ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ТЕРМОБАРОМЕТРИЯ

Сведения о кристаллохимии природных силикатов

Как отмечено выше, большинство природных минералов относится к силикатам, кристаллическую основу которых составляют кремнекислородные тетраэдры. Вокруг этого своеобразного скелета сосредоточены атомы других "сортов", преимущественно металлы. И прочность их связи с атомами кислорода во многом зависит от прочности связи кремния и кислорода в тетраэдре. Поэтому, прежде чем перейти к анализу закономерностей распределения компонентов между природными минералами, необходимо разобраться в сравнительной силе кремнекислотных радикалов в каждом из них.

Природные силикаты это соли различных кремниевых кислот. Часть из них - ортокремневая (H₄SiO₄) или метакремниевая (H₃SiO₃) - хорошо известны, но многие из них: такие как H₂Si₃O₇, H₁₂Si₈O₂₂, H₂Si₂O₅ и ряд других неизвестны. Они получили название гипотетических. В 1949 г. В.С.Соболев, а позднее, в 1952 г., и Г.Рамберг, опираясь на известные открытия Л.Полинга, вывели ряд сравнительной силы кремниевых кислот. В нем закономерно изменяется степень диссоциации этих кислот. В этот ряд Г.Рамберг включил и гипотетические кремнекислоты. Тем самым определилась сравнительная сила кремнекислотных радикалов в следующих подклассах силикатов: ортосиликат - диортосиликат - цепочечный метасиликат - кольцевой метасиликат - ленточный метасиликат - слоистый диметасиликат - каркасный силикат. Например, самая слабая ортокремневая кислота в результате диссоциации и реакции с металлами (Me) дает соединения типа Me₂SiO₄. Степень химического сродства любого металла с кремнекислотным радикалом SiO₄ в ортосиликате всегда ниже, чем в метасиликате, и существенно ниже, чем в каркасном силикате. Отсюда было выведено правило: любые обменные равновесия между силикатами смещены в сторону образования соединений радикалов сильных кислот с сильными основаниями плюс соединения радикалов слабых кислот со слабыми основаниями.

Действительно, подобные минеральные равновесия можно найти в некоторых горных породах. Таковы, например, обменные равновесия между кордиеритом и гранатом, биотитом и гранатом, роговой обманкой и пироксеном и т.д. В реакцию с рассматриваемыми кремневыми кислотами могут вступать как сильные, так и слабые основания. Термодинамика и структура минералов зачастую допускают, чтобы с одним и тем же кремнекислотным радикалом соединялись два и более различных по свойствам металла. Такая способность минералов образовывать соединения одного кислотного радикала с разными, замещающими друг друга металлами называется изоморфизмом, а сами минералы представляют собой в этом случае изоморфные смеси, или же твердые растворы. Например, формула оливина записывается как (Fe, Mg)₂SiO₄, поскольку он представляет полный твердый раствор фаялита и форстерита. В некоторых минералах наблюдается анионный изоморфизм.

В горных породах весьма часто встречаются два или даже больше минералов переменного состава. Характерно, что при изменении внешних условий, и в первую очередь температуры, эти минералы способны обмениваться входящими в их состав изоморфными элементами, такими, например, как Fe и Mg, Na и K, F и Cl и т.п. Такие реакции носят название обменных. Причем, из второго закона термодинамики следует, что возрастание температуры в случае равновесий идеальных твердых растворов приведет к выравниванию относительных концентраций этих элементов в сосуществующих минералах. Следовательно, можно решить обратную задачу: по составам таких минералов определить температуру их равновесия. В грубом приближении, сравнивая между собой составы одних и тех же сосуществующих минералов из заведомо высокотемпературных и низкотемпературных пород, можно оценить эффект влияния температуры на данную обменную реакцию

Следующая страница| Назад