ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.09.2020
Просмотров: 3934
Скачиваний: 7
106
Ti, Fe
2+
, Fe
3+
, Mg
и
A
l; высокое содержание
Al
и
Fe
3+
в хлоритоидном филлите.
Очень мало калия содержит зеленый сланец. Диабаз выделяется высоким содер-
жанием марганца, а эклогит –
Mg
и
Са
(см. табл. 11).
Таблица 11
Состав метаморфических пород, ат. %
Компонент
ы
Д
иа
ба
з
Э
сс
ек
си
т–
ро
го
ви
к
А
м
ф
иболи
т
Э
пи
до
то
-в
ы
й
ам
ф
и-
бо
ли
т
Зе
ле
ны
й
сл
ан
ец
Н
ор
ит
–г
ра
ну
л
ит
Э
кл
ог
ит
Г
ла
ук
о-
ф
ан
ов
ы
й
сл
а-
не
ц
К
ре
м
ни
ст
ы
й
сл
ан
ец
К
ва
рц
ит
Б
иот
ит
о-
вы
й
гн
ей
с
Х
ло
рит
о-
ид
ны
й
ф
илл
ит
Н
1,34 1,31 2,54 1,67 7,04 0,87 2,54 12,42 3,96 1,39 3,75 11,43
O
60,16 60,29 59,52 59,96 57,62 60,71 58,86 55,68 62,38 65,23 61,13 56,47
Na
1,91 2,45 2,06 3,34 3,00 1,49 1,69 2,19 1,37 0,04 2,79 1,33
Mg
2,99 3,09 4,41 3,49 4,02 3,76 6,35 2,47 0,73 0,08 0,62 0,55
Al
5,04 6,16 6,70 7,10 7,26 6,93 6,05 7,01 4,15 0,63 6,50 12,35
Si
18,32 17,95 17,63 18,34 16,35 18,67 16,43 14,72 24,62 30,80 22,50 11,32
P
0,10
–
0,03
–
–
0,02
–
0,01
–
–
–
0,06
К
0,65 0,37 0,28 0,17 0,04 0,55 0,68 0,75 0,46 0,83 0,99 0,77
Ca
3,45 3,35 3,89 3,19 2,54 3,37 4,44 2,62 0,20
–
0,67 0,13
Ti
0,68 0,82 0,15 0,10 0,05 0,61 0,07 0,29 0,04 0,03
–
0,82
Mn
0,14 0,03 0,06 0,02 0,03 0,05
–
0,02
–
–
–
–
Fe
2+
44,12 2,52 2,36 1,45 1,49 2,75 1,72 0,77
0,24 0,06 0,54 2,29
Fe
3+
1,11 1,65 0,65 1,15 0,55 0,22 1,17 1,07
1,86 0,90 0,51 2,49
9.3.
Метаморфизм минералов
Значительная изменчивость химического состава метаморфических горных
пород не приводит к усложнению их минералогии. Это объясняется устойчиво-
стью некоторых распространенных минералов в широком интервале температур и
давлений. Из силикатов для метаморфических пород наиболее характерны
цепо-
чечные
и
слоистые
. Их образованию способствует повышенное давление, а
структуры допускают замещение одних атомов другими, поэтому они могут фор-
мироваться в широких пределах валового состава пород.
Из
островных силикатов
характерны минералы группы граната и эпидота.
Из-за ажурности структуры многие
каркасные силикаты
неустойчивы в условиях
метаморфизма.
Химический состав минерала зависит от степени его метаморфизма. При-
ведем несколько примеров:
1. Состав плагиоклаза определяется конкретными термодинамическими
условиями и при повышении степени метаморфизма изменяется текстура альбита
через смеси
Ca–Na
-плагиоклазов до анортита.
Формат:
Список
107
2.
В.В. Закруткиным (1968) были изучены 400 образцов биотитов из амфи-
болитовой и гранулитовой фаций различных регионов Земли. Результаты иссле-
дований с использованием математической статистики свидетельствуют о боль-
шой разнице в составе биотитов различной степени метаморфизма. Это обуслов-
лено различными концентрациями элементов во вмещающих породах и степенью
метаморфизма биотита. При его повышении в биотитах увеличивается содержа-
ние
K, Al
(VI),
Ti, (Fe, Mg),
но понижается количество
Na, Al (IV), Fe
3+
, (OH).
При
этом изменения величины некоторых элементов стабильны и могут служить кри-
терием для определения степени метаморфизма биотита по содержанию
K, Al (VI),
Ti.
3. Амфиболы подобны губке, которая может поглощать разнообразные ио-
ны. Это приводит к образованию разновидностей этого минерала, присущих каж-
дой метаморфической фации: а) актинолит – фация зеленых сланцев; б) роговая
обманка с примесью эденитовой молекулы – эпидот-амфиболитовая фация; в)
обыкновенная роговая обманка – амфиболитовая фация; г) гистингсит – гранули-
товая фация.
