अंतर्वृद्धि जहाँ पहले की प्रावस्थाएँ टूटीं	ग्रैनुलाइट व एक्लोजाइट में दाब-ह्रास या शीतलन
माइलोनिटिक	महीनकणी, प्रबल पर्णित, तन्य अपरूपण से	अपरूपण क्षेत्र

पॉर्फ़िरोब्लास्ट का पर्णन से संबंध उसकी वृद्धि को विरूपण के सापेक्ष काल-निर्धारित करता है। पूर्व-विवर्तनिक: आधात्री का पर्णन क्रिस्टल के चारों ओर लिपटता है, और अंतर्विष्ट-रेखाएँ असंगत या अनुपस्थित होती हैं। सह-विवर्तनिक: वक्र, सर्पिल (S-आकार) अंतर्विष्ट-रेखाएँ, जैसे “स्नोबॉल” गार्नेट में, असममित दाब-छाया सहित, जिन्हें घूर्णन के दौरान वृद्धि पढ़ा जाता है। उत्तर-विवर्तनिक: आधात्री के पर्णन से सतत सीधी अंतर्विष्ट-रेखाएँ, और पर्णन क्रिस्टल के चारों ओर विक्षेपित नहीं होता।

2. ग्रेड, फ़ेसीज़, युग्मित पट्टियाँ व चरम कायांतरण

ग्रेड (कोटि) कायांतरण की तीव्रता (पहुँचा ताप व दाब) है, जो सूचक खनिजों से दिखती है। आइसोग्रेड मानचित्र पर वह रेखा है जहाँ सूचक खनिज पहली बार प्रकट होता है, यानी एक अभिक्रिया। मेटापेलाइटों में बैरो के क्षेत्र, निम्न से उच्च ग्रेड तक, क्लोराइट, बायोटाइट, गार्नेट, स्टॉरोलाइट, काइनाइट व सिलिमेनाइट हैं। फ़ेसीज़ (एस्कोला) सभी समग्र संघटनों की वे समुच्चयन हैं जो P–T की एक परास में बने; फ़ेसीज़ के नाम मेटाबेसाइट समुच्चयों पर रखे जाते हैं।

कायांतरित फ़ेसीज़ व निदानात्मक मेटाबेसाइट समुच्चय
फ़ेसीज़	निदानात्मक समुच्चय	परिवेश
ज़ियोलाइट, प्रेहनाइट–पम्पेलीइट	ज़ियोलाइट; प्रेहनाइट + पम्पेलीइट + क्लोराइट	अति निम्न ग्रेड: निक्षेपण-दबाव, महासागर-तल
ग्रीनशिस्ट	क्लोराइट + ऐक्टिनोलाइट + ऐल्बाइट + एपिडोट	निम्न T, निम्न से मध्यम P
ऐम्फ़िबोलाइट	हॉर्नब्लेंड + प्लैजियोक्लेज़ (ऑलिगोक्लेज़–ऐंडेसीन)	मध्यम T व P
ग्रैनुलाइट	ऑर्थोपाइरॉक्सीन + क्लिनोपाइरॉक्सीन + प्लैजियोक्लेज़ (± गार्नेट)	उच्च T, अधिकांशतः निर्जल
ब्लूशिस्ट	ग्लॉकोफ़ेन + लॉसोनाइट (या एपिडोट)	निम्न T, उच्च P: शीत सबडक्शन
एक्लोजाइट	ऑम्फ़ेसाइट + गार्नेट, प्लैजियोक्लेज़ नहीं	अति उच्च P
हॉर्नफ़ेल्स	महीन, ग्रेनोब्लास्टिक, पर्णन-रहित	निम्न P, संपर्क-परिमंडल

भूतापीय प्रवणता पथ तय करती है। निम्न P/T (संपर्क-परिमंडल, दरार या चाप परिवेश, ब्यूकन-प्रकार पट्टियाँ) ऐंडालूसाइट व कॉर्डिएराइट देता है; मध्यम P/T (बैरोवियन, संघट्ट-मोटाई) काइनाइट फिर सिलिमेनाइट; उच्च P/T (शीत सबडक्शन) ब्लूशिस्ट व एक्लोजाइट। Al₂SiO₅ बहुरूप कुंजी हैं: ऐंडालूसाइट निम्न P पर, काइनाइट उच्च P पर और सिलिमेनाइट उच्च T पर स्थायी है (काइनाइट सबसे सघन, लगभग 3.6 g/cm³, ऐंडालूसाइट सबसे विरल, लगभग 3.15 g/cm³, इसीलिए दाब काइनाइट के पक्ष में होता है)।

युग्मित कायांतरित पट्टियाँ (मियाशिरो, 1961) अभिसारी किनारे के साथ विपरीत प्रकार की दो समकालिक पट्टियाँ हैं: महासागर की ओर उच्च-P/निम्न-T पट्टी (ब्लूशिस्ट, जैसे जापान की सानबागावा पट्टी) और स्थल की ओर उच्च-T/निम्न-P पट्टी (रयोके पट्टी, चाप-मैग्मा से तप्त)। शीत अवरोही पट्टिका और उसके ऊपर की तप्त चाप-भूपर्पटी इस अंतर की व्याख्या करती हैं।

चरम कायांतरण सामान्य परास से परे है। अति-उच्च-ताप (UHT) कायांतरण भूपर्पटीय दाब पर 900 °C से अधिक होता है; Mg–Al-समृद्ध शैलों में इसे सैफ़ायरीन + क्वार्ट्ज़, ऑर्थोपाइरॉक्सीन + सिलिमेनाइट + क्वार्ट्ज़, या ऑसुमिलाइट दर्शाते हैं, और इसे विशिष्ट ऊष्मा-स्रोत चाहिए, जैसे मैंटल-उत्थान सहित विस्तारण या मैग्मीय अधःस्थापन। भारत की पूर्वी घाट पट्टी मान्य UHT भू-क्षेत्र है। अति-उच्च-दाब (UHP) कायांतरण लगभग 2.7 GPa, क्वार्ट्ज़–कोसाइट संक्रमण, से अधिक होता है, अतः भूपर्पटी लगभग 90–100 km तक दबी: गार्नेट, ज़िरकॉन या ऑम्फ़ेसाइट में कोसाइट अंतर्विष्ट और एक्लोजाइट प्रमाण हैं, जैसे हिमालय में त्सो मोरारी (लद्दाख) व कागन में। आघात से शॉक कायांतरण अति-उच्च दाब पर लगभग तात्क्षणिक है, जो क्वार्ट्ज़ में समतलीय विरूपण-लक्षण और कोसाइट जैसी उच्च-दाब प्रावस्थाएँ बनाता है; डेक्कन बेसाल्ट में लोणार गर्त भारतीय उदाहरण है।

