|
Рис. 2.18
Структура тридимита
турные полиморфные модификации в общем име-
ют меньшие плотности, чем низкотемпературные
модификации. Необходимо также отметить, что
низкотемпературные формы относятся к кристал-
лографическим сингониям с более низкой симме-
трией, чем высокотемпературные. При высоких
температурах допускается менее строгий порядок
в расположении атомов, состояние которых харак-
теризуется более интенсивными температурными
колебаниями около их средних положений. По-
этому структура высокотемпературных модифи-
каций приближается к беспорядочной, или изо-
тропной, и по этой причине обладает более высо-
кой симметрией.
Стабилизация полиморфных соединений
чужеродными атомами
При анализе тридимита всегда обнаруживается,
что он содержит в виде примесей небольшие коли-
чества других элементов. Когда в различных усло-
виях кристаллизуется абсолютно чистый SiCO
2
,
то тридимит не образуется, а возникают толь-
ко кристобалит и кварц. Присутствие чужерод-
ных ионов (Al
3+
, замещающего Si
4+
, а также
Na
+
и Ca
2+
в интерстициях структуры) являет-
ся, по-видимому, необходимым условием для ста-
билизации этой очень свободной атомной решет-
ки. В сущности, в структуре высокотемператур-
ного тридимита пространственное расположение
Рис. 2.19 Схематический разрез глубоких недр Земли Показана минералогия мантии
соединенных вершинами тетраэдров SiO
4
явля-
ется идентичным их расположению в нефели-
не (K,Na)AlSiO
4
. Нефелин можно рассматривать
как тридимит, имеющий «шпигованную» струк-
туру, в которой ионы К и Na занимают пусто-
ты, а химические взаимоотношения между этими
структурами соответствуют сопряженному заме-
щению типа (К, Na)
+
+ Al
3+
= Si
4+
+ *, где *
обозначает вакантный узел.
Полиморфизм при высоких давлениях
Полиморфизм, примеры которого мы рассмотрели
выше, обусловлен фазовыми переходами, вызван-
ными изменениями температуры Возрастание
или понижение давления также может приводить
к полиморфным превращениям. Как мы виде-
ли, нагревание кварца преобразует его сначала за
счет дисплактивного превращения в высокотемпе-
ратурную модификацию, а дальнейшее повыше-
ние температуры — в тридимит или кристобалит
При повышенных давлениях (порядка 20 кбар)
кварц превращается в коэсит, а с дальнейшим
ростом давления (приблизительно до 75 кбар) коэ-
сит переходит в стишовит. Фазовые переходы, про-
исходящие при высоких давлениях, сопровожда-
ются возрастанием плотности и показателей пре-
ломления (рис. 2.13). Увеличение плотности сви-
детельствует о возникновении более сжатой кри-
сталлической структуры, и ему часто сопутствует
повышение координационного числа. Например,
в стишовите Si большей частью находится в окта-
эдрической координации с О
2-
, а не в обычной для
него тетраэдрической. Коэсит и стишовит перво-
начально были получены в ходе высокобарических
экспериментов и уже затем были найдены в мете-
оритном кратере в Аризоне. Здесь эти минералы
были встречены в песчаниках, измененных чрез-
вычайно высокими давлениями, обусловленными
ударом и взрывом очень крупного метеорита.
Давление перехода кварц—коэсит соответ-
ствует давлению, существующему на глубине 60
км от поверхности Земли, а перехода коэсит—
стишовит — давлению на глубине 230 км. Одна-
ко современные представления о составе Земли
предполагают, что свободный кремнезем не суще-
ствует на таких глубинах. По-видимому, в недрах
Земли наиболее распространенными минералами
являются оливин и его полиморфные модифика-
ции, устойчивые при высоких давлениях, а также
продукты их распада. Возможно, рассмотренные
фазовые переходы играют важную роль в процес-
сах перемещения масс в глубинах Земли.
На рис. 2.19 схематически показано внутрен-
нее строение Земли. Под земной корой, мощность
которой составляет около 30 км, расположена
верхняя мантия. На глубине 400 км фиксируется
резкое изменение плотности пород; наличие этой
границы установлено в результате изучения ско-
ростей распространения сейсмических волн. На
расстоянии 670 км от поверхности имеется еще
одна граница резкого изменения плотности. В со-
вокупности обе они ограничивают сверху и сни-
зу область, известную как переходная зона, ко-
Do'stlaringiz bilan baham: |
