WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


1 Электронный научно-информационный журнал «Вестник Отделения наук о Земле РАН» №1(22)2004 URL: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1-2004/informbul-1/izotop-2.pdf О МЕХАНИЗМЕ ВЫДЕЛЕНИЯ МИНЕРАЛОВ:

1.МАГМАТИЧЕСКИЕ И МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ПОРОДЫ.

Макаров В.П. (геол. ф-т МГГРУ) litolog@msgpa.ru; (095) тел. 433-56-77 доб.11- 78;

Под механизмом образования минерала (МО) подразумевается химическая реакция, приводящая к его выделению (Макаров, 2001). Часто решение задачи опирается на результаты экспериментов, которые говорят о возможных, а не действительных процессах МО. Так для гранатов предложено не менее 37 уравнений реакций образования, выбор которых для решения генетических задач не однозначен. В научной практике к названной задаче приближается задача о формах нахождения вещества в растворе (Щербина, 1956; Говоров и др., 1966; Диман и др., 1966; Дурасова, 1971; Барсуков, 1974; Дадзе, 1981; Некрасов, 1984; и др.). Кажущимся продолжением решения подобной задачи является «термодинамическое моделирование». Оно основано на расчете форм нахождения вещества по термодинамическим данным в реальных природных растворах.

При решении заявленной задачи (Макаров, 1993, 1997, 2001) определяется Т образования (Тобр= Тиз) минералов (М) по изотопным данным, поскольку концентрация изотопов не зависит от давления (Р). Эта температура Тиз сопоставляется с независимыми эталонными определениями Тэ (гомогенизация и расплавные включения). По согласованию Тиз и Тэ выявляется состав соединения С, находящегося в термодинамическом, в том числе и изотопном (ТИР), равновесии с изучаемым М.

Предполагается, что минерал М и соединение С образуются при распаде исходного вещества, поскольку тогда становится понятным существование этого равновесия. Это положение иллюстрируется анализом не совсем точного уравнения (1): в нем не учтена вода растворителя (Н2О)р. Вводя ее в (1), получаем истинный вариант (2).

Сa +2 + 2HCO3-1 СaCO3 + CO3 + H2O. (1) Последнее показывает, что компоненты скобки […]к образованы при разложении [Ca+2 + 2HCO3-1]и +(H2O)р [CaCO3 +CO2 +H2O]к + (H2O)р (2) ассоциата НСО3-1 (гидратированной СО2), т.е. 2[НСО3-1] 2[CO2- OH-] [CO3-2- CO2- H2O]. Подобный механизм объяснения изотопного равновесия (ИР) возможен в реакциях, например, Si(OH)4 SiO2+ 2H2O (Ганеев, 1975; Rimstidt, Barnes, 1980), ведущих к осаждению кварца, касситерита и др. минералов. Вышесказанное косвенно подтверждается образованием ИР минералов в опытах с графитом (Банникова и др., 1987), шеелитом (Устинов и др., 1990). Следовательно, устанавливаемое в (2) ИР отражает внутримолекулярное ИР, а химический состав М и С позволяет определить состав протовещества (ПВ).

Для решения задачи созданы новые типы изотопных термометров (ИГТ) [1]. В основе их использования применительно к соединениям с изотопами двух элементов (слюды, карбонаты, сульфаты и др.) лежат аксиомы: анализируется один и тот же минерал М, который во всех пробах образован в одно и тоже время и при одной и той же Т; М находится в состоянии ТИР с одним и тем же соединением С; в изотермических условиях выполняется равенство 1000ln (M-C)= f(Т) = const т для всех проб, где - показатель термодинамического фракционирования изотопов между М и С.

т Тогда имеет место равенство S= (ln )/(ln ) = f(T). Выделяются классы ИГТ:

т2 тА. Двуминеральные изотопные геотермометры. А- 1. Моноэлементные ИГТ с одновременно образованными минералами. Это единственная применяемая в настоящее время форма ИГТ; она основана на реакции обмена вида M1* + M2= M1 + M2*, где (*)- обогащение тяжелой компонентой.

