Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




14.09.2019


14.09.2019


08.09.2019


03.09.2019


26.08.2019


13.08.2019


13.08.2019


08.08.2019


06.08.2019


30.07.2019





Яндекс.Метрика
         » » Порядок кристаллизации минералов магматических пород

Порядок кристаллизации минералов магматических пород

08.12.2017

Имеется ряд химических соединений, близких до известной степени друг к другу по своему составу, которые могут выделяться из силикатного магматического расплава, сменяя друг друга по мере понижения температуры расплава. Расплав реагирует, постепенно изменяя свой состав, и вызывает образование все новых минеральных молекул.

Происходит не растворение и исчезновение минерала, а постепенное преобразование его в новый минерал. Получается серия реакционных по отношению друг к другу минералов, не образующих между собой ни изоморфных, ни эвтектических смесей.

Сущность таких реакционных процессов, в значительной степени регулирующих порядок кристаллизации минералов магматических пород, заключается в следующем, как это было установлено опытами Боуэна на простейшем примере — кристаллизации расплава, в состав которого входят MgO и SiO2 как основные компоненты.

MgO и SiO, дают два соединения: Mg2SiO4, в котором отношение MgO:SiO2 равно 2:1 (форстерит), и MgSiO3 с отношением MgO: SiO2, равным 1:1 (энстатит). Первый плавится при особенно высокой температуре (1890°) конгруентно (без разложения); второй плавится при значительно более низкой температуре (1557°) инконгруентно (с разложением). Инконгруентное плавление энстатита характеризуется образованием расплава, обогащенного кремнекислотой, в котором можно установить примесь мелких кристалликов форстерита по формуле:

2 MgSiO3 <—> Mg2SiO4 + SiO2.

При охлаждении расплава, содержащего форстерит в расплавленном состоянии, до температуры около 1890° появляются кристаллики форстерита, постепенно растущие в числе и в размерах. При температуре 1557° кристаллики форстерита реагируют с расплавом, обогащенным кремнекислотой, по формуле, указанной выше. Если температура 1557° становится устойчивой, кристаллики форстерита постепенно растворяются, а взамен вырастают кристаллики энстатита. Когда форстерит полностью заменяется энстатитом, температура снова начинает постепенно понижаться, причем из такого расплава продолжает кристаллизоваться уже не форстерит, а энстатит.

Процесс такого же взаимодействия между минералами в силикатном магматическом расплаве, содержащем, кроме MgO и SiO2, также Al2O3, Fe2O3, FeO, CaO, Na2O, K2O, H2O, продолжается и далее по мере понижения температуры и выделения MgO и SiO2.

Согласно мнению Боуэна, по мере охлаждения магматического расплава происходят явления реакций между более высокотемпературными минералами и самим расплавом, постепенно обогащающимся все новыми и новыми компонентами, с образованием новых, более низкотемпературных минералов. В расплаве постепенно увеличивается по мере выделения энстатита содержание CaO, FeO. Энстатит становится неустойчивым в расплаве нового химического состава и постепенно заменяется более устойчивым в новом расплаве минералом — клинопироксеном (близким к диопсиду авгитом). При дальнейшем понижении температуры получаются все более сложного состава и строения минералы — содержащие (ОН) амфиболы, заменяющие клинопироксены. Их атомная структура более сложна: для них, в частности, характерно содержание ОН, Na2O и других окислов. При еще более низкой температуре амфибол заменяется еще более сложным во всех отношениях биотитом, содержащим больше летучих компонентов (кроме ОН, часто также F' и отсутствующую в амфиболах K2O. Биотитом этот ряд реакций заканчивается.

Такие же процессы взаимных реакций происходят среди светлоцветных минералов в виде непрерывного перехода от более высокотемпературных богатых анортитом основных плагиоклазов к более кислым и более богатым альбитом плагиоклазам вплоть до особенно богатых альбитом, а также и кремнекислотой.

