|
2011 |
| |||||||||||||||
|
Тезисы международной конференции |
Abstracts of International conference |
||||||||||||||
|
Минералогические особенности щелочных пород с точки зрения правила фаз Хомяков А.П. Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов, Москва, Россия; noomin@mail.ru
Based on the distribution patterns of age-varying mineral complexes in alkaline pegmatites and other mineralogically unique localities, the thermodynamic phase rule is shown to be a major driving force in the evolutionary diversification of the mineral kingdom.
Как известно, отношение между числами компонентов (N), фаз (P) и степеней свободы (F) гетерогенной физико-химической системы, выведенное Дж. Гиббсом из основных законов термодинамики, выражается правилом фаз P + F = N + 2, из которого следует, что при произвольных температуре и давлении число равновесно сосуществующих фаз системы не может превышать числа ее независимых компонентов. Это следствие, возводящее роль правила фаз в принцип минимизации числа равновесно сосуществующих минералов (Хомяков, 1999, 2009), было успешно использовано В.М. Гольдшмидтом (1933) и Д.С. Коржинским (1973) как теоретическая основа разработанных ими графических методов анализа минеральных парагенезисов. В самом деле, большинство магматических и метаморфических пород литосферы слагается не более чем трех- или четырехфазными ассоциациями породообразующих минералов, что характерно и для минералогически уникальных объектов, в частности для агпаитовых нефелиновых сиенитов, которые, составляя ничтожную долю изверженных пород, превосходят по разнообразию минералов породы любой другой формации. Таковы щелочные породы Хибино-Ловозерского комплекса, полный кадастр минералов которых насчитывает сейчас около 700 видов (Хомяков, 2010). Общее же число минералов этого комплекса с учетом еще не выявленных, по нашей оценке, многократно превосходит указанную цифру. С точки зрения физической химии, мы имеем здесь дело с мегасистемой, число фаз которой может быть приведено в соответствие с числом фазообразующих компонентов лишь путем ее разбиения на большое множество частных систем. Вместе с тем, для главных типов пород Хибин и Ловозера, как и для магматических пород в целом, характерны не более чем трех- и четырехфазные ассоциации породообразующих минералов. Это относится, в частности, к породам дифференцированного комплекса Ловозерского массива, сформировавшимся в процессе фракционной кристаллизации агпаитовой магмы (Когарко, 1977). Вертикальный разрез этого комплекса представлен толщей переслаивающихся уртитов-фойяитов-луявритов, которые на 90% слагаются нефелином, калиевым полевым шпатом и эгирином, отличаясь друг от друга в основном количественным соотношением трех названных минералов. Комплекс насыщен телами интенсивно минерализованных пегматитов ультраагпаитового типа (Хомяков, 1990; Khomyakov, 1995), сформировавшихся в процессе кристаллизации остаточных расплавов. В наиболее изученном из таких тел – залежи Юбилейной установлено около 60 различных минералов, относящихся к 13 классам и подклассам химических соединений – оксидам, галогенидам, сульфидам, арсенидам, карбонатам, фосфатам, фосфатосиликатам, алюмосиликатам, бериллосиликатам, боросиликатам, цирконо-, титано- и ниобосиликатам. При этом, наряду с петрогенными O, H, Si, Al, Na, K, Ca, Fe, Mg, Mn, Ti, собственные минералы в Юбилейной образуют около 20 других элементов: Li, Be, Sr, Ba, B, Ln, Th, U, Zr, Nb, P, Zn, Pb, As, Co, F, Cl, S, C. Процесс формирования минеральных ассоциаций ультраагпаитовых пегматитов подчинен трем основным стадиям эволюции кислотно-основных свойств минералообразующих растворов, соответствующих стадиям возрастающей (I), максимальной (II) и понижающейся (III) щелочности. Ассоциации I стадии, близкие по минеральному составу к материнским породам, обычно слагают краевые зоны дифференцированных или целиком тела простых пегматитов, тогда как ассоциации II и III стадий, с которыми связано основное разнообразие минеральных видов, локализуются преимущественно в центральных ядрах пегматитовых тел. Аналогичные особенности зонального распределения разновозрастных минералов в дифференцированных пегматитах характерны для самых разных объектов подобного рода. Они явно свидетельствуют о том, что в результате