Kudryavtsevaite – new kimberlitic mineral
1Bovkun A.V., 2Anashkin S.M., 3Bindi L., 4Litvin Yu.A., 1Garanin V.K.
1 M.V. Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia; 2NSUE CNRGEI, Moscow, Russia; 3Florense University,Florense, Italy; 4Institute of experimental mineralogy of RAS, Chernogolovka, Russia
Kudryavtsevaite, ideally Na3MgFe3+Ti4O12, is a new mineral from kimberlitic rocks of the Orapa area, Botswana. The new mineral has been approved by the IMA-CNMNC and named for Galina Kudryavtseva (1947-2006), a well known Russian mineralogist. Kudryavtsevaite occurs as rare prismatic crystals, up to 100 mm across, associated with Mg-rich ilmenite and freudenbergite. It is opaque with a vitreous lustre and shows a black streak. Kudryavtsevaite is orthorhombic, space group Pnma, with a = 27,714(1), b = 2,9881(3), c = 11,3564(6) Å , V = 940,5(1) Å3, and Z = 4. The average results of 8 electron microprobe analyses gave (wt.%): Na2O 16,46(15), CaO 1,01(3), MgO 5,31(5), Fe2O3 22,24(32), Cr2O3 1,05(6), Al2O3 0,03(2), TiO2 53,81(50), total 99,91, corresponding to the empirical formula (Na2,89Ca0,10)å2,99(Ti3,67Fe3+1,52Mg0,72Cr0,08)å5,99O12.
УДК 549.01
«Жизнь» минералов после кристаллизации
Боруцкий Б.Е.
Минералогический музей им. А.Е. Ферсмана РАН, Москва, Россия
Статья посвящена особому, и как мы полагаем, перспективному направлению в генетической минералогии, охватывающему «жизнь» минералов после их кристаллизации, то есть всем тем твердофазовым превращениям, которые проявляются в связи с изменением физико-химических параметров в сосуществующей минералосохраняющей среде, а также тем фундаментальным проблемам, которые при этом неизбежно возникают в минералогической науке. Приведены примеры изменения химического состава, особенностей кристаллической структуры и внутреннего строения минералов после кристаллизации, которые могут быть использованы в качестве минералого-генетических индикаторов при реставрации условий формирования горных пород и рудных месторождений при метамагматизме, метаморфизме и метасоматизме. В качестве примера рассматривается применение их при выяснении геологической истории Хибинского щелочного массива на Кольском полуострове.
|
|
|
«Как много нового найдешь в любой породе –
Науку только полюби!
Как много жизни в неживой природе,
В ней вся история Земли»
Николай Михайлович Федоровский
Введение
«ЖИЗНЬ!» Казалось бы, по отношению к минералам говорить о Жизни (даже, в кавычках) безграмотно. Мы еще помним общеизвестное определение Ф. Энгельса: «Жизнь – это форма существования белковых тел». Минералы – не белковые тела, и они, как объекты «неживой» природы, не размножаются, не развиваются, не эволюционируют и, как полагают многие (даже геологи, и уж тем более, не знакомые с геологией люди), однажды образовавшись по законам геохимии, многие миллионы или даже миллиарды лет назад существуют до сих пор в первозданном неизменном виде, если, конечно, по воли судьбы, не окажутся на дневной поверхности и не распадутся под влиянием ветра и атмосферы на составные части. Но, ведь, существуют же! Существуют в течение геологического времени, и трудно представить, что с ними не происходит каких-либо изменений, хотя бы в период, пока «материнские» породы еще окончательно не остыли. А как назвать процесс, форму их существования после кристаллизации? Такого термина великие мыслители человечества пока еще не придумали.
