Генетическая минералогия. Онтогения. Индивиды Рост кристаллов 014. Формирование состава кристаллов Э.М. Спиридонов. - презентация

1 Генетическая минералогия. Онтогения. Индивиды Рост кристаллов 014. Формирование состава кристаллов Э.М. Спиридонов

2 Формирование состава кристаллов Эта проблема при всей её важности для генезиса кристаллов разработана недостаточно. Возможность возникновения кристалла данного вещества определяется соотношениями между валовым составом среды и её температурой, т.е. диаграммой состояния. Не существует каких-либо принципиальных различий на атомно- молекулярном уровне между вхождением в кристалл частиц конституционных - собственных и частиц примесей. Неразличимость их очевидна в минералах переменного состава. Однако некоторая дискретность в составах минералов, т.е. кристаллических фаз, привела к тому, что компоненты с малыми содержаниями в данном кристалле именуются примесями. Существует аналогия между смесимостями веществ в жидком и в твёрдом состоянии. Так, можно говорить о растворимости (определенной концентрации) примеси в кристалле при данной температуре. При повышении температуры смесимость и в жидком и в твёрдом состоянии растёт. Существенное отличие при охлаждении: переход от гомогенного распределения примеси в кристалле к гетерогенному (при снижении температуры от состояния насыщения) требует больших промежутков времени. Кристаллы при этом легко переходят в замороженное состояние. Причины - в резко пониженных скоростях диффузии в твёрдых средах и в высоком потенциальном барьере для зарождения новой фазы. Ещё одна особенность твёрдых

3 Формирование состава кристаллов растворов. Кристалл может быть недосыщен по примесям, но быть в равновесии или не в равновесии со средой; в частности, с другими контактирующими минералами. Равновесная кристаллизация означает не кристаллизацию при равновесии, а формирование кристаллов со скоростью, при которой успевает установиться равновесие кристалла со средой по примесям. При обсуждении вопросов связи состава кристалла со скоростью кристаллизации используют понятие о коэффициенте распределения: коэффициент распределения равновесный (кристалл растёт так, что его состав по примесям успевает прийти в равновесие с составом среды) и коэффициент распределения эффективный (относится к случаям более быстрого роста). Коэффициент распределения в расплавах равновесных (с малыми примесями) = с j кр /с j ж. Коэффициент распределения в растворах = с j кр /с j ж /c o. с o -основной компонент. Оценок коэффициентов распределения для систем кристалл-расплав много, для систем кристалл-раствор немного. Если коэффициент 1, то примесь предпочтительно входит в кристаллы и среда ею обедняется. Примеры: магматические системы - плагиоклазы, коэффициент распределения анортита >1 - расплав обедняется

4 Формирование состава кристаллов анортитом, а плагиоклаз обогащен им; оливин Fo + Fa, коэффициент распределения фаялита < 1 - расплав обогащён железом. По мере роста кристаллов различных фаз в первую очередь захватываются компоненты с коэффициентом распределения > 1, в растворе накапливаются компоненты с коэффициентом распределения < 1, т.е. слабо связывающиеся с поверхностью. По мере накопления до концентраций выше равновесных, начинается кристаллизация соответствующих иных фаз, сопровождающаяся отталкиванием компонентов с коэффициентом распределения < 1, т.е. начинается периодическая кристаллизация, а также осцилляция состава зональных кристаллов. Такова зональность кристаллов плагиоклаза в гранитоидах - диоритоидах. Два типа такой зональности - осцилляции: с подпиткой новыми порциями раствора-расплава или кристаллизация в замкнутом резервуаре. Коэффициент распределения элементов-примесей зависит от свойств как элемента-примеси, так и главного замещаемого элемента, от структуры кристалла, от состава твёрдой и жидкой фаз, от давления и температуры в системе. Предсказать поведение элемента-примеси в конкретном случае невозможно, если рассматривать только индивидуальные свойства этих атомов или ионов, например, ионные или

5 Формирование состава кристаллов атомные радиусы, значения электроотрицательности, потенциалы ионизации. Итак, важнейшие факторы, определяющие состав вещества в каком-то участке кристалла: внешние факторы - состав среды, температура, давление, степень пересыщения; менее важные - магнитные и электрические поля, ионизирующие излучения; внутренние факторы - строение растущего участка поверхности; характер дефектности кристалла; скорость внутренней диффузии частиц в кристалле. Закрытая система – без подпитки. Постепенно, в целом, плавно меняются концентрации кальция и марганца. Содержание малой примеси к концу сходит на нет.

6 Формирование состава кристаллов Закрытая система – без подпитки. Постепенно, достаточно плавно концентрации марганца и железа в геденбергите изменяются однонаправлено. Цикл одностадийный Волластонит – геденбергитовые скарны Тетюхе

7 Формирование состава кристаллов Закрытая система – без подпитки. Постепенно, достаточно плавно концентрации марганца и магния в геденбергите изменяются однонаправлено. Этот процесс повторяется неоднократно. Цикл многостадийный Волластонит – геденбергитовые скарны Тетюхе

8 Формирование состава кристаллов Открытая система – с подпиткой. В целом, достаточно устойчивый состав геденбергита по всем главным компонентам. Типичная инфильтрационная «картина» Волластонит – геденбергитовые скарны Тетюхе

9