3. खनिज अभिक्रियाएँ, प्रावस्था नियम व रसायन-आलेखी प्रक्षेपण

अभिक्रिया-प्रकार: बहुरूपी (ऐंडालूसाइट ⇌ काइनाइट), ठोसों के बीच नेट-ट्रांसफ़र (ऐल्बाइट ⇌ जेडाइट + क्वार्ट्ज़), वाष्पशील-निष्कासन (मस्कोवाइट + क्वार्ट्ज़ ⇌ K-फ़ेल्डस्पार + Al₂SiO₅ + H₂O), विनिमय (गार्नेट व बायोटाइट के बीच Fe–Mg: संघटन बदलते हैं, मात्राएँ नहीं) तथा ठोस विलयनों में सतत अभिक्रियाएँ। अभिक्रिया को प्रत्येक तत्त्व के संरक्षण से संतुलित करें, फिर ऑक्सीजनों की जाँच करें। उदाहरण: CaCO₃ + SiO₂ → CaSiO₃ + CO₂ (कैल्साइट + क्वार्ट्ज़ → वोलैस्टोनाइट); CaMg(CO₃)₂ + 2 SiO₂ → CaMgSi₂O₆ + 2 CO₂ (डोलोमाइट + क्वार्ट्ज़ → डायोप्साइड); Ca₂Mg₅Si₈O₂₂(OH)₂ + 3 CaCO₃ + 2 SiO₂ → 5 CaMgSi₂O₆ + 3 CO₂ + H₂O (ट्रेमोलाइट + कैल्साइट + क्वार्ट्ज़ → डायोप्साइड); KAl₃Si₃O₁₀(OH)₂ + SiO₂ → KAlSi₃O₈ + Al₂SiO₅ + H₂O (मस्कोवाइट + क्वार्ट्ज़ → K-फ़ेल्डस्पार + सिलिमेनाइट)।

साम्य पर ΔG = 0 होता है, और क्लापेरॉन समीकरण अभिक्रिया-वक्र का ढाल देता है: dP/dT = ΔS/ΔV, जहाँ ΔS व ΔV लिखी गई अभिक्रिया के एंट्रॉपी व आयतन परिवर्तन हैं (J/(mol·K) व m³/mol, अतः ढाल Pa/K में)। उच्च T अधिक एंट्रॉपी वाले पक्ष का और उच्च P कम आयतन वाले पक्ष का समर्थन करता है (ले शातेलिए)। ऐल्बाइट → जेडाइट + क्वार्ट्ज़ में ΔV व ΔS दोनों ऋणात्मक हैं, अतः ढाल धनात्मक है और जेडाइट + क्वार्ट्ज़ उच्च-P पक्ष है। वाष्पशील-निष्कासन अभिक्रिया का ΔS बड़ा धनात्मक होता है; निम्न P पर तरल इतना विशाल आयतन घेरता है कि ΔV बड़ा और ढाल मंद होता है, परंतु P बढ़ने पर तरल संपीडित होता है, ΔV घटता है, वक्र तीव्र होता है और तरल का आयतन खोए ठोस आयतन से कम होते ही वह मुड़ सकता है (dP/dT < 0)।

⚠️ दो ऋणात्मक मिलकर धनात्मक ढाल देते हैं

जब ΔS व ΔV दोनों ऋणात्मक हों, तो dP/dT = ΔS/ΔV धनात्मक होता है: “दोनों ऋणात्मक” को ऋणात्मक ढाल न पढ़ें। उच्च-P, निम्न-T पक्ष वही है जिसमें आयतन भी कम है और एंट्रॉपी भी कम।

गिब्स प्रावस्था नियम F = C − P + 2 है: C घटक, साम्य पर P प्रावस्थाएँ, F वे गहन चर (P, T, संघटन) जो स्वतंत्र रूप से बदल सकते हैं। P–T आरेख पर अभिक्रिया-वक्र एकचर (F = 1) है और निश्चर बिंदु (F = 0) पर C + 2 प्रावस्थाएँ होती हैं। गोल्डश्मिट का खनिजी प्रावस्था नियम: P–T की परास में साम्य पर पहुँची शैल (द्विचर, F = 2) में अधिकतम P = C प्रावस्थाएँ होती हैं। घटकों से अधिक प्रावस्थाओं का अर्थ है कि शैल एकचर या निश्चर स्थिति पर है अथवा साम्य में नहीं है (अवशेष, पश्चगामी अध्यारोपण)। C स्वतंत्र घटकों की न्यूनतम संख्या है, ऑक्साइडों से कम, क्योंकि पूर्णतः गतिशील घटक व आधिक्य वाली प्रावस्थाएँ हटा दी जाती हैं।

रसायन-आलेखी प्रक्षेपण प्रावस्था संघटनों को त्रिभुज में आलेखित करते हैं ताकि समुच्चय सीधे पढ़ा जा सके: शीर्ष घटक हैं, प्रत्येक खनिज एक बिंदु है, संयोजन-रेखाएँ (tie-lines) साथ रहने वाले खनिजों को जोड़ती हैं, और शैल अपने समुच्चय के त्रिभुज में आलेखित होती है। मेटापेलाइटों हेतु AFM आरेख (मस्कोवाइट, क्वार्ट्ज़ व H₂O से थॉम्पसन प्रक्षेपण; A = Al₂O₃ − 3K₂O, F = FeO, M = MgO, मोल में) गार्नेट, बायोटाइट, क्लोराइट, स्टॉरोलाइट, काइनाइट व कॉर्डिएराइट दिखाता है; मेटाबेसाइट व कैल्क-सिलिकेट हेतु ACF आरेख (Al₂O₃-आधारित A, CaO, तथा FeO + MgO) यही करता है। संयोजन-रेखा पलटाव (सतत अभिक्रिया) बदलता है कि दो युग्मों में से कौन साथ रहता है; टर्मिनल (असतत) अभिक्रिया तब एक प्रावस्था हटाती है जब त्रिभुज रेखा में सिमट जाता है।

4. पेलाइट, मैफ़िक शैलें, अशुद्ध कार्बोनेट, समग्र संघटन व तरल

पेलाइट (मृत्तिका-समृद्ध, Al- व K-समृद्ध) सबसे सूचनाप्रद क्रम देते हैं। मध्यम P/T (बैरोवियन) पर क्रम है स्लेट (क्लोराइट + मस्कोवाइट + क्वार्ट्ज़) → फ़ाइलाइट → बायोटाइट शिस्ट → गार्नेट शिस्ट → स्टॉरोलाइट शिस्ट → काइनाइट शिस्ट → सिलिमेनाइट शिस्ट व नाइस। निम्न P/T (ब्यूकन, संपर्क-परिमंडल) पर ऐंडालूसाइट व कॉर्डिएराइट आते हैं, जैसे चित्तीदार स्लेट में, फिर सिलिमेनाइट। उच्च T पर मस्कोवाइट + क्वार्ट्ज़ टूटकर K-फ़ेल्डस्पार + सिलिमेनाइट + जल बनाते हैं, और मुक्त तरल हो तो आंशिक गलन आरंभ होता है: मिग्माटाइट में हल्का ल्यूकोसोम (क्रिस्टलित गलित द्रव), गहरा मेलैनोसोम (अवशेष) और अगलित मीज़ोसोम होते हैं। ग्रैनुलाइट-फ़ेसीज़ के पेलाइटों में गार्नेट, कॉर्डिएराइट, सिलिमेनाइट व K-फ़ेल्डस्पार होते हैं, बायोटाइट अधिकांशतः टूट चुका होता है।