Общая тенденция эволюции амфиболов при повышении степени метамор-
физма заключается в замещении кремния алюминием. Другие превращения носят
роль компенсационного изоморфизма
(Si
4+
→ Al
3+
).
Изоморфизм по схеме:
Si
4+
,
Mg
2+
→ 2Al
3+
, Si
4+
→ Al
3+
, (K
+
), Na
+
– влечет за собой повышение щелочей и по-
нижение количества двухвалентных металлов с координацией шесть. Химизм ам-
фиболов при повышении степени метаморфизма проявляется в повышении коли-
чества
K, Na, Al, Ti
и в понижении
Si, (Mg, Fe), (OH), Fe
3
+
. Изменения химизма
амфиболов стабильны и позволяют определять термодинамическую обстановку
по концентрациям ряда элементов.
Аналогично ведут себя и другие породообразующие минералы: гранаты,
калиевые полевые шпаты, кальцит и др. Приспосабливаемость химизма минера-
лов к меняющимся термодинамическим условиям наиболее ярко проявляется в
минералах сложного химического состава (слюды, амфиболы, гранаты, полевые
шпаты), устойчивых в широком интервале температур и давлений.
В метаморфических породах ведущие элементы земной коры
Si, Al, Fe, Mg,
Na, K, Ti
меняют свои концентрации в минералах в зависимости от температур и
давлений.
В минералах изменяется также содержание многих редких элементов, что
ведет к общему геохимическому эффекту. Редкие элементы изменяют при мета-
морфизме свои концентрации в следующих минералах: плагиоклазах
(Ba, Sr, Rb),
биотитах
(Ge, Y, Mn),
гранатах
(Ge, Y, Mn),
пироксенах
(Ti, Al
).
Степень насыщенности минералов теми или иными элементами неодина-
кова. Наименьшей способностью концентрировать редкие элементы характеризу-
ется кварц. Цветные минералы насыщены ими в значительно большей степени.
Магнетит обладает максимальной способностью концентрировать редкие элемен-
ты с малыми и средними ионными радиусами.
Большой фактический материл по химическому составу метаморфических
пород недостаточно систематизирован. Однако имеющиеся данные позволяют
сделать следующий вывод: весь комплекс метаморфических процессов обуслав-
ливает дифференциацию вещества в планетарных масштабах. Доказательством
108
этого положения служат породы различных фаций метаморфизма, которые долж-
ны отличаться своим общим химическим составом. Например, породы гранули-
товой фации в сравнении с породами метаморфизма амфиболитовой фации зна-
чительно обогащены
Al, Ca, Ti
и обеднены
K, Na, Fe, Si
. Изменения содержания
Mg
и
Fe
неопределенны.
Прогрессивный метаморфизм приводит к дегидратации пород. Движение
водных растворов всегда восходящее. Следовательно, выносятся
Si, H, K, Na, O
и
другие элементы из областей высокой степени метаморфизма в области понижен-
ных температур и давлений.
В результате региональных метаморфических процессов происходит гео-
химическая дифференциация вещества литосферы: нижние горизонты обедняют-
ся
Si, K, H, O, Na
и относительно обогащаются малоподвижными элементами
Mg,
Fe, Ti, Al
. В геохимической дифференциации большую роль играет
палингенез
–
образование регенерированных пород путем регионального переплавления и ана-
тексис – расплавление твердых горных пород и их превращение в магму. Возни-
кающие при ультраметаморфизме расплавы гранитного состава поднимаются в
верхние коровые горизонты и приводят к миграции легких гранитофильных эле-
ментов.
Рис. 17. Схема метаморфических фаций (по Дж. Розенквисту, 1952)
Представить планетарные масштабы роли метаморфизма в дифференциа-
ции вещества земной коры можно, если учесть данные по пространственному
расположению геоизотерм и геоизобар, которые соответствуют давлениям и тем-
пературам начала гранитизации и палингенеза, анатексиса. Схематически это
можно представить диаграммой Дж. Розенквиста (рис. 17).
Температурная область возможных анатексических расплавов распростра-
нена в земной коре повсеместно, глубина залегания ее верхней границы варьиру-
ет от 5,5 до 55км. Отсюда следует, что метаморфизм является одним из звеньев
общепланетарных геохимических циклов, необходимым этапом векового круго-
ворота многих веществ в истории земной коры. С метаморфизмом связано обра-
зование многих рудных месторождений.
Формат:
Список
109
10.
ГЕОХИМИЯ ГИПЕРГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
Гипергенез - изменения горных пород, происходящие на поверхности Зем-
ли. Область гипергенеза охватывает первые десятки, местами сотни метров зем-
ной коры. Гипергенез протекает в интервале температур от - 60 до + 60
о
С и дав-
ления 1-25 атм при высокой концентрации кислорода, углекислого газа и воды
(А.И.Тугаринов, 1973). Активно протекает процесс окисления, гидролиз, гидрата-
ция, сорбция. Измененные гипергенные породы увеличиваются в объеме, по
сравнению с исходными. Минералы глубинных горных пород разрушаются в той
же последовательности, в какой происходила их кристаллизация из расплава:
оливин, пироксен, амфибол, полевой шпат, кварц. Соответственно основные по-
роды выветриваются быстрее кислых. Образование конечных минеральных форм
происходит через ряд метастабильных форм. Устойчивые минеральные формы в
условиях Земли - оксиды
.
