Диаграммы распределения зарядов по структурным позициям амфиболов, пироксенов и слюд, как основа согласованной системы классификаций

Никандров С.Н., Никандров А.С.

Ильменский государственный заповедник УрО РАН, nik@ilmeny.ac.ru

Минералы групп амфиболов, пироксенов и слюд, являясь одними из самых распространенных в земной коре, неизменно и постоянно привлекают к себе внимание исследователей. Причем, интерес здесь самый разносторонний. Это и изучение собственно минералов, как видов; и разработка классификационных схем для конкретных групп, как таксономических единиц в системе минералогии; и исследование особенностей состава с целью характеристики термодинамических условий образований и метаморфизма их при различных геологических реконструкциях; имеется также ряд других направлений исследований этих минералов.

Можно охарактеризовать состояние каждого из приведенных направлений в мировой науке. Здесь отметим лишь некоторые основные особенности, касающиеся вопросов классификации минералов рассматриваемых групп:

1. Для каждой из указанных систематических групп минералов специальными подкомитетами ММА разработаны классификационные схемы, рекомендованные ММА к применению (пироксены √ [1], амфиболы [3], слюды [4]).

2. Классификационные схемы ММА опираются на определенные кристаллохимические особенности соответствующих групп. В силу этого, а также в связи с тем, что они разрабатывались в разное время и разными коллективами авторов, в их основу заложены разные принципы, что делает невозможным их сопоставление и согласование.

3. Каждая из упомянутых классификационных схем ММА является более прогрессивной по сравнению с более ранними. Тем не менее, каждая из них содержит противоречия, не разрешимые в рамках тех логических конструкций, на основе которых они разработаны. Некоторые из этих противоречий носят принципиальный характер.

Известно и многократно описано совместное нахождение минералов рассматриваемых групп в различных породных комплексах и ассоциациях, в том числе так называемые ╚биопириболы╩. Анализ данных по реальным минералам этих групп в ходе практической работы осуществляется на основе классификационных схем ММА. В силу особенностей классификационных схем ММА, приведенных выше, сопоставление минералов разных групп, даже принадлежащих к одной ассоциации, в рациональных параметрах принципиально невозможно (п. 2, выше). В ряде случаев имеются трудности в корректном анализе данных по реальным минералам той или иной отдельной группы (п. 3 выше). Отметим также, что ряд ведущих исследователей осознают несовершенство классификационных схем и номенклатуры минералов ММА рассматриваемых групп, о чем свидетельствуют не прекращающиеся публикации по этой проблеме, как в российской, так и в зарубежной литературе. В частности, одна из самых последних таких публикаций, посвященная номенклатуре амфиболов: [5].

В последние годы для минералов групп амфиболов, пироксенов и слюд нами разработаны классификационные схемы, основанные, в отличие от классификационных схем ММА, на совершенно иных принципах, в которых отсутствует большинство логических противоречий, присущих схемам ММА. Нами они названы ╚матричные модели╩. Кроме того, и это принципиально важно, они основаны на единых принципах, что позволяет согласовать их в сопоставимых параметрах.

Поскольку формат настоящей работы накладывает ограничения на перечень цитированной литературы (согласно циркуляру совещания √ не более пяти наименований), то здесь мы опираемся на нашу последнюю работу [2], которая имеет сводный характер. В ней детально показаны архитектура матричных моделей групп амфиболов, пироксенов и слюд; принципы, заложенные в их основу и логика их разворачивания. Важным элементом работы [2] является обоснование принадлежности кристаллических структур этих минералов к единой гомологической серии (структуры, которые могут быть выведены из одного базисного структурного блока на основе определенного принципа его повторяемости). Кроме того, в цитируемой работе приводится библиография, включающая наши более ранние работы, а также ряд основных работ ведущих российских и зарубежных специалистов по проблеме классификации этих минералов (39 наименований).

Ключевым моментом данной разработки является отыскание такого параметра, который позволил бы поставить в рациональное соответствие друг относительно друга матричные модели всех трех групп минералов, тем самым согласовав их между собой. Для этого общие формулы рассматриваемых групп минералов, приведенные в соответствующих номенклатурных работах ММА [1, 3, 4], были определенным образом трансформированы. Формула пироксенов в [1] имеет вид М2М1Т₂О₆, упростив ее написание до вида АВТ₂О₆, как это принято во многих работах по пироксенам, и увеличив ее в четыре раза, получим итоговую формулу вида А₄В₄Т₈О₂₄. Формула амфиболов в [3] имеет вид АВ₂С^VI₅Т^IV₈О₂₂(OH)₂, сняв обозначения позиций шестерной и четверной координаций, получим итоговую формулу для амфиболов вида АВ₂С₅Т₈О₂₂(ОН)₂ (отметим, что позиция А может быть вакантной). Формула слюд в [4] имеет вид IM_2-3□_1-0T₄O₁₀(ОН)₂, упростим ее написание до вида IM₃T₄O₁₀(ОН)₂, имея в виду, что часть позиций М может быть вакантной (диоктаэдрические слюды). Увеличив эту формулу в два раза, получим итоговую формулу для слюд видаI₂M₆T₈O₂₀(ОН)₄.

