Катионный обмен как важнейший фактор,
влияющий на химический состав шабазита в щелочных массивах

Ловская Е.В.

Геологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, кафедра минералогии

Минералы серии шабазита √ самые распространенные в природе крупнопористые цеолиты. Наиболее широким разнообразием катионного состава отличается шабазит из щелочных массивов, где он образуется, зачастую в больших количествах, на заключительных стадиях гидротермального процесса. Здесь известны все представители серии: шабазит-Ca, шабазит-Na, шабазит-K и шабазит-Sr. Подавляющее большинство шабазитов, встреченных в кольских щелочных массивах (Хибины, Ловозеро, Ковдор, Африканда, Курга), можно разделить на две группы по составу: 1) шабазит-К с подчиненным количеством Ca; 2) шабазит-Са с высоким содержанием Sr при низком √ K. Здесь не встречено обычного для объектов других генетических типов шабазита-Ca с резким преобладанием Ca над остальными внекаркасными катионами. Шабазиты из кольских щелочных комплексов, даже из гидротермалитов гипернатриевых пород Ловозера, в целом бедны Na. В Сент-Илере (Канада) и Илимаусаке (Гренландия), наоборот, наиболее распространен шабазит-Na (Пеков и др., 2004). Очень большие количества шабазита связаны со специфическими высококальциевыми поздними гидротермалитами, приуроченными к апатитоносному комплексу мельтейгит-уртитов Хибинского массива. Здесь это практически только шабазит-К (Ловская и др., 2002).

Несоответствие состава шабазита кольских щелочных массивов химизму вмещающих образований заставило предположить, что минерал мог быть изменен посткристаллизационными процессами и побудило поставить эксперименты по ионному обмену, чтобы попытаться изучить закономерности этих явлений. Исходным материалом послужили зерна шабазита-Na размером 1 √ 3 мм из полостей в базальтах Сибирской платформы (проявление Букан). Их первоначальный состав (мас. %): Na₂O 7.3, K₂O 0.8, CaO 6.5, SrO 0.3, BaO 0.1, Al₂O₃ 16.3, SiO₂ 41.1. Зерна были на 1.5 месяца помещены при комнатных условиях в водные 1Н растворы NaCl, KCl, CaCl₂, SrCl₂, BaCl₂ . Другая серия зерен была помещена в комбинированные растворы, полученные смешиванием одинаковых объемов растворов хлоридов Na, K, Ca, Sr, Ba; в экспериментах участвовали следующие комбинации: NaK, KBa, CaSrBa, CaSr, NaKCaSrBa. После опытов катионный состав зерен изучался в срезах электронно-зондовым методом (содержания компонентов ниже приведены в мас.% Na₂O, K₂O, CaO, SrO, BaO; в кавычки взяты названия растворов, данные по катионам). В результате выявлен ряд закономерностей поведения катионов при обмене в холодных растворах.

Натрий является наиболее легко выщелачиваемым компонентом. После пребывания в любом из растворов (кроме раствора ╚Na╩, где шабазит ╚добирает╩ некоторое количество этого элемента √ до 10.2%), содержания Na понижаются, иногда до полного отсутствия. Даже в растворе ╚NaK╩ шабазит поглощает только К, содержание которого возрастает до  19%, а количество Na понижается до 1.5%. Содержание калия в шабазите существенно повышается во всех случаях, когда этот элемент присутствует в растворе: как в ╚K╩ (до 20.8%), так и в любых смесях (до 20.4%). После опытов в комбинированных растворах содержание К в шабазите оказывается возросшим даже в тех участках, где количества Ca, Sr и Ba не изменились. K в первую очередь вытесняет Na, и более слабо √ Са. Исходный кальций достаточно прочно удерживается шабазитом. Он не вытесняется натрием и почти не вытесняется стронцием, а лишь барием и в меньшей степени калием: только когда уже вытеснен весь Na, содержание Са падает (до 2.4%). Дополнительные количества Ca в смешанных растворах в шабазит не входят. Из двухвалентных катионов в шабазит наиболее активно входит барий (до 12% в растворе ╚Ва╩), в первую очередь вытесняющий Ca. В растворе ╚КВа╩ в шабазит входит много К (до 13%) и меньше Ba (5%). Стронций в ощутимых количествах входит в шабазит только в растворе ╚Sr╩ (до 7%), а после опытов со смешанными растворами содержание Sr в зернах не превышает 0.9%. Таким образом схема ╚предпочтений╩ шабазита в при катионообмене в холодных водных растворах (эквивалент гипергенных условий) выглядит так: K>>Ba>Sr>Na>Ca. Насыщение минерала K происходит по всему объему зерен, а Ba и Sr √ в основном вдоль трещин.

Полученные данные позволяют сделать некоторые генетические выводы. Так, шабазит-Na в гипергенных условиях может сохраняться лишь в том случае, если он не подвергался воздействию растворов, обогащенных K, Ca, Sr или Ba. Появление шабазита-K ионообменным путем из любого другого шабазита очень вероятно, в отличие от шабазита-Ca. Если шабазит-Ca первичен, то он может сохраниться неизменным, лишь если ╚омывающие╩ его растворы не насыщены K (или Ba). Обогащение шабазита Sr или Ba при гипергенезе маловероятно, т.к. для этого необходимы растворы с повышенными содержаниями этих элементов относительно K и Са. ╚Инертным╩ поведением Ca при ионообмене может быть обусловлено его присутствие во всех образцах шабазита из щелочных комплексов (см. Пеков и др., 2004). Результаты опытов хорошо объясняют и низкое содержание Na в шабазитах Хибин и Ловозера: при масштабных процессах изменения нефелина и калиевого полевого шпата, происходивших в этих огромных массивах, высвобождалось большое количество K, обогатившего поздние растворы и, вероятно, вытеснившего Na (и часть Ca) из шабазита. В Сент-Илере и Илимаусаке, где следов действия таких процессов не зафиксировано, сохранился шабазит-Na.

Таким образом, полученные в экспериментах данные подтверждают сделанные нами ранее предположения (Пеков и др., 2004) о важной роли природного ионообмена в системах с цеолитами и объясняют многие казавшиеся парадоксальными особенности состава шабазита из щелочных комплексов, показывая, что даже на гипергенной стадии катионный состав этого минерала может кардинально измениться.