Лаборатория эспериментальной и технической петрологии МГУ,
к. A-607, тел. 939-20-40

Исходя из основных термодинамических соотношений, возрастание давления сопряжено с изменением объема, постепенное уменьшение которого в конечном итоге приводит к скачкообразным изменениям структуры кристаллических веществ. Примерами могут служить, прежде всего, полиморфные переходы, сильно зависящие от давления: андалузит - силлиманит - кианит, оливин - шпинель, кальцит - арагонит, кварц - коэсит - стишовит, графит - алмаз (см. главу II-2 и, в частности, рис. 20). В приведенных рядах слева направо возрастает давление (при постоянстве температуры). Подавляющее большинство линий, изображающих условия этих равновесий, имеет положительный наклон на диаграмме Т - P и, следовательно, действие температуры и давления обычно противоположно.

В этих рядах прослеживается закономерность возрастания координационного числа атомов в более плотной фазе высокого давления, причем для алюминия оно достигается при меньших давлениях, чем для кремния, и не одновременно для разных минералов. Последнюю закономерность удобно проследить на примере более сложных равновесий с участием нескольких (более 2-х) минералов, например, равновесий жадеита NaAlSi₂O₆. При температурах 500-700^ОС жадеит образуется при давлении около 10 кбар из нефелина и альбита: NaAlSiO₄ + NaAlSi₃O₈ = NaAlSi₂O₆. Около 15 кбар альбит становится неустойчив, разлагаясь на жадеит и кварц: NaAlSi₃O₈ = NaAlSi₂O₆ + SiO₂. Таким образом, существует область совместной устойчивости жадеита, в котором координация Al равна 6, с альбитом и, еще более широкая, - с нефелином. И в альбите, и в нефелине сохраняется четверная координация. Во всех минералах, участвующих в этих реакциях, сохраняется позиция Si в кремнекислородных тетраэдрах.

Силикаты алюминия характеризуются большим сродством к натрию и железу, чем к калию и магнию по сравнению с алюмосиликатами, которые они вытесняют в глубинных зонах Земли. Изменение координации и соответствующего сродства к различным элементам ведет к важным петрологическим следствиям, некоторые из которых рассмотрены в главе II-2.

Кроме основных кристаллохимических позиций, занимаемых определенными атомами и отраженных в написании общепризнанных формул минералов, в их структурах существуют неэквивалентные субпозиции (подрешетки), некоторые из которых атомы (ионы) того или иного элемента занимают предпочтительно. Наиболее разработана теория распределения Si и Al в тетраэдрической координации полевых шпатов. В природных минералах возможны и реализуются (а) разупорядоченное, статистическое распределение Si и Al по субпозициям; (б) полностью упорядоченное, когда эти атомы занимают вполне определенные субпозиции, и (в) все промежуточные случаи. Были разработаны относительно простые методики оценки распределения алюминия по неэквивалентным позициям структуры плагиоклазов и щелочных полевых шпатов, используя межугловые расстояния пиков на рентгенограммах ( 131 - один из наиболее часто применяемых индикаторов упорядочения), чувствительные к изменению параметров элементарной ячейки.

Рис. 44. Упорядочение альбита в гидротермальных условиях (Р = 0.5 - 1.0 кбар).

Равновесие упорядоченных и неупорядоченных (высоких и низких) форм определяется почти исключительно температурой и практически не зависит от давления. Согласно современным экспериментальным данным, равновесными являются только крайние состояния, переход между которыми рассматривается как полиморфное превращение. Данные по упорядочению альбита в зависимости от температуры в гидротермальных условиях иллюстрируют это положение (рис. 44). Наличие фазового перехода и метастабильность промежуточных форм подтверждается также опытами с галлиевыми аналогами полевых шпатов, для которых скорости превращений неизмеримо более высокие.

Скорости упорядочения полевых шпатов чрезвычайно низки. Время достижения равновесия сопоставимо с длительностью геологических процессов, что объясняет существовование промежуточных форм полевых шпатов в природных ассоциациях. Это затрудняет применение явлений упорядочения в качестве геотермометров, но зато открывает новые возможности. Изучение структурного состояния природных полевых шпатов в совокупности с экспериментально полученными кинетическими характеристиками упорядочения позволяют рассчитывать время геологических процессов. Наилучшие результаты получаются при оценке температур формирования и скоростей остывания в случае вулканических и субвулканических пород, в которых закалка степени Al-Si упорядочения приближена по времени к начальным этапам субсолидусной истории. Например, длительность остывания Эльджуртинского гранитного массива на Северном Кавказе оценена в 15 тысяч лет.

Распределение К и Na или Ca и Na между полевыми шпатами и другими фазами зависит от их упорядоченности и учитывается в соответствующих минеральных геотермометрах и геобарометрах.