В работе [2] нами показано, что позиция пироксенов, имеющая в формуле обозначение А, соответствует позиции В амфиболов и отсутствует в структуре слюд. И наоборот, позиция I в слюдах соответствует позиции А в амфиболах, а в структуре пироксенов ее нет. Позиция В пироксенов соответствует позиции С амфиболов и позиции М слюд (октаэдрическая или шестерной координации). Позиция Т во всех трех группах имеет одно значение √ тетраэдрическая или четверная координации. Также О имеет одно значение. А вот (ОН), как видно из приведенных выше формул, в пироксенах отсутствует. Все это дает нам основания для применения одинаковых символов при начертании общих формул рассматриваемых групп минералов. Взяв за основу обозначения позиций, принятые в группе амфиболов, поскольку именно в структуре этой группы представлены все позиции, получим следующий вид общих формул для них:

- для пироксенов √ В₄С₄Т₈О₂₄, суммарный катионный заряд равен +48;

- для амфиболов √ АВ₂С₅Т₈О₂₂(ОН)₂, суммарный катионный заряд равен +46;

- для слюд √ А₂С₆Т₈О₂₀(ОН)₄, суммарный катионный заряд равен +44.

Отметим, что Н⁺ в структуре амфиболов и слюд рассматривается не в сумме всех катионов, а в составе анионной группировки (ОН)^√.

Таким образом, мы получили общие формулы для минералов рассматриваемых групп, в которых использованы одинаковые символы для адекватных структурных позиций во всех группах. Уже на основании простого сравнения этих формул можно сделать определенные выводы и заметить некоторые закономерности. Например, что количество катионных позиций во всех трех группах одинаково и равно 16, другое дело, что часть из них может быть вакантна, но число их именно 16. Для настоящей работы важно, что в структурах всех трех групп присутствуют позиции С (структурный смысл одинаковый, но количество в разных группах разное) и Т (и структурный смысл и количество одинаковы для всех групп). Это позволяет использовать вариации суммарных зарядов этих позиций в качестве оснований в диаграммах распределения зарядов для каждой группы (рис.).

Структура диаграмм следующая. Вертикальное основание отражает вариации суммарного заряда позиции Т, в ней, как правило, реализуется бинарный изоморфизм Si ↔ Al, иногда в нее вводят Fe³⁺ и Ti. Горизонтальные линии в поле диаграмм √ целочисленные линии равных зарядов этой позиции. Горизонтальные основания √ вариации суммарного заряда позиции С, в которой реализуется сложный изоморфизм двух- и трехвалентных катионов (Mg, Fe²⁺, Fe³⁺, Al и др.), а также Li (K, Na и Ca в этой позиции не размещаются). Вертикальные линии в поле диаграмм √ целочисленные линии равных зарядов этой позиции. Диагональные линии в поле диаграмм √ целочисленные линии равных зарядов оставшихся катионных позиций (преимущественно в них размещаются K, Na, Ca, Li, реже другие катионы): на зарядовой диаграмме пироксенов √ В; амфиболов √ (А + В), суммарно; слюд √ А. Числовое значение данного параметра размещено справа и внизу диаграмм. Исключительно в компоновочных целях зарядовая диаграмма пироксенов с правой стороны ╚срезана╩, так как поле пироксенов жестко ограничивается суммарным зарядом позиции С +12. Заштрихованы поля: на пироксеновой диаграмме область реальных пироксенов из модельного ряда (анализ справочного материала), на амфиболовой √ область нормативных амфиболов, на слюдяной √ также область реальных слюд. Кружки в полях диаграмм означают конечные члены соответствующих групп: полностью залитые √ реальные конечные члены, зафиксированные в соответствующих номенклатурах ММА [1, 3, 4]; залитые наполовину кружки √ реально существующие минералы (имеются анализы), но в номенклатуру ММА не внесены; светлые кружки √ прогнозные конечные члены, то есть в настоящее время они неизвестны, но принципиальных запретов на их существование нет.