Эти взаимоотношения, с одной стороны, среди темноокрашенных минералов (магнезиально-железистых), с другой стороны, — среди светлоокрашенных (плагиоклазов, калиевого полевого шпата и кварца), Боуэн изобразил в виде своей реакционной схемы. Согласно этой схеме, магнезиально-железистые минералы выделяются в такой последовательности: оливины —> ромбические пироксены —> моноклинные пироксены —> амфиболы —> биотиты. Каждый из этих минералов представляет собой твердый раствор (изоморфную смесь). Параллельно с изменением темноцветных минералов, при кристаллизации магмы идет изменение плагиоклазов, представляющих собой непрерывную изоморфную смесь от анортита до альбита. По мере остывания расплава плагиоклаз делается все более и более кислым и обогащается альбитом, изменяясь от наиболее богатого кальцием основного анортита до наиболее богатого натрием кислого альбита. Последними начинают кристаллизоваться калиевые полевые шпаты и, наконец, мусковит и кварц; правильнее считать, что мусковит кристаллизуется одновременно с калиевым полевым шпатом, иногда и ранее, в зависимости от физико-химических условий.

Одновременно с увеличением содержания щелочей в остающейся жидкой массе скопляются в большом количестве летучие вещества (минерализаторы).

Эта схема имеет большое значение для объяснения не только порядка кристаллизации минералов, но также п процессов диференциации магмы, вплавления окружающих пород п т. д.

He всегда кристаллизация идет по той упрощенной схеме, которая вытекает из схемы Боуэна, так как процессы кристаллизации магмы значительно более сложны. Нередко наблюдается выделение магнетита, апатита, циркона, позже других минералов, также более позднее выделение гиперстена, сравнительно с моноклинным пироксеном, и т. д.

Физико-химические свойства минералов, входящих в состав магматических пород, дают возможность делать некоторые существенные выводы относительно того, какие условия существовали при их образовании в кристаллизующейся магме.

Среди породообразующих минералов мы можем различать две группы с некоторыми чрезвычайно характерными особенностями их химического состава, в зависимости от того, могут ли они образоваться только в присутствии воды пли также, без нее:

1. Минералы гидатогенные, отличающиеся содержанием гидроксила или какого-либо летучего соединения, либо тем, что для их образования, как доказывают опыты, обязательно присутствие при кристаллизации воды или летучих соединений.

2. Минералы пирогенные, для образования которых присутствие воды и летучих веществ не обязательно. В их состав гидроксилы не входят.
То обстоятельство, что многие породообразующие минералы, как мы видели, являются устойчивыми только в определенных, температурных условиях, дает нам возможность судить и о тех температурах, при которых они вошли в состав изверженных горных пород. К числу таких минералов, играющих роль геологических термометров, можно отнести следующие:
Отсюда видно, что, если мы находим в породе в-кварц, температура кристаллизации была ниже 575°. Если находим биотит, образовавшийся при небольшом давлении, температура среды во время его кристаллизации была ниже 840° и т. д.

Подводя итоги тому, что нам известно относительно температурных условий существования этих и других минералов — геологических термометров, Шенд составил следующую шкалу температур образования различных магматических пород и тех пород, которые с ними тесно связаны:
Обычно считали, что температура кристаллизации магм высокая (около 1000°). В настоящее время установлено, что температура кристаллизации значительно понижается для силикатных магм, которые в большей или меньшей степени богаты минерализаторами, находясь под большим давлением, затрудняющим их удаление.
Точно так же и температура лав считалась очень высокой — 1000—1200°. Джагар, исследовавший в 1917 г. лавы Гавайских островов, показал, что непосредственно измеренная им температура лав ниже их поверхности достигает всего 750—850°, высокая же температура лав на поверхности обусловлена реакциями, возникающими между атмосферой и минерализаторами при их передвижении к поверхности лавы.