मेटाबेसाइट ज़ियोलाइट व प्रेहनाइट–पम्पेलीइट से ग्रीनशिस्ट (क्लोराइट + ऐक्टिनोलाइट + ऐल्बाइट + एपिडोट) होते हुए ऐम्फ़िबोलाइट (हॉर्नब्लेंड + प्लैजियोक्लेज़) और ग्रैनुलाइट (पाइरॉक्सीन + प्लैजियोक्लेज़ ± गार्नेट) तक जाते हैं। शीत सबडक्शन पथ पर वे इसके स्थान पर ब्लूशिस्ट (ग्लॉकोफ़ेन + लॉसोनाइट) और एक्लोजाइट (ऑम्फ़ेसाइट + गार्नेट) बनते हैं, जहाँ ऐल्बाइट टूटकर जेडाइट घटक व क्वार्ट्ज़ बन चुका होता है और प्लैजियोक्लेज़ लुप्त हो जाता है।

अशुद्ध कार्बोनेट। शुद्ध चूना-पत्थर केवल कैल्साइट संगमरमर में पुनःक्रिस्टलित होता है, क्योंकि कैल्साइट उच्च T तक स्थायी है। सिलिका- व मृत्तिका-युक्त कार्बोनेट वाष्पशील-निष्कासन द्वारा कैल्क-सिलिकेट में अभिक्रिया करते हैं (संतुलित अभिक्रियाएँ ऊपर)। बढ़ते T के साथ सामान्य क्रम टैल्क → ट्रेमोलाइट → डायोप्साइड → फ़ोर्स्टेराइट है, और वोलैस्टोनाइट (कैल्साइट + क्वार्ट्ज़) व पेरिक्लेज़ (डोलोमाइट से) उच्चतम T पर, तथा X_CO₂ हर सीमा को खिसकाता है। चूँकि CO₂ उत्पाद है, तरल को जल से तनु करने (X_CO₂ = CO₂/(CO₂ + H₂O) घटाने) पर अभिक्रिया-ताप घटता है, अतः जल-समृद्ध तरल का अंतःस्पंदन स्थिर T पर अभिक्रिया चला देता है। इसी प्रकार कार्बोनेट के साथ आग्नेय संपर्कों पर स्कार्न बनते हैं: Ca–Mg–Fe सिलिकेट जैसे ग्रॉसुलर–ऐंड्राडाइट गार्नेट, डायोप्साइड–हेडेनबर्गाइट, वोलैस्टोनाइट व एपिडोट।

समग्र संघटन तय करता है कि कौन-से खनिज बन सकते हैं: एक ही P–T पर पेलाइट गार्नेट, बायोटाइट व Al₂SiO₅ बनाता है, बेसाल्ट हॉर्नब्लेंड व प्लैजियोक्लेज़, और चूना-पत्थर केवल कैल्साइट, अतः ग्रेड सही शैल-प्रकार से पढ़ा जाता है। तरल (H₂O, CO₂, लवण-विलयन) विलयन व पुनःअवक्षेपण से अभिक्रिया उत्प्रेरित करते हैं, द्रव्य व ऊष्मा ले जाते हैं (मेटासोमैटिज़्म), H₂O व CO₂ की सक्रियता तय करते हैं, और गलन-ताप घटाते हैं: जल-संतृप्त ग्रेनाइट सॉलिडस अभ्रक के निर्जलीकरण-गलन से बहुत नीचे है। प्रोग्रेड कायांतरण तरल मुक्त करता है, अतः शिखर-ताप की शैलें अधिकांशतः शुष्क होती हैं और पश्चगामी कायांतरण को तरल की आपूर्ति चाहिए; शुष्क ग्रैनुलाइट सतह तक अब भी निर्जल पहुँच सकता है।

5. तापदाबमापन तथा गहराई से दाब–ताप

तापदाबमापन खनिज संघटनों से, जो इलेक्ट्रॉन माइक्रोप्रोब से मापे जाते हैं, अंशांकित अभिक्रिया व सक्रियता मॉडलों के साथ साम्य के P व T का आकलन करता है। ढाल dP/dT = ΔS/ΔV उपयोग तय करता है। छोटे ΔV व बड़े ΔS वाली अभिक्रिया P–T आरेख पर लगभग ऊर्ध्वाधर आलेखित होती है, T के प्रति संवेदी होती है और भूतापमापी बनती है: गार्नेट व बायोटाइट के बीच Fe–Mg विनिमय, जिसका K_D = (Fe/Mg)_गार्नेट/(Fe/Mg)_बायोटाइट T बढ़ने पर घटता है। बड़े ΔV व छोटे ΔS वाली अभिक्रिया लगभग क्षैतिज आलेखित होती है, P के प्रति संवेदी होती है और भूदाबमापी बनती है: GASP, 3 ऐनॉर्थाइट = ग्रॉसुलर + 2 काइनाइट (Al₂SiO₅) + क्वार्ट्ज़; हॉर्नब्लेंड में Al, जो उपयुक्त ग्रैनिटॉइडों में P के साथ बढ़ता है; HP शैलों में फ़ेंजाइट में Si। एक ही समुच्चय पर भूतापमापी व भूदाबमापी साम्य के P–T पर प्रतिच्छेद करते हैं; बहु-साम्य विधियाँ व परिकलित स्यूडोसेक्शन (वास्तविक समग्र संघटन हेतु प्रावस्था आरेख) इसे परिष्कृत करते हैं।

पश्चगामी पुनर्निर्धारण मुख्य जोखिम है: शीतलन पर गार्नेट व बायोटाइट के बीच Fe–Mg विसरण आभासी T को शिखर से नीचे कर देता है, अतः गार्नेट-क्रोड, संपर्क से दूर के कण, या गार्नेट में सुरक्षित अंतर्विष्ट प्रयोग करें। गार्नेट वृद्धि-कटिबंधन, जिसमें Mn क्रोड में अधिकतम होकर बाहर की ओर घटता है (घंटीनुमा), प्रोग्रेड वृद्धि अभिलेखित करता है; किनारे पर Mn का फिर बढ़ना पश्चगामी पुनःशोषण दर्शाता है; सपाट प्रोफ़ाइल उच्च T पर विसरण से समांगीकरण सूचित करती है।

गहराई से दाब स्थिति-स्थैतिक (lithostatic) है, P = ρgh। ρ = 2800 kg/m³ व g = 9.8 m/s² के साथ प्रत्येक 10 km पर लगभग 274 MPa जुड़ता है, अतः 0.1 GPa (1 kbar) लगभग 3.6 km और 1 GPa लगभग 36 km है। रैखिक भूतापी प्रवणता T = T₀ + Gz के साथ गहराई ताप तय करती है: T₀ = 20 °C व G = 25 °C/km हेतु 30 km गहराई की शैल 770 °C व लगभग 0.82 GPa पर है।

