Abstract

Glasses are widely used as analogues for the study of silicate melts. Although they are solid materials, their structure is inherently complex and difficult to study. However, progress has been made in elucidating this structure, its relationship to composition, and how it behaves at high temperatures and pressures. Recent research has brought to light some new findings with important implications for natural melts. These include the observation that the structure is dependent upon the type and size of alkali or alkaline-earth cations incorporated into the glass network, with Li behaving very differently than other alkali cations. In addition, the presence of more than one type of alkali cation can cause non-linear physical behavior. Elements such as Al, Ti and Fe, which play important roles in petrological phenomena, can exhibit coordination environments (e.g., 5-fold) or polyhedral arrangements (e.g., triclusters) that are not common in crystalline phases. Furthermore, polyamorphic phase-transitions may occur at high temperature and pressures; the application of new theoretical models like mean field-constraint hypothesis suggests that several glass phenomena, and probably melt phenomena as well, may be related to stress-rigid to floppy transitions. The state of understanding of glass structure, although still rudimentary relative to crystalline materials, has grown exponentially over the last few decades, often with geological researchers at the forefront.

Abstract

On se sert couramment des verres pour étudier les bains fondus silicatés. Quoiqu’ils sont des matériaux solides, leur structure est naturellement complexe et difficile à étudier. Toutefois, des progrès ont été faits dans l’étude de cette structure, sa relation à la composition, et son comportement à températures et pressions élevées. Les projets de recherche récents font ressortir les implications importantes aux bains fondus naturels. A titre d’exemple, la structure dépendrait de la sorte et la taille d’ion alcalin ou alcalino-terreux qui se trouve incorporé dans le réseau du verre. Le Li se comporte de façon très différente des autres alcalins. De plus, la présence de plus d’une sorte d’alcalin peut causer des comportements physiques non-linéaires. Les élements tels Al, Ti et Fe, dont l’importance pétrologique est évidente, peuvent adopter une coordinence inhabituelle, cinq par exemple, et un arrangement polyédrique, des groupements par trois, par exemple, qui ne sont pas communs dans les phases cristallines. De plus, des transitions de phases polyamorphiques pourraient avoir lieu à températures et à pressions élevées. L’application de nouveaux modèles théoriques, par exemple le modèle de contrainte moyenne du champ, fait penser que plusieurs phénomènes impliquant les verres, et tout probablement les bains fondus, pourraient résulter de transitions de matériau rigide face aux contraintes à mate-riau déformable. Quoique les connaissances de la structure du verre sont rudimentaires en comparaison de celles des matériaux cristallins, les connaissances ont augmenté exponentiellement au cours des dernières décennies, souvent grâce aux découvertes de chercheurs oeuvrant dans le domaine des sciences de la Terre.

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