АМФИБОЛЫ (Ca,Na,K) 2-3 (Fe,Mg,Mn,Li,Ti,Al) 5 [Al,Si] 8 O 22 [OH,F,Cl] 2 или X 2-3 Y 5 Z 8 O 22 (OH, F, Cl) 2 Амфиболы - соли гипотетической метакремниевой. - презентация

1 АМФИБОЛЫ (Ca,Na,K) 2-3 (Fe,Mg,Mn,Li,Ti,Al) 5 [Al,Si] 8 O 22 [OH,F,Cl] 2 или X 2-3 Y 5 Z 8 O 22 (OH, F, Cl) 2 Амфиболы - соли гипотетической метакремниевой кислоты H 16 Si 8 O 24. Их структура определяется соединенными в цепи Al- Si тетраэдрами. Но они вдвое шире чем «пироксеновые цепи» и их называют лентами. Отсюда – ленточные силикаты. Кристаллизуются они как в ромбической, так и в моноклинной сингониях. В бедных Са, Na, и K амфиболах позиция Х в основном занята Fe 2+, Mg, Mn: (Mg,Fe,Mn,Li,Ti,Al) 7 [Al,Si] 8 [OH,F] 2 O 22 или Fe m Mg 5+n-m Al 4-2n Si 6+n (OH) 2 O 22 При m 0,4 и n 1.8, т.е. при составе амфибола: (Fe 2,72-6,8 Mg 0-4,8 ) 6,8 Al 0,4 Si 7,8 (OH) 2 O 22 происходит фазовый переход из ромбической сингонии в моноклинную.

2 Не счесть существующих классификаций амфиболов. Некоторые авторы выделяют более 250 миналов. Этим классификациям посвящены целые монографии. При Международной минералогической ассоциации существовала даже рабочая группа по классификации амфиболов. Мы же примем самую простую классификацию, основанную на составе позиции Х в общей формуле амфиболов X 2-3 Y 5 Z 8 O 22 (OH) 2 : (1) Группа куммингтонит-антофиллита (позиция Х занята Fe 2+ и Mg). (2) Группа роговой обманки (позиция в основном Х занята Са, отчасти щелочами). (3) Группа щелочных амфиболов (позиция Х занята Na). Однако не все так просто. В группу Х одновременно могут входить разные, даже разновалентные катионы (см. формулу). Так что выделенные группы весьма условны и часто связаны между собой постепенными переходами.

3 АМФИБОЛЫ Бедные Са (СаО < 5 мас.%) Са-Na-K (CaO > 5 мас.%) Ромбические Моноклинные Антофиллит-жедрит Роговые обманки: Актинолит, тремолит, Паргасит – ферропаргасит Эденит-ферроэденит Чермакит-феррочермакит Куммингтонит-грюнерит Щелочные амфиболы: Глаукофан Рибекит-магнезиорибекит Катафорит - Mg-катафорит Рихтерит – Fe-рихтерит Экерманит Арфведсонит Простейшая классификация амфиболов

4

5 Однако прежде, чем рассмотреть эти группы амфиболов, необходимо разобраться в их структуре. А она не простая. Особенно в отношении координации атомов в формуле X 2 Y 5 Z 8 O 22 (OH) 2. Поскольку в амфиболах существует фазовый переход, то следует ожидать явления упорядочения его структуры. Действительно в координациях X и Y методом рентгеновского анализа установлено четыре структурных позиции. Они могут быть заняты атомами Mg, Fe, Al, Ca, Na, K, Li. В простейшем случае, например, Cun- G rn, сумма Mg+Fe = 7, а их распределение по структурным позиция такое: Позиции M1 M2 M3 M4 Распределение 2/7 2/7 1/7 2/7 Причем X Fe M4 >X Fe M3 X Fe M1 >X Fe M2.