6. कायांतरण का काल-निर्धारण

काल-निर्धारण खनिजों की रेडियोधर्मी आयु से मिलता है। वृद्धि-आयु उन खनिजों का काल बताती है जो कायांतरण के दौरान बढ़े: गार्नेट में Sm–Nd व Lu–Hf, कायांतरित ज़िरकॉन किनारों (प्रायः निम्न Th/U) में तथा मोनाज़ाइट में U–Pb। शीतलन-आयु बताती है कि खनिज अपने संवरण ताप से कब नीचे ठंडा हुआ: हॉर्नब्लेंड, मस्कोवाइट व बायोटाइट में Ar–Ar। अतः खनिज-आयु कायांतरण की आयु तभी है जब खनिज उसी समय बढ़ा हो या ठंडा हुआ हो।

संवरण ताप (closure temperature) T_c वह ताप है जिस पर खनिज–समस्थानिक तंत्र ने अपने परिवेश के साथ पुत्री समस्थानिक का विनिमय बंद कर दिया (डॉडसन, 1973)। यह अप्रत्यक्ष रूप से T_c = (E/R) / ln[A·R·T_c²·D₀ / (a²·E·(dT/dt))] से मिलता है, जहाँ E सक्रियण ऊर्जा, D₀ पूर्व-घातांकी विसरणशीलता, a विसरण-विमा (कण-त्रिज्या), A ज्यामितीय गुणक और dT/dt शीतलन दर है। अतः तेज़ शीतलन व बड़े कण उच्च T_c देते हैं। T_c का मोटा क्रम, उच्चतम पहले, ज़िरकॉन व मोनाज़ाइट में U–Pb, गार्नेट में Sm–Nd (आकार-निर्भर), हॉर्नब्लेंड में Ar–Ar, फिर मस्कोवाइट, फिर बायोटाइट, और ऐपेटाइट विखंडन-पथ निम्नतम हैं।

आयु से दरें। दो तंत्रों के बीच शीतलन दर (T_c1 − T_c2)/(t₁ − t₂) है, जहाँ आयु t Ma में। एक्सह्यूमेशन दर शीतलन दर को भूतापीय प्रवणता से भाग देने पर मिलती है, और km/Myr में दर mm/yr के बराबर होती है। उदाहरण: मस्कोवाइट (T_c = 400 °C) 60 Ma पर और बायोटाइट (T_c = 300 °C) 50 Ma पर 100/10 = 10 °C/Myr देते हैं; G = 25 °C/km के साथ यह 0.4 km/Myr, यानी 0.4 mm/yr है।

P–T–t पथ इतिहास अभिलेखित करता है। दक्षिणावर्त पथ (निक्षेपण व मोटाई के दौरान तापन, फिर लगभग समतापी दाब-ह्रास, फिर शीतलन) संघट्ट पर्वत-पट्टियों के प्रारूपिक हैं, जिनमें काइनाइट का स्थान सिलिमेनाइट लेता है तथा दाब-ह्रास कोरोना व सिम्प्लेक्टाइट बनते हैं। वामावर्त पथ (भारण से पूर्व निम्न P पर तापन, फिर लगभग समदाबी शीतलन) चापों या मैग्मीय अधःस्थापन वाले विस्तारी परिवेशों के प्रारूपिक हैं। पथ के पुनर्निर्माण हेतु अभिक्रिया-गठन व गार्नेट-कटिबंधन पढ़े जाते हैं।

⚠️ खनिज-आयु सदा कायांतरण-आयु नहीं होती

बायोटाइट की Ar–Ar आयु लगभग 300 °C से नीचे ठंडा होने का काल बताती है, जो शिखर कायांतरण के दसियों मिलियन वर्ष बाद हो सकता है। आयु को “कायांतरित” कहने से पहले तंत्र के संवरण ताप की तुलना घटना के ताप से करें।

मुख्य बिंदु

पर्णन स्लेटी विदलन से फ़ाइलाइटी चमक व शिस्टता होते हुए नाइसी पट्टन तक क्रमशः बढ़ता है। लिपटे पर्णन वाला पॉर्फ़िरोब्लास्ट पूर्व-विवर्तनिक, सर्पिल अंतर्विष्ट-रेखाओं वाला सह-विवर्तनिक, आधात्री से सतत सीधी रेखाओं वाला उत्तर-विवर्तनिक है।
फ़ेसीज़ के नाम मेटाबेसाइट समुच्चयों पर हैं: ग्रीनशिस्ट, ऐम्फ़िबोलाइट, ग्रैनुलाइट, ब्लूशिस्ट (ग्लॉकोफ़ेन + लॉसोनाइट) व एक्लोजाइट (ऑम्फ़ेसाइट + गार्नेट)। युग्मित पट्टियाँ महासागर की ओर उच्च-P/निम्न-T और स्थल की ओर उच्च-T/निम्न-P पट्टी हैं। UHT 900 °C से अधिक (सैफ़ायरीन + क्वार्ट्ज़); UHP लगभग 2.7 GPa से अधिक (कोसाइट)।
क्लापेरॉन: dP/dT = ΔS/ΔV; ऋणात्मक ΔS व ΔV धनात्मक ढाल देते हैं। प्रावस्था नियम: F = C − P + 2; द्विचर शैल में अधिकतम C प्रावस्थाएँ होती हैं। AFM (मस्कोवाइट से प्रक्षेपण) में संयोजन-रेखाएँ साथ रहने वाले खनिज दिखाती हैं और पलटाव सतत अभिक्रिया है।
पेलाइट: क्लोराइट → बायोटाइट → गार्नेट → स्टॉरोलाइट → काइनाइट → सिलिमेनाइट; मैफ़िक: ग्रीनशिस्ट → ऐम्फ़िबोलाइट → ग्रैनुलाइट, या ब्लूशिस्ट → एक्लोजाइट; कार्बोनेट: टैल्क → ट्रेमोलाइट → डायोप्साइड → फ़ोर्स्टेराइट, जल-समृद्ध तरल विकार्बोनीकरण-ताप घटाता है। शुष्क शैलें पश्चगामी कायांतरण का प्रतिरोध करती हैं।
छोटा ΔV, बड़ा ΔS भूतापमापी देता है (Fe–Mg गार्नेट–बायोटाइट); बड़ा ΔV, छोटा ΔS भूदाबमापी (GASP)। P = ρgh व T = T₀ + Gz भूतापी पर बिंदु तय करते हैं। पश्चगामी विसरण आभासी T घटाता है; गार्नेट में घंटीनुमा Mn कटिबंधन प्रोग्रेड वृद्धि अभिलेखित करता है।
संवरण ताप तेज़ शीतलन व बड़े कणों के साथ बढ़ता है; शीतलन दर = ΔT_c/Δt और एक्सह्यूमेशन दर = शीतलन दर ÷ G। ज़िरकॉन व मोनाज़ाइट U–Pb उच्चतम हैं, फिर गार्नेट, हॉर्नब्लेंड, मस्कोवाइट, बायोटाइट। दक्षिणावर्त P–T–t पथ का अर्थ मोटाई फिर दाब-ह्रास; वामावर्त का अर्थ तापन फिर समदाबी शीतलन।