|
|
|
Нет, не совсем так. Для описания и анализа особенностей зарождения и роста минеральных индивидов во время кристаллизации (то есть на начальных стадиях их существования) в различных геологических условиях проф. Д.П. Григорьев (рис. 1) предложил использовать биологический термин онтогения (Григорьев, 1961; Григорьев, Жабин, 1975). В биологии этот термин используется для описания развития отдельных индивидов животных или растений в течение всей их жизни, в отличие от филогении, исследующей эволюцию уже не индивидов, а биологических видов в истории нашей планеты. Но онтогения Григорьева – это, повторим, анализ поведения минералов в ходе их кристаллизации, а не после. И основана она, в основном, на анализе различий морфологии граней сокристаллизующихся кристаллов при совместном росте, последующем растворении или замещении одного минерала другим и т.п.
Справедливости ради, следует сказать, что Д.П. Григорьевым (1961) предпринимались попытки включения в онтогенетический анализ некоторых явлений перекристаллизации индивидов при процессах диагенеза и метаморфизма: например, с изменением формы зерен в ходе их растворения со стороны воздействующего давления растворов и дорастании с противоположной стороны при динамометаморфизме (по принципу Рикке) или с изменением морфологии новообразованных граней кристаллов в ходе их роста, обусловленным понижением поверхностной энергии до минимума (по принципу П. Кюри), явлений собирательной перекристаллизацией мелкозернистых агрегатов в крупнозернистые, гигантозернистые и пегматоидные, образованием метакристаллов и порфиробластов и т. п. Однако, эти явления в то время были еще недостаточно изучены, хотя морфологические исследования проведены на недостижимо высоком уровне и являются классикой в нашей науке.
|
|
|
Рис. 1. Дмитрий Павлович Григорьев (1909-2003)
Но может быть, посткристаллизационные явления в «жизни» минералов не столь уж существенны, чтобы на них обращать внимание, ведь нас интересует в первую очередь, как минералы и слагающие их породы и рудные месторождения образуются, а не последующая их геологическая история? И напрасно. Потому что многие месторождения образуются при последующей перекристаллизации пород, при метамагматизме, метаморфизме и метасоматизме, и хорошо бы понимать, что при этом происходит с ранее образовавшимися минералами. Сейчас мы лучше понимаем, что отбитые нами для исследований в виде образцов горные породы и рудные жилы не были точно такими же при своем «рождении», а претерпели длительную геологическую историю, за время которой слагающие их минералы в той или иной степени могли видоизменяться как по морфологии, так и по химическому составу и особенностям структуры, приспосабливаясь (по аналогии с живыми организмами) к изменяющимся параметрам минералосохраняющей среды, и требуется тщательное их изучение для реставрации первоначальных условий образования. Поэтому мы считаем возможным использовать для описания посткристаллизационных преобразований минералов за время их последующего существования тот же термин, что и для органических природных соединений – «ЖИЗНЬ», из осторожности ограничивая её кавычками.
|
|
|
Показательно, что хотя общепринятого термина, описывающего «жизнь» минералов в природе еще нет, уже давно возникла специальная наука, уберегающая минералогию от формализма неорганической химии и подчеркивающая неразрывную ее связь с остальными геологическими науками о минеральном веществе – петрологией, литологией, геохимией, кристаллографией. Эта наука называется генетической минералогией. И в плане ее развития, Д.П. Григорьев в свое время писал: «Используя достижения генетической минералогии, кажется необходимым расширить понятие о генезисе минералов, включив в него совокупность следующих явлений: собственно образование минералов, обнимающее их зарождение, рост, изменение, а также уничтожение, и физико-механический механизм генезиса – свободную кристаллизацию, метасоматическое замещение, полиморфное превращение, перекристаллизацию в твердом состоянии и пр. … Минералообразование представляется теперь уже не как пассивное отложение минерального вещества и тела, а как процесс развития… во взаимодействии минерала и среды» (Григорьев, 1961. с. 17).