Именно при его использовании допускаются многочисленные ошибки. В целом, эта форма ИГТ имеет феноменологическое и не предназначена для определения Т. А-2. Моно - и биэлементные ИГТ с минералами в произвольных временных и температурных отношениях, причем Тобр одного из них (эталона) и состав его Сэтал известны заранее.

Б. Мономинеральные ИГТ основаны на анализе распределений изотопов разных элементов в одном минерале (карбонаты [О - С], мусковиты и биотиты - [O- Н], сульфаты [O- S] и пр.).

Мы принимаем (Галимов, 1973), что в реакциях природного МО всегда сохраняется состояние ТИР в системе М - С.

Кажущееся нарушение ТИР вызывается: а) Влиянием наложенных процессов, в частности, диффузией; б) Методическими ошибками (самый распространенный случай); в) Ошибкой выбора компонента С.

Решение задачи опиралось на построение по нескольким пробам изотермы с угловым коэффициентом S = f(T). Ниже приведены некоторые результаты решения задачи о механизме МО.

Анализ Тиз минералов гранитоидов, магматическая суть которых у исследователей не вызывает сомнений, приводит к последовательности кристаллизации: (БИ, КВ)( 750oC)> ИЛ ( 650)> (МТ, ИЛ) (600-650)> КШ ( 570) > МУ (450-570)> АЛ(440-500)> ГР ( 300) (Макаров, 1991, 2001, 2002).

Этот же порядок выделения минералов выявлен в метаморфических породах независимо от ступеней метаморфизма. Данные для кварца (КВ) и граната (ГР), согласуясь с результатами анализа расплавных включений, не соответствуют принятой точке зрения на условия их выделения. Так КВ не завершает процесс кристаллизации кислой магмы, а вместе с биотитом (БИ) является ранним минералом. Низкие Тобр ГР установлены в породах даже высоких ступеней метаморфизма. В целом, порядок выделения минералов в метаморфических породах и породах, магматическая природа которых не вызывает у исследователей сомнений, отражает их метасоматическое преобразование.

Все силикатные минералы изотопно- равновесны воде (Макаров, 1991, 1996, 2002). Они образованы при разложении гидратированных комплексов по схеме ( Si - O - Si )+6 2(H- O- распл Si )+3 [Анфилогов и др., 1985]. В окрестности точки Ткрит за счет полимеризации сиботаксичераспл ской группы ( Si - O - H)распл образуется ассоциат H4SiO4, разлагаемый по схеме H4SiO4 SiO2 + 2H2O. Полученные результаты соответствуют образованию, например, альбита АЛ по реакции (3) (Reesncon, Keller, 1965; Рыженко и др., 1981; Алексеев и др., 1989).

Al(OH)-4+ 3H4SiO4 + Na+ NaAlSi3O8 + 8H2O (3) Близкий механизм осаждения можно принять для калишпата (КШ), БИ и мусковита (МУ). Ситуация с рудными минералами иная.

Магнетит (МТ) магматитов и некоторых метаморфитов выделяется в ИР с рутилом (РУ) по реакции 6ИЛ+ O-2 6РУ+ 2МТ (П.Я. Ярош,1955; П.Р.Бусек, К.Келль,1966; институт Карнеги, г. Вашингтон, 1971) при разложении ильменита (ИЛ). Это же касается и реакции образования самого ИЛ за счет разложения ульвошпинели (ферропсевдобрукита) Fe2TiO5 ИЛ + РУ. В контактовых роговиках ИР между МТ- СО2 обусловлено разрушением Fe- содержащих карбонатов (3FeCO3 + О МТ+ 3СО2 [Mueller,1973] или 6FeCO3 2МТ+ 5СО2+С [Мельник и др., 1972]).

Изучение МО возможно также ИЗ анализ А изотерм распределения отношений кристаллохимических коэффициентов характеристических элементов (Fe+3, Fe+2, Al, Mg, Ca и др.) и поиск минералов Мх, в термодинамическом равновесии с которым выделяется исследуемый М (Макаров, 1991, 1999). Предполагается, что М образуется в процессе распада материнского вещества, сохраняя состояние термодинамического равновесия между продуктами распада. Использование геохимических геотермометров базируется на изложенной выше теории ИГТ.