अभ्यास प्रश्न (17)

उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।

एक शिस्ट के पतले परिच्छेद में गार्नेट पॉर्फ़िरोब्लास्ट में क्वार्ट्ज़ की सीधी अंतर्विष्ट-रेखाएँ हैं जो आधात्री के पर्णन से सतत हैं, और आधात्री का पर्णन गार्नेट के चारों ओर विक्षेपित नहीं है। यह गार्नेट की वृद्धि के काल के बारे में क्या दर्शाता है?
1. गार्नेट पर्णन बनने से पहले बढ़ा, क्योंकि अंतर्विष्ट अपने चारों ओर की आधात्री से सदा पुराने होते हैं
2. गार्नेट विरूपण के दौरान बढ़ा, क्योंकि क्रिस्टल घूमा और उसने वक्र अंतर्विष्ट-रेखाएँ फँसा लीं
3. गार्नेट मुख्य विरूपण के बाद बढ़ा, क्योंकि पहले का पर्णन उसके भीतर सीधा सुरक्षित है
4. गार्नेट विरूपण से पहले बढ़ा, क्योंकि वह दृढ़ पिंड की भाँति रहा जिसके चारों ओर बाद का पर्णन लिपटा
उत्तर देखें
उत्तर: C — गार्नेट मुख्य विरूपण के बाद बढ़ा, क्योंकि पहले का पर्णन उसके भीतर सीधा सुरक्षित है
अविक्षेपित आधात्री पर्णन से सतत सीधी अंतर्विष्ट-रेखाओं का अर्थ है कि गार्नेट के बढ़ते समय पर्णन पहले से था और बाद के किसी विरूपण ने उसे नहीं लपेटा: वृद्धि उत्तर-विवर्तनिक थी। पूर्व-विवर्तनिक क्रिस्टलों को आधात्री का पर्णन लपेटता है, और सह-विवर्तनिक क्रिस्टल, जो भ्रामक विकल्प है, वक्र या सर्पिल रेखाएँ रखते हैं क्योंकि वे घूमते हुए बढ़े।
कौन-सा मेटाबेसाइट समुच्चय शीत, उच्च-दाब सबडक्शन-क्षेत्र पथ पर कायांतरण सूचित करता है?
1. ग्लॉकोफ़ेन + लॉसोनाइट, ब्लूशिस्ट फ़ेसीज़
2. हॉर्नब्लेंड + प्लैजियोक्लेज़, ऐम्फ़िबोलाइट फ़ेसीज़
3. क्लोराइट + ऐक्टिनोलाइट + ऐल्बाइट + एपिडोट, ग्रीनशिस्ट फ़ेसीज़
4. ऑर्थोपाइरॉक्सीन + क्लिनोपाइरॉक्सीन + प्लैजियोक्लेज़, ग्रैनुलाइट फ़ेसीज़
उत्तर देखें
उत्तर: A — ग्लॉकोफ़ेन + लॉसोनाइट, ब्लूशिस्ट फ़ेसीज़
ग्लॉकोफ़ेन व लॉसोनाइट ब्लूशिस्ट समुच्चय है, जो उच्च दाब व निम्न ताप पर बनता है, जहाँ शीत अवरोही पट्टिका भूतापी को दबा देती है। हॉर्नब्लेंड + प्लैजियोक्लेज़ ऐम्फ़िबोलाइट (मध्यम T व P) है, ग्रीनशिस्ट समुच्चय निम्न P व T का है, और ऑर्थोपाइरॉक्सीन + क्लिनोपाइरॉक्सीन + प्लैजियोक्लेज़ तप्त, निर्जल ग्रैनुलाइट फ़ेसीज़ है।
युग्मित कायांतरित पट्टियों के बारे में निम्नलिखित में से कौन-से कथन सही हैं?
1. मियाशिरो के युग्मों में उच्च-P/निम्न-T पट्टी किनारे की महासागर-पार्श्व की ओर होती है
2. स्थल की ओर की उच्च-T/निम्न-P पट्टी चाप-मैग्मा से तप्त होती है
3. युग्म की ब्लूशिस्ट पट्टी स्थल की ओर, ज्वालामुखीय चाप के निकट, होती है
4. युग्म की दोनों पट्टियाँ समान भूतापीय प्रवणता पर भिन्न गहराइयाँ अभिलेखित करती हैं
उत्तर देखें
उत्तर: A — मियाशिरो के युग्मों में उच्च-P/निम्न-T पट्टी किनारे की महासागर-पार्श्व की ओर होती है; B — स्थल की ओर की उच्च-T/निम्न-P पट्टी चाप-मैग्मा से तप्त होती है
एक युग्म में महासागर की ओर उच्च-P/निम्न-T (ब्लूशिस्ट) पट्टी, जो शीत अवरोही पट्टिका के ऊपर बनी, और स्थल की ओर उच्च-T/निम्न-P पट्टी होती है, जो मैग्मा से तप्त चाप-भूपर्पटी में बनी, जैसे जापान में सानबागावा व रयोके। अतः ब्लूशिस्ट पट्टी चाप के निकट नहीं है, और दोनों पट्टियाँ केवल गहराई में नहीं, भूतापीय प्रवणता में भी भिन्न हैं।
Mg–Al-समृद्ध ग्रैनुलाइट में अति-उच्च-ताप कायांतरण (900 °C से अधिक) का सर्वोत्तम प्रमाण पेट्रोलॉजिस्ट किस प्रेक्षण को मानेगा?
1. गार्नेट में कोसाइट अंतर्विष्ट, जो भूपर्पटी का 90 km से अधिक गहराई तक दबना दर्शाते हैं
2. संरचनात्मक साम्य में सैफ़ायरीन के साथ क्वार्ट्ज़
3. आधात्री में ग्लॉकोफ़ेन व लॉसोनाइट, जो अति निम्न भूतापीय प्रवणता दर्शाते हैं
4. चित्तीदार शिस्ट में ऐंडालूसाइट व कॉर्डिएराइट, जो निम्न दाब पर तापन दर्शाते हैं
उत्तर देखें
उत्तर: B — संरचनात्मक साम्य में सैफ़ायरीन के साथ क्वार्ट्ज़
Mg–Al-समृद्ध संघटनों में सैफ़ायरीन + क्वार्ट्ज़ UHT कायांतरण का मानक निदानात्मक समुच्चय है। कोसाइट UHP का सूचक है, दाब का चिह्न है, ताप का नहीं, और वह भ्रामक उत्तर है क्योंकि वह भी चरम कायांतरण कहलाता है। ग्लॉकोफ़ेन + लॉसोनाइट शीत, उच्च-दाब दशाएँ दर्शाता है, और ऐंडालूसाइट + कॉर्डिएराइट निम्न दाब व मध्यम ताप।