6 Такая упорядоченность атомов в структуре минералов привела к идее (Перчук, 1967) создания одноминеральных термометров вообще и «амфиболового термометра», в частности. В дальнейшем такой термометр был откалиброван экспериментально (Seifert & Virgo, 1975): 10 3 /T( o K) = 0.18 – 0.52lnK D, где K D – коэффициент распределения Mg и Fe между структурными позициями – имеет такое выражение: K D =[X Fe M1,2,3 ][1-X Fe M4 ]/[1-X Fe M1,2,3 ][X Fe M4 ]. Для определения X Fe в каждой структурной позиции необходимо использовать месбауэровскую спектроскопию, либо рентгено-структурный анализ. Поэтому судьба не уготовила им даже краткую жизнь: их вытеснили двуминеральные термометры, использование которых основано на микрозондовом анализе.

7 Ромбические амфиболы ряда жедрит-антофиллит. Они характеризуются следующими миналами: Минал Формула Антофиллит (Ant) Mg 7 Si 8 O 22 [OH] 2 Fe-антофиллит (Fe-Ant) Fe 7 Si 8 O 22 [OH] 2 Жедрит (Ged) Mg 5 Al 4 Si 6 O 22 [OH] 2 Fe -жедрит (Fe-Ged) Fe 5 Al 4 Si 6 O 22 [OH] 2 По характеру изоморфизма эти амфиболы схожи с хлоритами и биотитами: 3(Fe,Mg) 2+ 2Al 3+. Границы устойчивости Mg-антофиллита определяются реакцией: Mg 7 Si 8 O 22 (OH) 2 = 7MgSiO 3 + SiO 2 + H 2 O, т.е. Ant = 7En + Qtz + H 2 O

8 Реакции: Ant + Fo = En + H 2 O Ant = En + Tlc + H 2 O Ant = Tlc + Fo + H 2 O, А реакция 0.75H 2 Mg 7 Si 8 O 24 + SiO 2 + H 2 O = 1.75H 2 Mg 3 Si 4 O 12, т.е. Ant + Qtz + Tlc + H2O определяет устойчивость антофиллита с кварцем:

9 Основанный на изоморфизме Fe Mg и (Fe,Mg)Si 2Al твердый раствор Ath-Ged представлен широким спектром составов в отношении глиноземистости. Однако Fe-Mg изоморфизм ограничен. Распрстранённость Ath-Ged твердого раствора в природе по данным Раббитта (Rabbitt, 1948) и его соотношение с Cum-Grn моноклинным амфиболом (Seki, Yamasaki, 1957)

10 K.Шюрманн (Schürmann, 1964) экспериментально определил соотношение полей стабильности антофиллита и жедрита в системе MgO-FeO-Al 2 O 3 -SiO 2 -H 2 O. Он показал, что Ath c X Mg 0.65 неустойчивы ни при каких значениях Т. Стабильность антофиллита и куммингтонита в зависимости от температуры при Р=2 кбар (по Schürmann, 1964).

11 Вместе с тем, с развитием микрозондовых исследований стало ясно, что вхождение Al в структуру Ant сопровождается возрастанием Na и К. Причем между этими параметрами состава наблюдается прямая корреляция. Вот два примера: Корреляция суммы щелочей и тетраедрического алюминия (Al IV ) в ламеллях антофиллита в жедрите из метапелитов Нью Хэмпшира и Массачусетса, США (рис. А) и Антарктиды ( рис.Б ). Robinson et al.,1971 А

12 Модельная диаграмма температура-состав для системы Ath-Ged, выведенная на основе микроанализа амфиболов из метапелита (Robinson et al., 1971) При относительно низкой температуре происходит распад твердого раствора ромбических амфиболов на Ant и Ged. Возникают ламелли одного амфибола в другом. Обычно они достаточно крупные для микрозондового анализа. Вот пример из штатов Массачусетс и Нью Хэмпшир (США)

13 Сосуществующие амфиболы В природе встречаются не только двух-, но и трех- амфиболовые ассоциации. Например, в амфиболите из Кривого рога помимо Crd и Pl 96 установлены два бедных Са амфибола Mg/(Mg + Fe) Al (в формуле) Cum Ath и одна обыкновенная роговая обманка. Это поразительные ансамбли: высококальциевые роговые обманки и основные плагиоклазы ассоциируют с Ged и Ant.