регулируемого правилом фаз опережающего перехода в кристаллическое состояние петрогенных элементов большинство низкокларковых элементов, квалифицируемых при парагенетическом анализе как компоненты-примеси, не влияющие на равновесия породообразующих минералов, получают возможность резко накапливаться в остаточной жидкости с достижением фазовонасыщенного состояния. Исходя из этого, мы приходим к заключению об основополагающей роли термодинамического правила фаз как фактора, определяющего универсальный, присущий любым эволюционирующим многокомпонентным системам, порядок выделения минералов - от малочисленных породообразующих (обычно конституционно примитивных) к многочисленным второстепенным и редким (в большинстве своем уникальным по составу и структуре), что придает правилу фаз значение главнейшей движущей силы эволюционной диверсификации минерального мира в целом (Хомяков, 2011). Впервые на важную роль правила фаз в эволюции пегматитовых систем обратил внимание А.Е. Ферсман (1940). Установив в различных телах гранитных пегматитов отчетливую тенденцию к совпадению числа минералов, в среднем близкого к 20-25, с числом элементов, строящих самостоятельные решетки, он заключил, что объяснение этой закономерности может лежать только в применении правила фаз В.М. Гольдшмидта, согласно которому максимальное количество твердых минералов, которые могут существовать одновременно, равно количеству отдельных компонентов, содержащихся в минералах. Им же были обоснованы положения о том, что пегматитовые процессы можно рассматривать как последовательную смену равновесий, подчиняющихся физико-химическим закономерностям, и что эволюция пегматитового процесса сводится к охлаждению системы, постепенному выделению летучих и твердого кристаллического осадка, перемещению по некоторому кристаллизационному пути какой-то еще не построенной физико-химической диаграммы равновесия. Эти положения, несомненно, применимы и к анализу пегматитовых процессов, связанных с дифференциацией агпаитовых магм, с той разницей, что дериваты таких магм, как правило, оказываются значительно более продвинутыми в своей эволюции по сравнению с их гранитоидными аналогами. Указанное различие между сравниваемыми образованиями вполне объяснимо, поскольку агпаитовые магмы рассматриваются петрологами (Когарко, 1977) как остаточные продукты длительной эволюции природных силикатных расплавов, зарождающихся в подкоровых зонах Земли, благодаря чему в их дериватах изначально накапливается более широкий круг низкокларковых элементов, способных достигать концентрации насыщения и выделяться в виде собственных минералов на конечных эволюционных ступенях. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ по проекту 07-05-00084-а.
Литература: Гольдшмидт В.М. Законы ассоциации минералов с точки зрения правила фаз // Основные идеи геохимии. Л.: Госхимтехиздат, 1933. Вып. 1. Когарко Л.Н. Проблемы генезиса агпаитовых магм. М.: Наука, 1977. 295 с. Коржинский Д.С. Теоретические основы анализа парагенезисов минералов. М.: Наука, 1973. 288 с. Ферсман А.Е. Пегматиты. Т. I. Гранитные пегматиты. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1940. 712 с. Хомяков А.П. Минералогия ультраагпаитовых щелочных пород. М.: Наука, 1990. 196 с. Хомяков А.П. Новейшие минералогические открытия и их физико-химические предпосылки // Физико-химические проблемы эндогенных геологических процессов. Междунар. симпозиум, посв. 100-летию акад. Д.С. Коржинского. Тезисы докладов. М., 1999. С. 20-21. Хомяков А.П. Правило фаз и фазовое разнообразие минерального мира // Физико-химические факторы петро- и рудогенеза: новые рубежи. М.: ООО "Центр информационных технологий в природопользовании", 2009. С. 424-427. Хомяков А.П. Хибино-Ловозерский комплекс – минералогическая "Мекка" России // Материалы Всероссийской научно-практической конференции "Уникальные геологические объекты Кольского полуострова: Хибины". Апатиты: K & M, 2010. С. 53-57. Хомяков А.П. Правило фаз как движущая сила эволюционной диверсификации минерального мира // Минералогические перспективы. Материалы Международного минералогического семинара. Сыктывкар: Геопринт, 2011. С. 154-156. Khomyakov A.P. Mineralogy of hyperagpaitic alkaline rocks. Oxford, U.K.: Clarendon Press, 1995. 224 p. |
||||||||||||||||