अभिक्रिया ऐल्बाइट → जेडाइट + क्वार्ट्ज़ में आयतन-परिवर्तन ऋणात्मक (ΔV < 0) और एंट्रॉपी-परिवर्तन ऋणात्मक (ΔS < 0) है। P को ऊर्ध्वाधर अक्ष पर रखने वाले P–T आरेख पर साम्य वक्र इसलिए
1. ऋणात्मक ढाल रखता है, क्योंकि ΔV व ΔS दोनों ऋणात्मक हैं
2. क्षैतिज है, क्योंकि दोनों परिवर्तन एक-दूसरे को निरस्त कर देते हैं
3. ऊर्ध्वाधर है, क्योंकि ठोस–ठोस अभिक्रिया दाब या आयतन पर निर्भर नहीं करती
4. धनात्मक ढाल रखता है, अतः जेडाइट + क्वार्ट्ज़ उच्च-दाब समुच्चय है
उत्तर देखें
उत्तर: D — धनात्मक ढाल रखता है, अतः जेडाइट + क्वार्ट्ज़ उच्च-दाब समुच्चय है
dP/dT = ΔS/ΔV, और ऋणात्मक संख्या को ऋणात्मक संख्या से भाग देने पर धनात्मक मिलता है, अतः वक्र दाईं ओर ऊपर उठता है और कम आयतन वाला पक्ष, जेडाइट + क्वार्ट्ज़, उच्च P पर स्थायी है। “दोनों ऋणात्मक” को ऋणात्मक ढाल पढ़ना भ्रामक त्रुटि है। परिवर्तन निरस्त नहीं होते, और ΔV ≠ 0 वाली हर अभिक्रिया दाब पर निर्भर करती है।
एक मेटापेलाइट, जिसे मस्कोवाइट, क्वार्ट्ज़ व H₂O से त्रि-घटक AFM तंत्र में प्रक्षेपित किया गया, एक पतले परिच्छेद में पाँच AFM खनिज (गार्नेट, क्लोराइट, बायोटाइट, स्टॉरोलाइट व काइनाइट) प्रत्यक्ष संपर्क में दिखाती है, ऐसे भू-क्षेत्र में जहाँ मानचित्र पर P और T सरलता से बदलते हैं। खनिजी प्रावस्था नियम के अनुसार सर्वोत्तम निर्वचन यह है कि
1. पाँच प्रावस्थाएँ अनुमत हैं क्योंकि H₂O व प्रक्षेपण-प्रावस्थाएँ अतिरिक्त स्वातंत्र्य-कोटियाँ जोड़ती हैं
2. शैल ठीक एक निश्चर बिंदु पर बनी, जो पूरे भू-क्षेत्र में पेलाइटों की सामान्य अवस्था है
3. समुच्चय एकल साम्य का नहीं है, या शैल ठीक किसी निश्चर स्थिति पर है
4. काइनाइट व स्टॉरोलाइट एक प्रावस्था गिने जाते हैं क्योंकि दोनों समान घनत्व के ऐलुमिनीय सिलिकेट खनिज हैं
उत्तर देखें
उत्तर: C — समुच्चय एकल साम्य का नहीं है, या शैल ठीक किसी निश्चर स्थिति पर है
तीन घटकों के साथ P–T की परास में साम्य पर पहुँची (द्विचर) शैल में अधिकतम तीन AFM प्रावस्थाएँ हो सकती हैं; चार के लिए एकचर स्थिति चाहिए और पाँच (C + 2, तीन-घटक तंत्र का अधिकतम) केवल निश्चर बिंदु पर संभव हैं। अतः शैल या तो वह दुर्लभ निश्चर स्थिति अभिलेखित करती है या, कहीं अधिक संभावना से, उसमें अवशेष व पश्चगामी या अध्यारोपित प्रावस्थाएँ हैं जो कभी एक साथ साम्य में नहीं थीं। आधिक्य वाली प्रावस्थाएँ प्रक्षेपण द्वारा पहले ही हटा दी गई हैं, अतः वे स्वातंत्र्य नहीं जोड़तीं, और भिन्न खनिज अपने रसायन के बावजूद भिन्न प्रावस्थाएँ हैं।
निम्नलिखित में से कौन-सी अभिक्रियाएँ सही संतुलित हैं?
1. CaCO₃ + SiO₂ → CaSiO₃ + CO₂ (कैल्साइट + क्वार्ट्ज़ → वोलैस्टोनाइट)
2. CaMg(CO₃)₂ + 2 SiO₂ → CaMgSi₂O₆ + 2 CO₂ (डोलोमाइट + क्वार्ट्ज़ → डायोप्साइड)
3. KAl₃Si₃O₁₀(OH)₂ + SiO₂ → KAlSi₃O₈ + Al₂SiO₅ + 2 H₂O (मस्कोवाइट + क्वार्ट्ज़ → K-फ़ेल्डस्पार + सिलिमेनाइट)
4. NaAlSi₃O₈ → NaAlSi₂O₆ + 2 SiO₂ (ऐल्बाइट → जेडाइट + क्वार्ट्ज़)
उत्तर देखें
उत्तर: A — CaCO₃ + SiO₂ → CaSiO₃ + CO₂ (कैल्साइट + क्वार्ट्ज़ → वोलैस्टोनाइट); B — CaMg(CO₃)₂ + 2 SiO₂ → CaMgSi₂O₆ + 2 CO₂ (डोलोमाइट + क्वार्ट्ज़ → डायोप्साइड)
परमाणु गिनने पर: कैल्साइट + क्वार्ट्ज़ से वोलैस्टोनाइट + CO₂ बनता है और Ca, Si, C व O सभी संरक्षित हैं; डोलोमाइट + 2 क्वार्ट्ज़ से डायोप्साइड + 2 CO₂ बनता है (दोनों ओर Ca 1, Mg 1, Si 2, C 2, O 10)। मस्कोवाइट + क्वार्ट्ज़ एक H₂O मुक्त करता है, दो नहीं, क्योंकि मस्कोवाइट के दो OH समूहों में केवल दो H हैं। ऐल्बाइट जेडाइट बनाने में केवल एक SiO₂ खोता है (NaAlSi₃O₈ में से NaAlSi₂O₆ घटाने पर SiO₂ बचता है), अतः 2 SiO₂ संतुलित नहीं होता।
पेलाइट के बैरोवियन कायांतरण में बढ़ते ग्रेड के साथ सूचक खनिज किस क्रम में प्रकट होते हैं?
1. क्लोराइट, गार्नेट, बायोटाइट, स्टॉरोलाइट, काइनाइट, सिलिमेनाइट
2. क्लोराइट, बायोटाइट, गार्नेट, स्टॉरोलाइट, काइनाइट, सिलिमेनाइट
3. बायोटाइट, क्लोराइट, गार्नेट, काइनाइट, स्टॉरोलाइट, सिलिमेनाइट
4. क्लोराइट, बायोटाइट, स्टॉरोलाइट, गार्नेट, सिलिमेनाइट, काइनाइट
उत्तर देखें
उत्तर: B — क्लोराइट, बायोटाइट, गार्नेट, स्टॉरोलाइट, काइनाइट, सिलिमेनाइट
