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
         » » Двухкомпонентные системы с твердым раствором

Двухкомпонентные системы с твердым раствором

09.12.2017

Бинарные системы с образованием твердых растворов имеют очень большое значение в петрологии, так как по существу почти все минералы и их миналы представляют собой изоморфные смеси. Наиболее характерны и хорошо изучены твердые растворы среди полевых шпатов, в особенности плагиоклазов, среди оливинов, пироксенов; мало изучены они в таких сложного строения минералах, как амфиболы, слюды.

В изоморфных веществах эвтектические точки отсутствуют. Продукты, получающиеся при кристаллизации их расплавов, носят названия твердых растворов изоморфных смесей, смешанных кристаллов. Для таких веществ процесс кристаллизации представляет собой часто непрерывную реакцию между расплавом и выделяюдщимися кристаллами, в отличие от прерывной реакции, которая происходит между расплавом и кристаллами, обладающими инконгруентным плавлением, например в серии форстерит — клиноэнстатит или лейцит — кремнекислота.

Огромное число породообразующих минералов представляют собой типичные непрерывные твердые растворы, хотя одновременно серия их может и прерываться, например в щелочных полевых шпатах серий ортоклаз—альбит, ортоклаз—анортит и др., в связи с неполнотой смешения К и Na из-за разницы диаметров их ионов. Кривые кристаллизации твердых растворов не показывают минимума. Получается двойная кривая плавления и вместо одной точки плавления — серия таких точек, сменяющих друг друга в результате непрерывной реакции между расплавом и выделяющимися из него кристаллами.
Система альбит — анортит (рис. 36). Точка р0 на диаграмме находится выше кривой ликвидуса, т. е. в поле с жидкой фазой; состав расплава соответствует 50% анортита и 50% альбита при температуре около 1500°. По мере понижения температуры фигуративная точка р0 постепенно опускается. Когда она достигнет положения р на кривой ликвидуса, при температуре около 1440°, начинается выделение твердой фазы в виде кристаллов, обогащенных сравнительно с расплавом анортитом и обедненных альбитом.

Проведя изотермическую (горизонтальную) линию из точки р до пересечения с кривой солидуса в точке q, определяем состав выделяющихся кристаллов путем опускания из точки q ординаты на линию Ab—An до точки, указывающей на их состав из 80% анортита и 20% альбита.

В этой точке фазовое равновесие определяется уравнением:F = 2 - 2 + 1 = 1, т. е. имеется одна степень свободы. Температура должна понижаться, так как равновесие между кристаллами с большим содержанием анортита, чем в жидкости, нарушается. Происходит реакция между жидкостью и кристаллами, и фигуративная точка движется но кривой ликвидуса при постепенном растворении образовавшихся кристаллов и замене их новыми.

В точке р, получим состав жидкости в связи с выпадением смешанных кристаллов плагиоклаза, более сильно обогащенной альбитом, чем в точке р, с содержанием альбита 70% и анортита 30%. Одновременно в точке выделяющиеся кристаллы также будут значительно больше обогащены альбитом при меньшем содержании анортита, в результате реакции между, кристаллами и жидкостью указанного состава (70% анортита и 30% альбита).

При дальнейшем понижении температуры реакция между расплавом и кристаллами непрерывно продолжается; получаются все более и более богатые альбитом новые кристаллы взамен растворяющихся в расплаве более основных кристаллов. Если реакция замены кристаллов происходит достаточно медленно, в точке р2 расплав будет содержать около 90% альбита и около 10% анортита, в то время как новые кристаллы в точке q2 будут иметь состав из 50% анортита и 60% альбита. Таким образом, состав кристаллов будет полностью соответствовать составу первичного расплава. Следовательно, жидкая фаза будет отсутствовать и процесс кристаллизации будет закончен. Условие фазового равновесия будет вытекать из уравнения: F = 2 - 2 + 1 = 1.