14 В метапелитах из штатов Массачуссетс и Нью Хэмпшир (США) помимо ромбического Ath и моноклинной Hbl встречается жедрит (Ged). Вот соотношения их составов:

15 Моноклинные амфиболы Твердый раствор куммингтонит (Cum) – грюнерит (Grn) Теоретически этот твердый раствор не должен содержать Са. Но в природных куммингтонитах, в позиции М4 почти всегда присутствует примесь Са. Нам предстоит найти объяснение полиморфизму амфиболов и, как следствие, систематическому сосуществованию его разновидностей. С этой целью Камерон (Cameron, 1970) изучил систему Ca 7 Si 8 O 22 (ОН) 2 –Mg 7 Si 8 O 22 (ОН) 2 – Fe 7 Si 8 O 22 (OH) 2 при давлении 2 кбар. Результаты позволили ответить на некоторые из поставленных выше вопросов. В частности – на вопрос о сосуществовании Cum-Grn амфиболов с ромбическими амфиболами. Вот его результаты:

16 (Cameron, 1970) При постановке опытов Камерон учел результаты К.Шюрмана и фазовые соотношения в диапазоне составов Hbl 0.35 >X Mg >0.65 (см. диаграмма а). Из его результатов следует, что фазовый переход Ath в Cum обусловлен вхождением Са в позицию М4 группы катионов Х (диаграмма б). (б) (а)

17

18 Предел стабильности куммингтонита с оливином (Ol) и ортопироксеном (Opx) в в присутствии кварца как функция давления воды и железистости Cum. Цифры на изоплетах – мольный процент грюнерита в твердом растворе Cum-Grn Куммигтонит нередко развивается по ортопироксену, а в железистых породах – по оливину, часто в присутствии кварца. Такие породы встречаются во многих метаморфических комплексах мира (породы гранулитовой и амфиболитовой фаций).

19 ЩЕЛОЧНЫЕ АМФИБОЛЫ В щелочных амфиболах Ca/Na = Из-за избытка катионов их формулы иногда приходится рассчитывать на 23 кислорода: Глаукофан: Na 2 Mg 3 Al 2 Si 8 O 22 (OH) 2 Рихтерит: (Na 2 Ca) 3 (Mg, Fe 2+ ) 5 Si 8 O 22 (OH) 2 Арфведсонит: (Na 2,5 Ca 0,5 ) 3 (Mg,Fe 2+,Fe 3+,Al) 5 (Al 0.5 Si 7.5 ) 8 O 23 (OH) 2 Рибекит: Na 2 (Fe 2+,Mg) 3 (Fe 3+ ) 2 Si 8 O 23 (OH) 2 Катофорит: (Na 2 Ca) 3 (Mg, Fe 2+ ) 4 (Fe 3+,Al)(Al 1 Si 7 )O 23 (OH) 2 Экерманит: Na 2.5 Ca 0.5 (Mg,Fe 3+,Al,Li) 5 (Al 0.5 Si 7.5 )O 23 (OH) 2

20 Изоморфизм Составы Ca(Mg, Fe 2+ ) Na(Al, Fe 3+ ) Gl - Rbk, Ek - Arf NaAl Si Все (слабый) Ca 2 Na Rbk Rich Gl Fe 3+ Al Gl Rbk, Ktp Arf Fe 2+ Mg Все

