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

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

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

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

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.

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

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

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