पेलाइट में बैरो के क्षेत्र क्लोराइट, बायोटाइट, गार्नेट, स्टॉरोलाइट, काइनाइट, सिलिमेनाइट के क्रम में चलते हैं। अन्य क्रमों में पड़ोसी आपस में बदल गए हैं: गार्नेट बायोटाइट के बाद आता है, स्टॉरोलाइट काइनाइट से पहले, और सिलिमेनाइट, उच्च-ताप बहुरूप, अंत में आता है।
एक सिलिकामय संगमरमर में कैल्साइट व क्वार्ट्ज़ CO₂-समृद्ध तरल के संपर्क में हैं, उस ताप से ठीक नीचे जिस पर वोलैस्टोनाइट बनता है। ठंडा होते प्लूटन से जल-समृद्ध तरल T या P बदले बिना शैल में अंतःस्पंदित होता है। अभिक्रिया कैल्साइट + क्वार्ट्ज़ → वोलैस्टोनाइट + CO₂ पर संभावित प्रभाव क्या है?
1. वह अब उसी T पर चल सकती है, क्योंकि तरल में CO₂ का तनुकरण अभिक्रिया-ताप घटाता है
2. वह पीछे की ओर धकेली जाती है, क्योंकि जल अभिक्रिया का उत्पाद है और तरल में बढ़ता है
3. वह अप्रभावित रहती है, क्योंकि T व P अपरिवर्तित हैं और अभिकारक स्थिर संघटन के ठोस हैं
4. उसे उच्चतर T चाहिए, क्योंकि जल वोलैस्टोनाइट व CO₂ की तुलना में कैल्साइट व क्वार्ट्ज़ को स्थायी करता है
उत्तर देखें
उत्तर: A — वह अब उसी T पर चल सकती है, क्योंकि तरल में CO₂ का तनुकरण अभिक्रिया-ताप घटाता है
CO₂ उत्पाद है, अतः तरल में उसकी सक्रियता को जल से तनु करके घटाना उत्पादों के पक्ष में जाता है और अभिक्रिया-ताप घटाता है; इसलिए अंतःस्पंदन स्थिर T पर विकार्बोनीकरण चलाता है। जल इस अभिक्रिया का उत्पाद नहीं है, अतः पीछे धकेलने का दावा गलत है, और अभिकारक ठोस होने पर भी अभिक्रिया तरल-संघटन पर निर्भर है। जल कैल्साइट + क्वार्ट्ज़ को स्थायी नहीं करता।
एक ग्रैनुलाइट अपना निर्जल उच्च-ताप समुच्चय सतह तक लाती है, जबकि बाद में जिन निम्न तापों से वह गुज़री उन पर जलयोजित खनिज स्थायी होते। सर्वोत्तम कारण क्या है?
1. जो शैल एक बार ग्रैनुलाइट फ़ेसीज़ पर पहुँच चुकी हो उसमें जलयोजित खनिज कभी केंद्रकित नहीं हो सकते
2. ग्रैनुलाइट सदा इतनी तेज़ी से ठंडे होते हैं कि किसी भी खनिज में विसरण कार्य नहीं कर पाता, तरल की आपूर्ति चाहे जो हो, अतः कोई अभिक्रिया संभव नहीं
3. ग्रैनुलाइटों के समग्र संघटन ऐसे हैं जिनमें जलयोजित खनिज रासायनिक रूप से असंभव हैं
4. पश्चगामी जलयोजन को जल चाहिए, और शैल प्रोग्रेड कायांतरण में अपना तरल व गलित द्रव खो चुकी थी
उत्तर देखें
उत्तर: D — पश्चगामी जलयोजन को जल चाहिए, और शैल प्रोग्रेड कायांतरण में अपना तरल व गलित द्रव खो चुकी थी
प्रोग्रेड वाष्पशील-निष्कासन व गलित-द्रव हानि ग्रैनुलाइट को शुष्क छोड़ती है, और जलयोजन द्वारा पश्चगामी कायांतरण बिना जल के नहीं चल सकता, अतः उच्च-T समुच्चय अर्द्ध-स्थायी रूप से बचा रहता है। वही शैल वहाँ पश्चगामी हो जाती है जहाँ अपरूपण क्षेत्रों के साथ तरल भीतर आता है, जो इस दावे का खंडन करता है कि जलयोजित खनिज कभी नहीं बन सकते या रासायनिक रूप से असंभव हैं। शीतलन-दर के तर्क सार्वभौमिक नहीं हो सकते, क्योंकि पश्चगामी ग्रैनुलाइट मौजूद हैं।
एक समुच्चय में दो अंशांकित अभिक्रियाओं के लिए रुचि के P–T पर परिवर्तन ये हैं। अभिक्रिया X: ΔV = +0.1 cm³/mol और ΔS = +20 J/(mol·K)। अभिक्रिया Y: ΔV = −7 cm³/mol और ΔS = −35 J/(mol·K)। कौन-सा कथन सही है?
1. X अच्छा भूदाबमापी और Y अच्छा भूतापमापी है, क्योंकि X का आयतन-परिवर्तन छोटा है
2. X अच्छा भूतापमापी (ढाल लगभग 200 MPa/K) और Y अच्छा भूदाबमापी (ढाल लगभग 5 MPa/K) है
3. दोनों अच्छे भूदाबमापी हैं, क्योंकि इन परिस्थितियों में दोनों अभिक्रियाओं का आयतन-परिवर्तन शून्येतर है
4. दोनों अच्छे भूतापमापी हैं, क्योंकि इन परिस्थितियों में दोनों अभिक्रियाओं का एंट्रॉपी-परिवर्तन शून्येतर है
उत्तर देखें
उत्तर: B — X अच्छा भूतापमापी (ढाल लगभग 200 MPa/K) और Y अच्छा भूदाबमापी (ढाल लगभग 5 MPa/K) है
क्लापेरॉन ढाल dP/dT = ΔS/ΔV, X के लिए (20)/(0.1 × 10⁻⁶) = 2 × 10⁸ Pa/K = 200 MPa/K और Y के लिए (−35)/(−7 × 10⁻⁶) = 5 × 10⁶ Pa/K = 5 MPa/K है। अत्यंत तीव्र वक्र P–T आरेख पर लगभग ऊर्ध्वाधर होता है, अतः साम्य मुख्यतः T से खिसकता है और X तापमापी है; मंद वक्र मुख्यतः P से खिसकता है और Y दाबमापी है। भूमिकाएँ उलटकर बाँटना भ्रामक त्रुटि है।
स्टॉरोलाइट–गार्नेट शिस्ट के एक गार्नेट में घंटीनुमा Mn प्रोफ़ाइल है, जो क्रोड में अधिकतम है और किनारे पर न्यूनतम मान तक सरलता से घटती है, किनारे पर कोई वृद्धि नहीं। यह क्या सूचित करता है?
1. शीतलन के दौरान गार्नेट का पश्चगामी पुनःशोषण, जो क्रिस्टल के चारों ओर किनारी में Mn केंद्रित करता है
