СТРУКТУРНАЯ МИНЕРАЛОГИЯ СИЛИКАТОВ

Введение

XX век ознаменован крупнейшими достижениями в минералогии, с которыми, несомненно, связано развитие многих важнейших направлений в науках о Земле. Определение атомных структур минералов существенно расширило научные представления о принципах строения и образования кристаллических веществ, подходах к их систематике, природе их физических свойств, составе земных оболочек, а также о закономерностях сочетаний и формах концентраций содержащихся в них химических элементов. Среди более 10 млн химических соединений число минеральных видов относительно невелико: к середине 90-х годов установлено лишь около 3600 минералов несмотря на применение в
последние десятилетия мощной лабораторной техники, которая позволяет находить и определять химический состав частиц, измеряемых тысячными долями миллиметра.

Ограниченность количества минеральных видов становится особенно очевидной в сравнении с числом возможных сочетаний почти из 90 химических элементов, стабильно существующих в природе. В.М. Гольдшмидтом, В.С. Соболевым, В.С. Урусовым и другими исследователями отмечено, что физико-химическая устойчивость минерала имеет кристаллохимическую природу (правило максимальной полярности химической связи): стабильными оказываются либо наиболее ковалентные сочетания химических элементов (разность электроотрицательностей минимальна), либо наиболее ионные (разность электроотрицательностей максимальна). Другим важнейшим фактором, ограничивающим число минеральных видов, является изоморфизм, то есть способность атомов разных химических элементов замещать друг друга в одних и тех же позициях кристаллической структуры. Главные условия изоморфизма - близость размеров атомов или ионов и близость их химических свойств (например, электроотрицательностей). Изоморфизм приводит к тому, что почти третья часть всех стабильных химических элементов (Rb, Hf, Ge, Ga, Sc и др.) в результате наличия более распространенного "идеального" изоморфного парт-
нера либо вообще не образует соответствующих минеральных фаз, либо создает очень редкие минералы, встречающиеся лишь в специфических
геохимических условиях.

Симметрийная статистика минералов

Изучение кристаллических структур позволило оценить распределение минеральных видов в зависимости от их симметрии (табл.1). Среди кристаллохимических факторов, влияющих на симметрийную характеристику минерала, выделяется ее связь с химическим составом. Степень симметричности кристалла уменьшается с ростом относительной сложности его состава (закон Федорова-Грота).

В симметрии некоторых групп минералов проявляются специфические конфигурационные особенности слагающих их атомных группировок. Например, среди карбонатов относительно большая распространенность минералов тригональной и гексагональной сингонии связана с треугольной формой иона СО₃. В целом симметрийная статистика минералов показывает, что на долю представителей низшей категории (триклинных, моноклинных и ромбических) приходится более 60%. Это подтверждает вывод о том, что при обычных температурах и давлениях преимущественно образуются минералы с низкосимметричными структурами. Обширные экспериментальные исследования превращений низкосимметричных минеральных фаз земной коры (ромбических оливинов, ромбических и моноклинных пироксенов и амфиболов, моноклинных и триклинных полевых шпатов) показали, что в условиях верхней мантии и переходного слоя они превращаются в более симметричные и более плотноупакованные кубические шпинели, гранаты, периклаз, гексагональные типа ильменита и корунда, а также тетрагональный стишовит. Эти наблюдения позволили В.В. Доливо-Добровольскому выделить последовательность кристаллических оболочек с повышением симметрии от поверхности в недра Земли: триклинной (внешней), включающей гранитно-метаморфический слой с преобладанием полевых шпатов; моноклинной, охватывающей гранулит-базальтовый слой с клинопироксенами в качестве главных минеральных фаз; ромбической, соответствующей верхней мантии, где основным породообразующим минералом является оливин; кубической, в пределах которой находятся переходный слой и нижняя мантия, содержащие силикатные шпинели, перовскит и периклаз.

Cледующая страница