На рисунке зарядовые диаграммы размещены двумя сериями (диаграммы амфиболов и слюд повторяются). Горизонтальная серия (А√Б√В) имеет общим основанием вариации суммарного заряда позиции Т. Вертикальная серия (А√Б′√В′) имеет общим основанием вариации суммарного заряда позиции С.

Можно провести детальный анализ приведенных диаграмм и описать проявляющиеся особенности и закономерности, но это предмет последующих исследований. В рамках настоящей работы мы отметим лишь следующее. В зарядовой диаграмме пироксенов поле пироксенов жестко ограничено: ╚сверху╩ √ линией равных зарядов позиции Т = +32 (выше быть не может, так как иначе нужно в эту позицию вводить катионы с валентностью более +4, в реальности это пока неизвестно); ╚справа╩ √ линией равных зарядов позиции С = +12 (четыре трехвалентных катиона, в реальных пироксенах имеющийся иногда Ti, как правило компенсируется за счет смещения баланса зарядов в других катионных позициях); ╚снизу╩ √ линией равных зарядов позиции В = +8 (четыре двухвалентных катиона, катионы с большей валентностью в данной позиции не размещаются). Диаграммы же амфиболов и слюд жестко ограничены лишь частично. В амфиболовой √ линией равных зарядов позиции Т = +32, а также диагональными линиями равных зарядов позиции (А + В), суммарно: ╚сверху╩ = +2 (позиция имеет вид □R¹⁺₂) и ╚снизу╩ = +6 (позиция имеет вид R²⁺R²⁺₂). По диагонали-вниз-вправо диаграмма не ограничивается. А по диагонали-вверх-влево имеется ╚пустой╩ угол, для которого реальные амфиболы неизвестны, но не запрещены (необходимо введение в позицию С одновалентного катиона, такие амфиболы известны, но в других сериях, например ликеит, корнит и др.). То же самое для диаграммы слюд. Предельный заряд по позиции Т = +32, предельные заряды позиции А (диагонали): ╚сверху╩ = +2 (позиция имеет вид R¹⁺₂), ╚снизу╩ = +4 (позиция имеет вид R²⁺₂). Также по диагонали-вверх-влево имеется ╚пустой╩ угол, для которого реальные слюды неизвестны, но не запрещены. И также по диагонали-вниз-вправо диаграмма не ограничивается. На диаграммах амфиболов и слюд часть границ полей (заштрихованы) проведены по полуторным значениям зарядов соответствующих позиций (правило 50% ММА).

При необходимости можно выделить поле пересечения всех трех диаграмм или попарно. Но даже простым сравнением видно, что в направлении от пироксенов к слюдам поля смещаются в сторону уменьшения суммарного заряда позиции Т, а по позиции С √ в сторону увеличения. Интервал В у пироксенов шире, чем (А + В) амфиболов и еще шире, чем А слюд.

Исследования выполнены при поддержке РФФИ и Администрации Челябинской области по программе ╚Урал√Регион╩: проект ╧ 04√05√96069.

Литература

1. Моримото М., Гинзбург И.В., Зайферт Ф.А. и др. Номенклатура пироксенов // Минерал. журн. 1989. Ч. 11. ╧ 5. С. 67─83.

2. Никандров С.Н. Согласованная система классификаций основных групп породообразующих минералов (амфиболы, пироксены, слюды) в виде матричных моделей // Геология и минералогия Ильменогорского комплекса: ситуация и проблемы. Миасс: ИГЗ УрО РАН, 2006. С. 131√160.

3. Номенклатура амфиболов: доклад подкомитета по амфиболам комиссии по новым минералам и названиям минералов Международной Минералогической Ассоциации (КНМНМ ММА) // Зап. ВМО, 1997. Ч. 126. Вып. 6. С. 82─102.

4. Номенклатура слюд: заключительный доклад подкомитета по слюдам Комиссии по новым минералам и названиям минералов Международной минералогической ассоциации (КНМНМ ММА) // Зап. ВМО, 1998. Ч. 127. Вып. 5. С. 55─65.

5. Hawthorne F.C., Oberti R. On the classification of amphiboles // Canad. Miner., 2006. Vol. 44. P. 1√21.

Подрисуночная подпись: Никандровы.

Рис. Диаграммы распределения суммарных зарядов по структурным позициям в пироксенах (А), амфиболах (Б и Б′) и слюдах (В и В′).

Ряд диаграмм А√Б√В имеет общим основанием баланс зарядов позиции Т (вертикальное). Ряд диаграмм А√Б′√В′ имеет общим основанием баланс зарядов позиции С (горизонтальное).

Объяснение структуры диаграмм и расшифровка обозначений приведены в тексте.

зеркало на сайте "Все о геологии"