минералогия (1006435), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Этотэффект иллюстрируется высокой глиноземистостью пироксенов и амфиболов глубоко метаморфизованных пород за счет повышенных содержаний четырехкоординированного алюминия.Среди природных соединений переменного состава с генетическойи кристаллохимической точки зрения важно различать два типа: 1) истинные твердые растворы; 2) микронеоднородные минералы (в том числе твердые псевдорастворы, многие из которых представляют собой продукты распада твердых растворов).Истинные твердые растворы, или, как их иначе называют, изоморфные смеси, представляют собой совершенно однородные по кристаллической структуре смеси в любых пропорциях двух или нескольких веществ, не образующих химических соединений промежуточного состава.Примерами могут служить твердые растворы золота и серебра, оливины,закаленные плагиоклазы вулканического происхождения и т.
д.Физические и химические свойства твердых растворов являются аддитивными (от лат. addo — прибавляю), т. е. постепенно и закономерноизменяющимися при увеличении содержания второго компонента. Таковы, например, изменения температуры плавления, удельного веса, показателей преломления, отражательной способности, электропроводности и т. д. Изменения всех этих свойств на диаграммах выражаются в видепрактически прямых линий (для удельных весов и параметров решетки)или плавно изгибающихся кривых (температур плавления, оптическихсвойств и др.).
Эти кривые для изоморфных рядов настолько характерны, что по совокупности изученных свойств какоголибо минеральноговида переменного состава по ним можно определить состав конкретногоиндивида, измерив значения его свойств и не прибегая к химическомуанализу. Например, нетрудно определить таким путем по специальным62Общая частьдиаграммам состав оливина, изучив его оптические свойства в шлифахпод микроскопом.В химических формулах твердых растворов изоморфные атомы илиионы ставят в круглые скобки, отделяя друг от друга запятыми и располагая в убывающем порядке содержания: (Au,Ag), (Zn,Fe)S, (Zn,Fe)CO3,(Fe,Mn)WO4 и т.
д. Если в двойной соли один из компонентов содержитизоморфные примеси, то формула изображается в следующем виде:Ca(Mg,Fe)[CO3]2.Приведенные выше формулы твердых растворов, выражающие химизмминералов переменного состава в обобщенном виде, содержат информациюо соотношении изоморфных атомов лишь в порядковой форме (больше —меньше). Химический состав конкретных минеральных индивидов, оцениваемый по результатам их химического анализа, выражается в так называемых эмпирических формулах, например, состав одного из клинопироксеновХибинского массива описывается следующей эмпирической формулой:(Na0,88Ca0,10K0,02)1,00(Fe3+0,88Mg0,05Al0,03Fe2+0,02Ti4+0,02)1,00 [(Si1,95Al0,05)2,00O6].Микронеоднородными минералами считаются такие минеральные индивиды, неоднородность которых устанавливается лишь при микроскопических исследованиях.
Внешне кристаллы подобных минералов могутказаться однородными, однако при микроскопических, а иногда — лишьпри электронномикроскопических исследованиях такие минералы обнаруживают неоднородное строение. Неоднородности могут быть представлены как минеральными включениями различного масштаба, так имногофазными включениями, представляющими фрагменты минералообразующей среды (расплавные, газовожидкие включения).Во многих случаях неоднородность минералов является первичной,формируясь непосредственно в процессе их образования в результате захвата посторонних минеральных частиц и отдельных порций минералообразующей среды через поверхность растущего кристалла.
В целом рядеслучаев минеральные микровключения занимают ориентированное положение относительно кристаллахозяина. Иногда такие включения возникают при захвате ориентированно наросших (эпитаксических) микроиндивидов других минералов (например, тончайшие пластины ильменитаили слюды, ориентированные параллельно граням базопинакоида кристаллов корунда). Если ориентированно наросшие минералы впоследствииоказываются заключенными внутри кристаллахозяина, образующиесявростки называются эндотаксическими. Нередко микроиндивиды постороннего минерала, имеющие закономерную ориентировку относительнокристаллахозяина, росли одновременно с ним (топотаксия).Интересный пример неоднородности представляют синтаксическиесрастания структурно родственных минералов, образующих отдельныеблоки, представленные в различных объемных отношениях.
Подобноеявление на ультрамикроскопическом уровне наблюдается в минералах,Глава 2. Конституция и свойства минералов63представленных монокристаллами, в строении которых участвуют различные по составу и строению, но хорошо сочетающиеся между собойрегулярно расположенные структурные блоки, присутствующие в кратных отношениях. Минералы, построенные таким образом, называютсяполисомами и образуют дискретные ряды — полисоматические серии,например, минералы серии бастнезитпаризит. Если полисоматическиеструктуры сложены плоскими блоками (подобно политипам — слоями,но различными по составу), возникают так называемые смешаннослойные образования, к которым, как показали электронномикроскопическиеисследования, относятся многие глинистые минералы, ранее считавшиеся однородными.Всевозможные примеси и дефекты в кристаллах минералов, обладаясами по себе микроскопическими размерами, могут неравномерно распределяться в минералах, делая их неоднородными и для невооруженного взгляда.
Как изоморфные, так и механические примеси нередко в различных количествах захватываются растущим кристаллом на различныхэтапах его роста, что приводит к зональному распределению окраски; подобные зоны могут наблюдаться и макроскопически, формируя ритмичнополосчатую зональность.