Не будем забывать и химический и физико-химический аспекты генетической минералогии. Вспомним, что писали по этому поводу наши выдающиеся ученые: «Химическая минералогия опирается… в своих заключениях прежде всего на химию, синтез и анализ минералов, …но она в то же самое время широко пользуется наблюдением в поле – выяснением парагенезиса и изучением псевдоморфоз… учение о псевдоморфозах, научным наблюдением созданное, далеко выходит за пределы современной химии, так как реакции, которые необходимо принимать здесь во внимание, идут в твердой среде, в кристаллической среде, внутри пространственных решеток» (Вернадский, Курбатов, 1937. с. 16-19).
Стабильность и равновесие
В.И. Вернадский (рис. 2) писал: «Каждый минерал может существовать неизменно лишь до тех пор, пока он находится в условиях своего образования. … Как только он из них вышел, для него начинаются новые стадии существования» (Вернадский, 1955). Но, что это значит? По-видимому, необходимы комментарии и уточнения. В природе нет ничего абсолютного, все – относительно. В этой ее относительности отражается все многообразие геологических и геохимических процессов, в которых образуются минералы, а понимание этого закона природы служит двигателем научной мысли, приближающим нас к их пониманию.
Здравый смысл подсказывает, что стабильных (равновесных) процессов в природе или нет совсем, или они очень редки – возникают лишь временные относительно стабильные минералообразующие системы, эволюционирующие в сторону достижения предполагаемого термодинамического равновесия, но его не достигающие. Раскристаллизация внедренного магматического расплава начинается потому, что он становится неравновесным с условиями окружающей среды, иначе он закалится в виде вулканического стекла. Экспериментально изученные системы, описывающие магматическую кристаллизацию, считаются корректными если установлены равновесные границы между сокристаллизующимися фазами при заданных параметрах и обозначены области их стабильности. Но в ходе развития реальных геологических систем параметры меняются, может быть увеличено число учитываемых компонентов из-за необходимости введения в системы воды, других летучих компонентов или солей, происходить перераспределение компонентов между фазами и окружающей средой или химические реакции между включающими их минералами. Из химии нам известен принцип Ле-Шателье (1887 г.): «если на равновесную систему производить внешнее воздействие, то равновесие смещается в сторону, указываемую этим воздействием до тех пор, пока нарастающее в системе противодействие не станет равным внешнему воздействию».
Рис. 2. Владимир Иванович Вернадский (1983-1945)
При этом необходимо уточнить, о чем мы говорим – о конкретных реальных отдельных минеральных индивидах или о совокупных их ассоциациях – абстрактных формализованных минеральных видах, и зависит от определения фундаментальных понятий минералогии – что такое минеральный вид, разновидность минерального вида и минеральные индивиды. Как известно, Комиссия по новым минералам и названиям минералов Международной минералогической ассоциации (КНМНМ ММА) подходит к этому вопросу формально, только кристаллохимически, рекомендуя выделять в качестве самостоятельных минеральных видов любые природные химические соединения, в которых содержание какого-либо химического элемента в одной из установленных в его кристаллической структуре неэквивалентных структурных позиций превышает 50 относительных процентов. На практике это приводит к переоткрытию выделенных ранее химических и структурных разновидностей минералов в качестве новых минеральных видов, то есть не оправданному «размножению» видов, и полному отрыву минералогии от остальных геологических наук о природном веществе. Сведение минералогии к манипулированию минеральными видами уничтожает науку о реальном минеральном веществе, науку о минералах как о геологических телах, фазах природных геохимических процессов, связанных с реальными условиями образования.
