О природе минералов 1 Введение

Рис. 2.20
Структуры оливина (а), уэдслиита (б), шпинели (в) и перовскита (г). В оливине,
уэдслиите и шпинели Si входит в тетраэдры SiO
4
(на рисунке затушеваны), a Mg находится
в октаэдрической координации. В силикате со структурой перовскита Si присутствует в
октаэдрах SiO
6
(затушеваны), тогда как Mg характеризуется восьмерной координацией.

---

Рис. 2.20
 Продолжение

---

Таблица 2.3 Физические свойства полиморфных модификаций Mg
2
SiO
4
и высокобарических продуктов их раз-
рушения
Минерал
Форстерит
Уэдслиит (
b
-фаза)
Рингвудит
(структура
шпинели)
MgSiO
3
(структура
перовскита)
Кристалло-
графическая
система
Ромбическая
Ромбическая
Кубическая
Ромбическая
Размеры ячейки, HM
a
0,4754,
 b
1,0197,
 с
0,5981
а
0,570,
 b
1,151,
 с
0,824
а
0,8113
a
0,4779,
 Ъ
0,4931,
 с
0,6908
Объем
ячейки,
HM
3
0,2899
0,5406
0,534
0,1628
Количество
SiO
2
в ячейке
4
8
8
4
Координацион-
ное число Si
4
4
4
6
Плотность,
г/см
3
3,271
3,84
3,90
4,108
торая отделяет верхнюю мантию от нижней. На
уровне границы 400 км давление составляет около
130 кбар, и при этом давлении структура оливина
переходит в структуру
 b-
фазы (или в структуру
уэдслиита) — модификацию со шпинелевой струк-
турой. При незначительном увеличении давления
b-
фаза преобразуется в фазу рингвудита со струк-
турой шпинели. Во всех этих трех минералах Si
находится в тетраэдрической, a Mg — в октаэдри-
ческой координации с кислородом. На глубине
670 км давление равно 230 кбар, и при этом да-
влении структура шпинели состава (Mg, Fe)
2
SiO
4
претерпевает распад с образованием (Mg, Fe)SiO
3
и (Mg,Fe)O. Фаза (Mg,Fe)SiO
3
имеет структуру
перовскита, в которой Si находится в октаэдриче-
ской координации, а фаза (Mg, Fe)O (магнезиовю-
стит) обладает структурой NaCl. Эти структуры
показаны на рис. 2.20, а фазовая диаграмма для
перечисленных минеральных форм — на рис. 2.21.
При каждом таком реконструктивном превраще-
нии фаз наблюдается уменьшение объема и, сле-
довательно, увеличение плотности. Переходы при
высоких давлениях неизбежно приводят к возра-
станию плотности (табл. 2.3).
Рис. 2.21 Фазовая диаграмма Mg
2
SiO
4
при высоком
давлении (по данным
 E. M. Ro and E. Takahashi.
J. Geophys. Res 94: 637-646, 1989; см. также ссылки в
этой статье).
2.3.3 Переход типа порядок—беспорядок
Не все фазовые изменения, которые включают в
себя разрушение или создание связей, сопрово-
ждаются существенными изменениями в струк-
турах минералов. Некоторые из них основаны
на упорядочении катионов или анионов. Про-
цесс упорядочения атомов схематически показан
на рис. 2.11, причем часто оказывается возмож-
ным определить не только полностью беспоря-
дочное или упорядоченное состояние, но и одно
или несколько частично упорядоченных состоя-
ний. Хорошим примером фазового изменения ти-
па порядок—беспорядок могут послужить калие-
вые полевые шпаты KAlSi
3
O
8
. B природе встреча-
ются три полиморфные модификации КAlSi
3
O
8
—
микроклин, ортоклаз и санидин. Все три минера-
ла имеют одинаковую основную кристаллическую
решетку, составленную из сети соединенных вер-

---