Если примеси неодинаковым образом поступают в минеральный индивид через различные элементы огранениярастущего кристалла (вершины, ребра, различные грани), распределениепримесей может иметь секториальный характер.Весьма распространены в реальных минеральных индивидах и случаи вторичной неоднородности, по большей части возникающей в процессе низкотемпературной эволюции минералов, представлявших присвоем возникновении истинные твердые растворы. Так как большинствоминеральных индивидов после своего образования претерпевают охлаждение, пределы изоморфной смесимости сужаются, и твердый растворначинает испытывать превращения, сводящиеся часто к распаду (экссолюции) с выделением избыточных компонентов в виде новых минеральных фаз. Например, в экспериментально изученной системе NaCl — KСlэти соединения при высоких температурах образуют непрерывный рядтвердых растворов.
Однако при постепенном охлаждении до комнатнойтемпературы в закристаллизовавшейся массе возникают мельчайшие закономерно сросшиеся тельца NaCl и KСl. Количественные их соотношения зависят от исходного состава твердого раствора.Теоретический состав минеральных фаз, которые должны образоваться при распаде твердого раствора, определяется на диаграмме «состав —температура» (рис. 9) положением кривой равновесного сольвуса (бинодали).
В большинстве случаев образующиеся фазы зарождаются приболее низких температурах, чем те, которые задаются равновесным сольвусом. Зарождение индивидов новой фазы в твердом теле требует дополнительной энергии на преодоление упругих деформаций при согласовании64Общая частьРис. 9. Эволюция охлаждающегося твердого раствора состава (A0,5B0,5) на субсолидусной диаграмме «состав — температура» двухкомпонентной системы A–B. При температуре T = T1 твердый раствор стабилен. После пересечения кривой равновесного сольвусатвердый раствор находится в метастабильном состоянии (T = T2). Далее зародившиесяпри пересечении когерентного сольвуса микровростки, обогащенные компонентом A,достигают при T = T3 состава (A0,75B0,25) и находятся в преобладающей по объему матрице состава (B0,6A0,4). При дальнейшем охлаждении когерентность нарушается и приT = T3 фазы в срастании характеризуются составами (A0,9B0,1) и (B0,8A0,2) с небольшимпреобладанием последнейповерхностей выделяющейся фазы и кристалламатрицы, что достигается переохлаждением по сравнению с температурой теоретического «насыщения»; реальный состав выделяющейся фазы и кристалламатрицыопределяется линией когерентного сольвуса.
При длительном глубокомпереохлаждении структура распада делается более грубой и когерентностьможет нарушиться, после чего состав сосуществующих фаз достигает величин, задаваемых равновесным сольвусом (см. рис. 9).Кроме распадового «сценария» поведения твердого раствора, на фонеснижения температуры возможны процессы упорядочения структуры, прикоторых изоморфные атомы разных элементов, имевшие в структуре твердого раствора статистическое (случайное) распределение в позициях одного типа, начинают перераспределяться в этих позициях, избегая соседства с себе подобными. Перераспределение изоморфных атомов,осуществляемое путем диффузии на малые расстояния, приводит к образованию закономерных конфигураций, так что ранее симметрическиэквивалентные позиции, занимавшиеся ионами разных элементов в случайном порядке, становятся неравноценными и как бы расщепляются надва или более типов (рис.
10). Процессы упорядочения представляют собой весьма специфичные непрерывные полиморфные переходы (обычновторого рода), практически всегда приводящие к понижению симметрииГлава 2. Конституция и свойства минералов65Рис. 10. Неупорядоченное (статистическое) и упорядоченное распределение атомовдвух сортов. При упорядочении элементарная ячейка изменяет ориентациюи увеличивает площадь вдвоеи кратному увеличению элементарной ячейки (появляется сверхструктура). В некоторых случаях процессы распада и упорядочения совмещаются. Так, например, твердые растворы высокотемпературных щелочныхполевых шпатов при постепенном охлаждении испытывают распад с выделением натрового компонента в виде пертитовых вростков альбита,тогда как обогащенная калием матрица, испытывая упорядочение Si и Alпо тетраэдрическим позициям, постепенно превращается из моноклинного ортоклаза в триклинный микроклин.Выделение новообразованных минеральных фаз из твердых растворовможет начинаться с появления чрезвычайно мелкодисперсных, обычно —ориентированных включений, в результате чего образуются твердые аналоги коллоидных растворов — кристаллозоли (черный железистый сфалерит, пигментированный мельчайшими частицами пирротина).
В дальнейшем новообразования испытывают тенденцию к укрупнению, они растут,подобно обычным кристаллам, выпадающим из пересыщенных жидкихрастворов, с той лишь разницей, что транспортировка компонентов к нимосуществляется на несколько порядков медленнее, так как диффузия в твердом теле затруднена.Процессы зарождения и укрупнения новообразованных фаз, хорошопротекающие при постепенном падении температуры (в эндогенной обстановке), могут быть приостановлены или существенно замедлены глубоким и резким охлаждением (например, при вулканизме), которое замедляет процессы диффузии и роста вновь образующихся фаз, так чтотвердый раствор очень долго потом сохраняется в метастабильном состоянии (например, санидины и анортоклазы из вулканических пород).Микроиндивиды новообразованных минералов могут в ряде случаевне только не достигнуть крупных размеров, но и, напротив, уменьшиться66Общая частьили вовсе раствориться заново; более того, похожая участь иногда постигаети первичные включения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