При одной степени свободы (понижение температуры) в твердой среде могут происходить только процессы образования новых модификаций, в частности при высокой температуре образуется анальбит, который при более низких переходит в альбит.
Описанный выше процесс с доведением реакции между расплавом и кристаллами плагиоклаза до конца и образованием сравнительно крупных кристаллов плагиоклаза происходит лишь при особенно медленном остывании расплава. В том случае, когда кристаллизация происходит очень быстро (например при излиянии магмы на поверхность), получаются мелкие кристаллы плагиоклаза того же состава, как и сам расплав.

При сравнительно медленном остывании на поверхности уже выпавших кристаллов, до того как они успеют раствориться и потерять часть компонента Au, образуются слои иного состава, более богатые Ab, в соответствии с изменением состава расплава (магмы), из которого они образовались. Средний состав кристаллов к тому времени, когда кристаллизация закончится, должен быть такой же, как и состав исходной магмы, но центральные части их, выделившиеся ранее, должны быть более богаты анортитом, оболочки — альбитом. Получается зонарная структура плагиоклаза.

Одновременно с изменением состава минерала, от центра к периферии кристалла, изменяются и оптические свойства его, что хорошо наблюдается под микроскопом (рис. 37 и 38).

Особенно резко проявляется зонарная структура тогда, когда во время процесса остывания магмы и ее кристаллизации периодически происходит резорбция ранее выделившихся кристаллов.

Отсутствие зонарной структуры может быть обусловлено двумя причинами. Первая причина может состоять в том, что процессы кристаллизации и резорбции происходят непрерывно, без того процесса, который носит назван не фракционирования кристаллов, т. е. отделения ранее образовавшихся кристаллов от влияния окружающего расплава (магмы). Второй причиной может быть процесс пересыщения, когда получаются кристаллы, соответствующие но составу самой магме, как это было доказано опытами Дея и Аллина с плагиоклазами.

Когда пересыщенная магма начинает кристаллизоваться при температуре, лишь незначительно ниже, чем температура, соответствующая точке q (рис. 39), согласно схеме Харкера, тепло, освобожденное при быстрой кристаллизации, может снова поднять температуру переохлажденной массы. После этого равновесие может быть достигнуто лишь тогда, когда снова магма и кристаллы попадут в условия, представленные точками х и у, лежащими на одной горизонтальной линии. При дальнейшем охлаждении снова может получиться зонарная структура. Этим именно можно объяснить некоторые ненормальности зонарной структуры, наблюдаемой иногда в плагиоклазах.
То обстоятельство, что плагиоклазы более поздних генераций обладают более кислым составом, совершенно ясно вытекает из только что рассмотренных взаимоотношений между анортитом и альбитом. Еще задолго до работ Дея и Аллина этот закон был установлен рядом создателей современной петрографии, сперва Фуке, затем Мишель-Леви, Розенбушем и др.

Точно так же уже давно был установлен Бекке (1897 г.) закон петрографии, согласно которому наружные зоны плагиоклазов в магматических породах обладают более кислым составом, чем внутренние зоны их. Как было показано выше (см. рис. 36), этот же закон вытекает из физико-химических условий кристаллизации плагиоклазов как изоморфных смесей двух компонентов — анортита и альбита.

Система форстерит — файалит. Ортосиликаты, в свою очередь, образуют довольно большую и важную в петрогенетическом отношении группу оливинов, состоящую из изоморфного ряда файалита Fe2SiO4 с температурой плавления около 1100° и форстерита Mg2SiO4 с температурой плавления 1890° (рис. 40).
Они образуют непрерывней изоморфный ряд, в котором все физические свойства — плотность, показатели преломления и др. меняются так же постепенно, как и в плагиоклазах.

Для оливинов характерно то, что в содержащих полевые шпаты породах оливины, как правило, более богаты магнезиальным силикатом, чем пироксена, в бесполевошпатовых породах Fe и Mg в общем распределены равномерно между обеими группами минералов. Характерно присутствие в перидотитовых породах Ni, Сr, Pt и элементов ее группы.