2. शिखर कायांतरण के दौरान उच्च ताप पर विसरण से क्रिस्टल का पूर्ण समांगीकरण
3. प्रोग्रेड वृद्धि-कटिबंधन, जिसमें Mn बढ़ते गार्नेट में प्रबलता से विभाजित हुआ और आधात्री में अवक्षयित हुआ
4. संपर्क कायांतरण, क्योंकि Mn कटिबंधन केवल आग्नेय अंतर्वेधों व उनके परिमंडलों के चारों ओर मिलता है
उत्तर देखें
उत्तर: C — प्रोग्रेड वृद्धि-कटिबंधन, जिसमें Mn बढ़ते गार्नेट में प्रबलता से विभाजित हुआ और आधात्री में अवक्षयित हुआ
गार्नेट Mn को प्रबलता से लेता है, अतः पहले बढ़े क्रोड Mn-समृद्ध होते हैं और आधात्री क्रमशः अवक्षयित होती जाती है, जिससे घंटीनुमा प्रोफ़ाइल बनती है जो प्रोग्रेड वृद्धि सुरक्षित रखती है। पश्चगामी पुनःशोषण, जो भ्रामक पाठ है, किनारे पर Mn बढ़ाता, और विसरण से समांगीकरण सपाट प्रोफ़ाइल देता। वृद्धि-कटिबंधन संपर्क परिवेश तक सीमित नहीं है।
एक कायांतरित शैल 0.81 GPa दाब पर साम्य में आई। स्थिति-स्थैतिक दाब P = ρgh लें, ρ = 2750 kg/m³ व g = 9.8 m/s² के साथ। भूतापी रैखिक है, T = T₀ + Gz, सतही ताप T₀ = 20 °C और G = 20 °C/km। साम्य का ताप °C में क्या था? उत्तर निकटतम पूर्ण संख्या में दें।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
उत्तर देखें
उत्तर: 621
गहराई h = P/(ρg) = 0.81 × 10⁹/(2750 × 9.8) = 0.81 × 10⁹/26 950 = 30 056 m = 30.06 km। तब T = 20 + 20 × 30.06 = 621 °C।
एक निर्जलीकरण अभिक्रिया में ΔS = +90 J/(mol·K) और ΔV = +30 cm³/mol है (1 cm³ = 10⁻⁶ m³)। क्लापेरॉन समीकरण से, ΔS व ΔV को स्थिर मानते हुए, ताप 50 K बढ़ने पर अभिक्रिया को साम्य में रखने हेतु दाब कितने MPa बढ़ना चाहिए?
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
उत्तर देखें
उत्तर: 150
dP/dT = ΔS/ΔV = 90/(30 × 10⁻⁶) = 3 × 10⁶ Pa/K = 3 MPa/K। ΔT = 50 K हेतु दाब को 3 × 50 = 150 MPa बढ़ना होगा।
भूदाबमापी GASP है 3 CaAl₂Si₂O₈ (ऐनॉर्थाइट) = Ca₃Al₂Si₃O₁₂ (ग्रॉसुलर) + 2 Al₂SiO₅ (काइनाइट) + SiO₂ (क्वार्ट्ज़)। cm³/mol में मोलर आयतन लें: ऐनॉर्थाइट 100.8, ग्रॉसुलर 125.3, काइनाइट 44.1, क्वार्ट्ज़ 22.7। बने प्रति मोल ग्रॉसुलर पर ठोसों का आयतन कितने cm³ घटता है? उत्तर दशमलव के एक स्थान तक दें।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
उत्तर देखें
उत्तर: 66.2
अभिकारक: 3 × 100.8 = 302.4 cm³। उत्पाद: 125.3 + 2 × 44.1 + 22.7 = 125.3 + 88.2 + 22.7 = 236.2 cm³। ΔV = 236.2 − 302.4 = −66.2 cm³, अतः आयतन 66.2 cm³ घटता है। छोटे ΔS के साथ यह बड़ा ऋणात्मक ΔV GASP को संवेदनशील भूदाबमापी बनाता है।
एक नाइस में हॉर्नब्लेंड (Ar–Ar, संवरण ताप 500 °C) 520 Ma आयु देता है और उसी शैल का बायोटाइट (संवरण ताप 300 °C) 490 Ma देता है। स्थिर शीतलन दर व 25 °C/km की भूतापीय प्रवणता मानते हुए यह कितनी एक्सह्यूमेशन दर सूचित करता है, mm/yr में (km/Myr के बराबर)? उत्तर दशमलव के दो स्थानों तक दें।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
उत्तर देखें
उत्तर: 0.27
शीतलन दर = (500 − 300)/(520 − 490) = 200/30 = 6.67 °C/Myr। एक्सह्यूमेशन दर = शीतलन दर/G = 6.67/25 = 0.267 km/Myr, जो 0.27 mm/yr बनता है।
संवरण ताप व खनिज-आयु के बारे में निम्नलिखित में से कौन-से कथन सही हैं?
1. एक ही खनिज व तंत्र के लिए तेज़ शीतलन उच्चतर संवरण ताप देता है
2. एक ही खनिज व शीतलन दर के लिए बड़े कणों का संवरण ताप उच्चतर होता है
3. बायोटाइट की Ar–Ar आयु सदा शिखर कायांतरण का काल बताती है, शीतलन-इतिहास चाहे जो हो
4. ज़िरकॉन व मोनाज़ाइट का Pb हेतु संवरण ताप सामान्यतः बायोटाइट के Ar हेतु संवरण ताप से कम होता है
उत्तर देखें
उत्तर: A — एक ही खनिज व तंत्र के लिए तेज़ शीतलन उच्चतर संवरण ताप देता है; B — एक ही खनिज व शीतलन दर के लिए बड़े कणों का संवरण ताप उच्चतर होता है
डॉडसन समीकरण में T_c शीतलन दर dT/dt और विसरण-विमा a (कण-त्रिज्या) के साथ बढ़ता है, अतः तेज़ शीतलन व बड़े कणों वाले कथन सही हैं। बायोटाइट की Ar–Ar आयु लगभग 300 °C से नीचे ठंडे होने की शीतलन-आयु है और शिखर कायांतरण के दसियों मिलियन वर्ष बाद की हो सकती है। ज़िरकॉन व मोनाज़ाइट Pb को बहुत उच्च ताप तक रोके रखते हैं, अतः उनके संवरण ताप बायोटाइट से कहीं ऊपर हैं।