Рудный МТ (Бондарева, 1977, 1978) Одесско- Белоцерковской зоны (Украина) для Тэ= 500оС и Р=1 кбар равновесен оливину (ОЛ) [по (Fe+2)- (Ca- Mg- Mn)] и корунду (КР) [Fe+3- Al], образуя ассоциацию МТ- ОЛ- КР. Последняя по аналогии с экспериментами (Михеев, Стулов, 1955) образована при разложении богатого Fe+2 и Fe+3 хлорита (кирштентита ).

Пироп (ПР) эклогитовых ксенолитов в кимберлитовых трубок Якутии (Харькив и др., 1989) ассоциирует с диопсидом и энстатитом (ПК), редко - кианитом. Для ПР Тобр = 1000- 1200оС, ПК- 980- 1400оС; Р= 40- 75 кбар (Пономаренко, 1976; Pike, 1976; и др.).

Выборки анализов описываются уравнениями (Макаров, 2002) которые соответствуют равновесию ПР с пироксенами (ПК) при Т= 1200оС и Р~ 25 кбар, что согласуется с геологическими наблюдениями. Ассоциация ПР - ПК образована при разложения ПВ. Оценка состава ПВ опирается на соотношения ПР/ПК: чаще всего 1.0. Тогда Mg3Al2Si3O12+ CaMgSi2O6= CaMg4Al2Si5O18 - это кордиерит (КРД), образованный, возможно, по реакции (А Нортит)+ (Mg- ОЛ) = 2(Mg - КРД) (Mclelland, Whitney, 1980)).

Для хромитов и хромшпинелидов трубок Удачная и Мир (Якутия) (Ковальский и др., 1979) Тобр 1240оС (Таран и др., 1989), Р не имеет четких значений. Параметры уравнения ln[(Cr+Fe+3)/Al] = -1.27 ln(Mg/Fe+2) + 2.65 при Т= 1200оС и Р= 25- 30 кбар соответствуют реакциям обмена: FeCr2O4 + Mg = MgCr2O4 + Fe и 0.5MgAl2O4 + Cr = 0.5MgCr2O4 + Al.

Комбинация изотопных и термодинамических (геохимических) методов определения Тобр минералов создает основу для построения реакций МО. Один из примеров этого (реакция осаждения кальцита КЛ) описан выше. По изотопным данным в широком интервале Т (0- 450о С) установлено ИР в ассоциациях КЛ- *СО2 и КЛ- Н2О*. Эти комбинации соответствуют осаждению минерала по уравнению (1). Второй случай рассмотрен на примере реакции (3): по изотопным данным всегда соблюдается изотопная система АЛ- Н2О; по геохимическим данным наблюдается изоморфное замещение между ионами К+ и Na+, т.е. в растворе элементы находятся в растворенной ионной форме. Эти данные соответствуют распределению всех элементов только по уравнению (3). Отсутствие термодинамических данных для Fe(OH)-4 не позволяет более уверенно обосновать реакцию (3), поскольку вместо Al(OH)-4 может быть соединение AlO2- (FeO2-).

Полученные результаты отсеивают реакции, не имеющие под собой достаточного основания; их можно рассматривать как ложные; они не объясняют фактическое распределение изотопов и элементов между продуктами реакций. Примеры таких реакций:

3ОЛ+ О2 3МТ + 3КВ (Иернис и др., ОЛ МТ + КВ +ПР (Фонарев, 1987), 6ОЛ+ О 2МТ + 3ПР (Jagnes et al, 1990), МУ КШ + КР + Н2О (Карпов, 1974) и т.д.

Литература 1. Макаров В.П. Способ определения температуры образования природных соединений.

Авт.св.1312504. // Бюлл. изобр. откр.1987.-N19. С.192.

Вестник Отделения наук о Земле РАН - №1(22)Информационный бюллетень Ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии 2004 года (ЕСЭМПГ-2004) URL: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1-2004/informbul-1/izotop-2.pdf Опубликовано 1 июля 2004 г.

© Вестник Отделения наук о Земле РАН, 1997 (год основания), При полном или частичном использовании материалов публикаций журнала, ссылка на "Вестник Отделения наук о Земле РАН" обязательна











© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.