Наблюдения советских ученых над температурой лав Ключевского вулкана на Камчатке показали их начальную температуру в 3145—1200°, но еще при температуре 870° лавы оставались жидкими, хотя и приобретали уже значительную вязкость.

Измерения температуры лав на вулканах Везувий и Килауэа дали (по Ларсену) для основных лав 800—900°, для кислых — 600—700°. Числа лабораторные и фактически наблюдаемые в природе в общем совпадают. Однако на температуру влияют газы и давление, что не поддается пока определению. Все данные говорят в пользу того, что сверхплавкие (летучие) компоненты значительно понижают температуру кристаллизации интрузивов. По Горансону, граниты кристаллизуются при температуре 600°.

Согласно Кларку, относительные количества главных породообразующих минералов, входящих в состав горных пород, следующие (в %):
На остальные минералы, таким образом, приходится всего 9%.

Распределение главных породообразующих минералов среди излившихся и глубинных пород мало характерно. Можно сказать, что исключительно в глубинных породах встречаются такие минералы, как мусковит, турмалин, канкринит, для образования которых необходимо присутствие значительного количества минерализаторов; кристобалит и тридимит встречаются исключительно в лавах, так как при медленном охлаждении переходят в кварц; редко встречается среди глубинных пород лейцит.

Имеются некоторые правила совместного присутствия в магматических породах минералов и групп их; эти правила установлены эмпирически и одновременно вытекают из теоретических предпосылок.

Кварц отсутствует в породах, особенно бедных кремнекислотой, и никогда не встречается совместно с нефелином, лейцитом и другими заместителями полевых шпатов, очень редко встречается с оливином; чаще всего присутствует в кислых породах. Реакции, объясняющие причину отсутствия кварца в так называемых ненасыщенных породах, следующие
Мусковит никогда не встречается как первичный минерал совместно с пироксенами и роговой обманкой.

Оливин, являющийся первым в ряду темноцветных минералов по схеме Боуэна, реже, чем пироксен, встречается совместно с роговой обманкой и еще реже совместно с кварцем, хотя совместное нахождение кварца и оливина более широко распространено, чем раньше предполагали.

В горных породах, богатых щелочами, биотит замещается щелочными роговой обманкой и пироксенами, хотя нередко присутствует и одновременно с ними. Из схемы Боуэна следует, что чаще всего должны встречаться кислые породы с биотитом (граниты), средние породы с роговой обманкой (сиениты и диориты), основные породы с пироксенами и оливинами (габбро-нориты и базальты).

В породах, промежуточных между основными и средними, например в монцонитах, одновременно присутствуют пироксены и роговые обманки.

Характерна окраска роговых обманок: в кислых и средних породах зеленая, реже бурая, в основных обычно бурая.

В связи с условиями генезиса и содержанием в роговых обманках и биотите гидроксила стоит то, что для них условия кристаллизации в излившихся породах неблагоприятны, поэтому они к моменту излияния часто разлагаются с образованием авгита.

Распространение биотита в породах от кислых до основных тесно связано с большим содержанием щелочей.

Если количество щелочей уменьшается, биотит замещается роговой обманкой или пироксеном. Щелочные пироксены и амфиболы обычно присутствуют в щелочных породах, содержащих больше Na2O или меньше Al2O3, чем необходимо для образования алюмосиликатов.

Исключительно в породах, богатых щелочами, присутствуют такие минералы, как меланит, мелилит, богатые цирконием и титаном силикаты, как эвдиалит и эвколит, и др.

Силикаты глинозема встречаются в магматических породах только в тех случаях, когда магма ассимилировала породы, богатые глиноземом (глинистые или бокситовые).

Нефелин, лейцит и другие заместители полевых шпатов (кроме лазурита) присутствуют исключительно в магматических породах.

В излившихся породах присутствует иногда стекло разного состава и с различными показателями преломления (табл. 5).