Основными источниками энергии гипергенных процес-
сов является энергия Солнца и гравитационная энергия положения. Породы
трансформируются в песок, глину, коллоиды, оксиды и гидроксиды. Здесь созда-
ются условия для выноса химических элементов с континентов и аккумуляции их
в океанах. Химический состав пород более разнообразен, чем в зоне глубинных
(гипогенных) геохимических процессов, формируются крупные промышленные
месторождения железа, марганца, алюминия и других металлов. Здесь сосредото-
чены разнообразные месторождения нерудного сырья, горючие полезные ископа-
емые. Перенос химических элементов осуществляется
химическим
,
механическим
и
биогенным
путем. Ведущие химические элементы (
O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K)
земной коры перераспределяются с образованием новых минеральных ассоциа-
ций.
В.М. Гольдшмидт описал основные черты миграции главных химических
элементов в земной коре в условиях гипергенеза (табл. 12). Им выделены
резю-
даты, гидролизаты, оксидаты, карбонаты, эвапориты
, как результат миграции
химических элементов.
По Э. Дегенсу (1967), выделяются следующие вещества в осадках и оса-
дочных породах:
Минералы низкотемпературного и водно-осадочного происхождения – си-
ликаты, оксиды и гидроксиды, карбонаты, фосфаты, сульфиды, сульфаты,
галоиды.
Органические компоненты – аминосоединения, углеводы и их производ-
ные, липиды, изопреноиды, стероиды, гетероциклические соединения, уг-
леводороды, асфальты, нефть, газы.
Осадок.
Продукты выветривания магматических и метаморфических пород – окси-
ды, силикаты, карбонаты, фосфаты, сульфиды.
Ведущими геохимическими процессами в зоне гипергенеза являются окис-
ление, восстановление, гидролиз, гидратация, сорбция, карбонатизация, механи-
ческая и химическая денудация, осадконакопление, галогенез. Их активизация
определяется
климатическим
и
тектоническим факторами
. В зоне гипергенеза
проявляют себя механический, физико-химический и биологический барьеры.
110
Среди физико-химических барьеров активны кислый, щелочной, нейтральный,
окислительный, восстановительный глеевый и с сероводородом, сорбционный,
испарительный, термодинамический. Они могут сочетаться в зависимости от
водного и температурного режима природной зоны.
В
гумидном климате
полнее протекают процессы выщелачивания, раство-
рения, гидролиза и миграции. Высоковалентные (III, IV) катионы типа
Al
3+
, Fe
3+
,
Ti
4+
, Zn
4+
образуют комплексные ионы с органическими кислотами и мигрируют.
Органические соединения создают восстановительные условия, поэтому окисле-
ние протекает при более высоком потенциале Eh.
Таблица 12
Схема классификации миграции главных элементов литосферы
в гипергенных процессах, по В.М. Гольдшмидту
Способы миграции
Природные образования
Ведущий
элемент
Элементы не участвующие или
почти не участвующие в явле-
ниях химического переноса, т.е.
остающиеся на месте (резюда-
ты)
Элювиальные отложения, рос-
сыпи и другие продукты, могу-
щие быть перенесенными толь-
ко механически
Si
Концентрация элементов гидро-
лиза (гидролизаты). Выпадение
элементов в результате недоста-
точной кислотности раствора
Образование глинистых мине-
ралов, бокситов
Al
Концентрация элементов в ре-
зультате окисления (оксидаты):
Fe
2+
→ Fe
3+
Отложения бурых железняков и
марганцевых руд (пиролюзит и
вад)
Fe, Mn
Осаждение элементов карбонат-
ным ионом в виде углекислых
солей (карбонаты)
Отложение известняков, доло-
митов, магнезитов, олигонитов
Ca, Mg
Концентрация элементов путем
испарения, осаждения их рас-
творов (эвапориты)
Испарение водных растворов в
замкнутых водоемах, образова-
ние соляных месторождений
Na, Mg, K
В
аридном климате
миграция химических элементов слабо выражена.
Преобладают окисление и гидратация. Концентрируются щелочи, мало органиче-
ских кислот. Формируется щелочная реакция, которая содействует переходу в
растворенное состояние
Si, Al, Cr, V
в форме
Na
2
SiO
3
, NaVO
3
и т.д. Щелочные
элементы (
Na, K, C
a и др.) в реакции с
СО
2
образуют карбонаты, в присутствии
которых формируются легкорастворимые комплексные соединения
Sc, Y, U, Th,
Cu, Nb, Ta.
Тектонический фактор
приводит к перегруппировке элементов и их со-
единений между платформами и геосинклиналями.