По нашему мнению, при описании минерала совершенно необходимо учитывать по крайней мере, три главные его характеристики: химический состав, кристаллическую структуру и пределы устойчивости, которые определяются полем стабильности (устойчивости), за пределами которого минералы данного вида разрушаются, распадаются или замещаются минералами другого вида, а внутри которого химический состав и особенности кристаллической структуры конкретных индивидов могут варьировать в соответствии с изменением внешних физико-химических параметров минералообразующей или минералосохраняющей среды. Действительно, границы полей стабильности меняются в зависимости от выбранных для описания моделей минералообразующих систем – в трехкомпонентных они будут несколько иными, чем в двухкомпонентных, а в системах с H2O – иными, чем в «сухих» системах, то есть меняются и реальные пределы существования минеральных видов. Однако при таком подходе понятие минеральный вид становится геологически обоснованным, отражающим реальные пределы существования и генетическую связь индивидов с определенными вариациями химического состава, закономерно связанными с постоянством определенного типа кристаллической структуры.
При геологических исследованиях, не утративших еще генетическую направленность, нас больше интересует анализ поведения реальных минеральных индивидов данного вида, при этом учитываются не только термодинамические параметры, но и кинетика процессов, геологическое время, ионообменные замещения в системе и т.п. Изучается изменение химического состава и симметрии минерального вещества в ядрах и периферических частях кристаллов, наличие в них зональности роста или секториальности, учитывается обогащение их микропримесями, в том числе и превышающее где-то те роковые предельные 50%, которые, согласно формальным рекомендациям КНМНМ ММА, являются основанием для выводов о сосуществовании нескольких минеральных видов внутри единого монокристалла, то есть реальное изменение состава и структуры минералов, соответствующее параметрам меняющейся во времени минералообразующей среды – реальную «жизнь» минералов.
Возвращаясь к вышеприведенной цитате В.И. Вернадского, констатируем, что минерал существует не неизменно в условиях своего образования, а меняется в соответствии с изменением этих условий. Термодинамическое равновесие между минералом и минералообразующей средой, по-видимому, не успевает установиться ни в процессе его роста, ни, тем более, после частичной или полной его раскристаллизации.
На какой-то промежуточной стадии кристаллизации минерального индивида, относящегося к минеральному виду со сложным переменным многокомпонентным химическим составом, когда внутренние части растущего кристалла уже затвердели и вышли из прежнего возможного термодинамического равновесия, к которому «стремились», они фактически превратились в реликты, сохранившие свой первоначальный химический состав и особенности структуры, а периферические его зоны продолжают кристаллизоваться в данной минералообразующей системе при изменившихся физико-химических параметрах, в минерале начинаются прогрессирующие твердофазовые превращения. То есть, как писал В.И. Вернадский, «для минерала начинаются новые стадии существования», и, учитывая фактор геологического времени, мы обоснованно можем говорить о начале посткристаллизационной его «жизни». Снижение температуры приводит к полиморфным переходам и многообразным твердофазовым превращениям, например, к перераспределению компонентов в кристаллической структуре с их упорядочением и последующим фазовым распадом, а затем к собирательной перекристаллизации новообразованных фаз с изменением не только размеров, но и морфологии частиц продуктов распада, изменению их ориентации внутри распавшихся блок-кристаллов и внутреннему микродвойникованию, способствующему оптимальному выполнению ограниченного пространства с имитацией изначальной симметрии структуры минерала. Интенсивность, размерность и морфология возникающих при твердофазовых превращениях микроструктур, определяющих возможность их изучения под оптическим или электронным микроскопом и микрозондом зависит от скорости диффузии компонентов и кинетики изменения физико-химических параметров минералообразующей и минералосохраняющей среды.
Детальное изучение таких твердофазовых процессов в минералах фиксирует смену последовательных реликтовых структурно-химических состояний, позволяющих дополнить минералогическую информацию сведениями о «жизни» минерала после его кристаллизации и использовать эти данные в качестве посткристаллизационных минералого-генетических индикаторов при реставрации геологической истории горных пород, руд, самых различных геологических объектов, массивов и месторождений (Боруцкий, 1988; 2005; 20101; 2012).
Конкретные примеры различных посткристализационных превращений в минералах мы рассмотрим ниже.
Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 274; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!