О природе минералов 1 Введение

Рис. 2.7
Область составов твердых растворов
форстерит—фаялит.
Рис. 2.8
Диаграмма состава, показывающая замеще-
ние Чермака на примере пироксена. В природе это
замещение возможно для значений x < 1.
линии составов, показывающей степень развития
замещения Mg
2+
<-> Fe
2+
в мольных или атомных
(а не массовых) процентах (рис. 2.7). На диаграм-
ме указан состав оливина (Mg
0,8
Fe
0,2
)
2
SiO
4
. Упро-
щенный способ изображения состава состоит в ис-
пользовании соотношений между конечными чле-
нами. Так, например, формула (Mg
0,8
Fe
0,2
)
2
SiO
4
может быть записана как Fo
80
Fa
20
. Это означа-
ет, что в данном составе имеется 80% форстерито-
вой компоненты и 20% фаялитовой. Обычно на та-
ких диаграммах состава области распространения
твердых растворов, или поля составов, заштрихо-
ваны. На рис. 2.7 показано поле оливиновых со-
ставов, охватывающее все существующие между
форстеритом и фаялитом случаи.
Аналогичные диаграммы можно использовать
для изображения степени развития сопряженных
замещений. Рисунок 2.8 иллюстрирует замещение
Чермака в энстатите. Если мы в формуле соста-
ва Mg
2
Si
2
O
6
заместим один атом Mg, то получим
состав MgAl
2
SiO
6
Продолжив эту операцию до
тех пор, пока не будут замещены все катионы Mg
(и Si), мы в итоге придем к составу Al
4
O
6
, кото-
рый представляет собой гипотетический конечный
член группы пироксена. Однако структурные рам-
ки ограничивают в природных пироксенах мак-
симальную степень развития замещения Чермака
значением x < 1,0.
Мы можем далее построить изображения
составов минералов в пространстве, учитывая до-
полнительно другие замещения, как это показа-
но на рис. 2.9. Здесь имеется сразу два заме-
щения. По одной оси диаграммы показано заме-
щение Чермака (Mg
1 - x
Al
x
)(Si
1 - x
Al
x
), а по дру-
гой — значения (Mg
1 - x
Fe
x
). Взяв изначальный
состав флогопита K
2
Mg
6
Al
2
Si
6
O
20
(OH)
4
и два-
жды осуществив замещение Чермака, мы полу-
чим слюду состава K
2
Mg
4
Al
6
Si
4
O
20
(OH)
4
. Или
мы можем в исходном флогопите заменять Mg
на Fe (Mg
1 - x
Fe
x
) и после шестикратного замеще-
ния придем к анниту K
2
Fe
6
Al
2
Si
6
O
20
(OH)
4
. Еще
один вариант состоит в одновременном проведе-
нии этих замещений; но поскольку обе операции
сопровождаются заменой Mg (при конкуренции
за занятие его позиций), конечный результат вы-
глядит как K
2
Fe
4
Al
6
Si
4
O
20
(OH)
4
и верхний край
диаграммы составов не параллелен оси замеще-
ния Чермака. Заштрихованная область на рис. 2.9
представляет собой поле составов магнезиально-
железистых слюд с учетом описанных замещений.
Используя подобные диаграммы, можно опре-
делить поля составов для многих групп мине-
ралов. Иногда конечный член (основной компо-
нент) подвергается более чем двум видам заме-
щения. Пространственные трех- или четырехмер-
ные диаграммы таких систем трудны для постро-
ения, но принципы их составления остаются теми
же.
Вероятно, наиболее обычными способами вы-
ражения состава, которые используются в ми-
нералогии, являются треугольные диаграммы.
Они широко применяются для изображения со-
ставов в трехкомпонентных минеральных систе-
мах: в полевых шпатах, карбонатах группы каль-
цита, Ca-Fe-Mg- пироксенах и амфиболах. В ка-
честве примера возьмем Ca-Fe-Mg-пироксены и
рассмотрим построение их диаграммы составов
(рис. 2.10). Диаграмма представляет собой рав-
носторонний треугольник, на трех сторонах ко-
торого показаны замещения типа Mg
2+
<-> Fe
2+
,
Mg
2+
<-> Ca
2+
и Fe
2+
<-> Ca
2+
. По углам тре-
угольника располагаются конечные члены соста-
вов: энстатит Mg
2
Si
2
O
6
, ферросилит Fe
2
Si
2
O
6
и
волластонит Ca
2
Si
2
O
6
. Диопсид CaMgSi
2
O
6
и ге-
денбергит CaFeSi
2
O
6
, состав которых рассматри-
вается как смесь Ca
2
Si
2
O
6
с Mg
2
Si
2
O
6
или с
Fe
2
Si
2
O
6
в отношении 50 : 50, отложены посере-

---

Рис. 2.9 Пространственное изображение составов магнезиально-железистых слюд, в которых
проявляются замещения Чермака и Mg на Fe
Рис. 2.10 Нахождение на пироксеновой диаграмме состава En
0,47
Wo
0,45
Fs
0,08
(см текст).
дине боковых сторон. Предположим, мы хотим
нанести на эту треугольную диаграмму пирок-
сен состава (Mg
0,47
Ca
0,45
Fe
0,08
)
2
Si
2
O
6
. (Этот со-
став может быть также выражен через соотноше-
ние конечных членов En
0,47
Wo
0,45
Fs
0,08
, где En-
энстатит, Wo — волластонит и Fs — ортоферроси-
лит.) Вначале нанесем на стороны треугольни-
ка составы En
0,47
Wo
0,53
и En
0,47
Fs
0,53
Если те-
перь соединить эти две точки пунктирной пря-
мой, то все составы вдоль нее будут иметь по-
стоянное значение Еn
0,47
, а соотношения Wo и
Fs будут варьировать. Затем нанесем составы
Wo
0,45
En
0,55
и Wo
0,45
Fs
0,55
, которые также нахо-
дятся на боковых сторонах треугольника. Если
соединить пунктиром эти точки, то все соста-
вы вдоль нее будут иметь постоянное значение
Wo
0,45
и переменные соотношения En и Fs. В
точке пересечения построенных пунктирных пря-

---

мых состав определяется как Еn
0,47
Wo
0,45
Fs
0,08
.
Мы можем проверить правильность наших по-
строений, проведя линию, на которой расположе-
ны все составы с постоянным значением Fs
0,08
.
Эта прямая должна пройти через точку пере-
сечения двух уже имеющихся пунктирных ли-
ний.
2.2.5 Распад твердого раствора
(экссолюция)
При высоких температурах в результате расшире-
ния кристаллической решетки пределы допускае-
мых замещений становятся менее жесткими, и воз-
можности образования твердых растворов возра-
стают, т.е. поля составов расширяются. Рассмот-
рим, что произойдет в результате охлаждения ми-
нерала, состав которого, устойчивый при высо-
ких температурах, становится неустойчивым при
понижении температуры. В зависимости от ми-
нерального состава и скорости охлаждения кри-
сталла могут развиваться следующие процессы
(рис. 2.11). Если охлаждение происходит резко,
т. е. если кристалл подвергается закалке, то его вы-
сокотемпературная структура оказывается замо-
роженной. При менее резком охлаждении атомы
успевают перегруппироваться, принимая частич-
но или полностью упорядоченное пространствен-
ное расположение. В конечном счете структура
может разрушиться с образованием двух веществ,
имеющих различный состав, но близкую струк-
туру. Этот последний процесс называется