民國115年 高考三級 地質 礦物與岩石學
第4題
斜長石（Plagioclase）是長石的一種，也是在自然界中極常見且重要的矽 酸鹽造岩礦物。請試以斜長石為例，說明何謂「Solid Solution」？（15…
題目
斜長石（Plagioclase）是長石的一種，也是在自然界中極常見且重要的矽 酸鹽造岩礦物。請試以斜長石為例，說明何謂「Solid Solution」？（15 分） 並說明斜長石如何依固溶體系列分類。（15 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、Solid Solution（固溶體）的定義：指兩種或以上端成分（end member）在相同晶格位置上互相取代，形成成分可連續變化、結構單一且均勻的結晶相。其成立條件為離子半徑相近、電荷與配位數相容、晶格能允許，且高溫下熵效應有助混合。依取代方式分置換型（substitutional）、填隙型（interstitial）與缺席型（omission），置換型又可分簡單置換與耦合置換（coupled substitution）。
- 二、斜長石的置換機制：斜長石為鈉長石（albite，NaAlSi3O8，Ab）與鈣長石（anorthite，CaAl2Si2O8，An）的完全固溶體系列，置換方式為 Na+ 加 Si4+ 換為 Ca2+ 加 Al3+ 的耦合置換，即 Ca 進入 A 位時伴隨 Al 取代 Si 進入四面體位，以維持電荷平衡。故 An 值增加時 Al 升高、Si 降低，晶胞體積略增，折射率、比重與干涉色亦隨成分改變。
- 三、溫度與出溶：高溫下（約 700 度以上）Ab 與 An 可完全混溶；低溫時於 An 約 2 至 15%、30 至 50%、60 至 85% 等區間出現混溶間隙（miscibility gap），固溶體分解出溶（exsolution），形成鈉長石與鈣長石的顯微葉片，即 peristerite、Boggild、Huttenlocher 間隙，可造成暈彩（labradorescence）或雲霧狀外觀。因此斜長石成分可作為岩漿結晶溫度與冷卻速率的指標。
- 四、依固溶體系列分類：以 100×Ca/(Ca+Na) 計算 An 莫耳百分比，分為鈉長石 Albite（An 0 至 10）、奧長石 Oligoclase（An 10 至 30）、中長石 Andesine（An 30 至 50）、拉長石 Labradorite（An 50 至 70）、倍長石 Bytownite（An 70 至 90）、鈣長石 Anorthite（An 90 至 100）。另鹼性長石系列為 Or-Ab 固溶體（sanidine、orthoclase、microcline、anorthoclase），兩系列在 Or-Ab-An 三元圖上構成完整成分空間。
- 五、鑑定方法與地質意義：可用薄片上的聚片雙晶、消光角與干涉色估算 An 值，油浸法測折射率，X 光繞射測峰位位移，或電子微探分析取得精確成分。斜長石 An 值隨岩漿分化由高變低（鈣質斜長石趨向鈉質），可判斷岩類（輝長岩 An 50 至 90、花崗岩 An 10 至 30）、變質度（綠片岩相以鈉長石為主、角閃岩相為中長石）及隕石與月球岩石成因，並可配合二長石溫度計估算結晶溫度。
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