21 Моноклинные Ca-Na–K амфиболы Роговые обманки (СаО>5 масс. %) имеют теоретическую формулу: Ca 2 Mg 5-n Fe n Si 8 O 22 (OH) 2. В тремолите n=0-1, в Fe-актинолите n=4-5, в актинолите n=1-4 Встречаемость: измененные перидотиты, амфиболиты, доломиты, мраморы, зеленые сланцы, железистые кварциты. Устойчивость: Ca 2 Mg 5 Si 8 O 22 (OH) 2 = 2CaMgSi 2 O 6 +3MgSiO 3 +SiO 2 +H 2 O или Tr = 2Di + 3En + Qtz + H 2 O Ca 2 Fe 5 Si 8 O 22 (OH) 2 = 2CaFeSi 2 O Fe 2 SiO SiO 2 + H 2 O или Fe-Act = 2Hеd + 1.5Fa + 2.5Qtz + H 2 O

22 Смесь множества миналов на основе актинолитовых и щелочных амфиболов дает обыкновенную роговую обманку: (Ca,Na, K) 2-3 (Mg,Fe 2+, Fe 3+, Ti,Al) 5 (Al 1-2,Si 7-6 )O 22 (OH, F, Cl) 2 либо базальтическую (в основных вулканических породах) с (Fe 3+ / Fe 2+ ) 0.66 Ca 2 (Na,K) (Mg,Fe 2+ ) 3-4 (Al,Fe 3+ ) 2-1 (Al 2 Si 6 ) 8 O 22 (O,OH,F,Cl) 2, которая отличается от обыкновенной не столько по составу, сколько по оптическим свойствам. При нагревании любая Hbl переходит в базальтическую. Для петрологических построений нередко оказывается полезным условный минал (в природе он не встречается) амфибола чермакит Ca(Mg n Fe 3-n ) 3 (Al,Fe 3+ ) 2 (Al 2 Si 6 )O 22 (OH) 2

23 В субвулканических и вулканических породах повышенной щелочности нередко встречается керсутит Ca 2 (Na,K)(Mg,Fe 2+,Fe 3+ ) 4 (Ti) 1 (Al 2 Si 6 )(O 23 )(O,OH,F,Cl) 2 В интрузивных щелочных породах встречается баркевикит (Х Mg керсутит=>гастингсит=>арфведсонит В самых разнообразных метаморфических и магматических породах можно встретить

24 феррогастингсит NaCa 2 (Fe,Mg) 4 (Al,Fe 3+ )(Al 2 Si 6 )O 23 (OH,F,Cl) 2 эденит NaCa 2 (Mg n Fe 5-n ) 5 (AlSi 7 ) 8 O 22 (OH,F) 2 паргасит: NaCa 2 (Mg,Fe) 4.5 (Al 0.5 )(Al 1.5 Si 6.5 ) 8 O 22 (OH,F) 2 Паргасит отличается от феррогастингсита содержанием Al, являясь промежуточным по составу между эденитом и гастингситом. Все эти роговые обманки встречаются преимущественно в магматических породах.

25

26 Магнофорит - высококалиевый амфибол, богатый Mg, Ti и бедный Fe, Al. Впервые он был обнаружен в в лейцитсодержащих лампрофировых дайках района Кимберли, Австралия (Prider,1939). Формула магнофорита имеет вид: (K 1.05 Na 1.02 Ca 1.07 ) 3.14 (Mg 4.6 Mn 0.01 Fe ) 4.9 Ti 0.32 (Si 7.58 Al 0.29 Fe Ti 0.06 ) 8 O 22 (OH 0.45 F 0.59 O 0.96 ) 2. Впоследствии выяснилось, что эти дайки ассоциируются с лампроитами, в которых обнаружены крупнейшие в мире месторождения алмаза (например, трубка Аргайл). Так что магнофорит может служить своеобразным индикатором алмазоносности.

27 Объем смешения роговых обманок

28 Смещение изоэлектрической точки Al в амфиболах из миаскитов Ильменогорского комплекса (Южный Урал) по аналитическим и геотермометрическим данным

29 Устойчивость роговых обманок Устойчивость роговообманкового лерцолита на диаграмме температура- давление воды (Kushiro, 1968) Стабильность некоторых кальциевых амфиболов в зависимости от Т и Р s при давлении воды 1 кбар