|
Е.Н. Граменицкий, Т.И.Щекина, В.Н.Девятова.
Содержание
5.1. Некоторые методические вопросы
В петрологии принято разделять эксперименты на <моделирующие> и <строгие исследования в определенной химической системе> . Среди экспериментаторов - петрологов и геохимиков - есть сторонники как первого, так и второго направления.
Моделирование процессов с использованием природных горных пород и минералов вполне правомерно. С использованием этого метода получены результаты, имеющие огромное значение. Достаточно назвать работы по растворимости воды в магмах, влияние воды и фтора на смещение котектических линий и гранитного минимума, по изучению субликвидусных отношений магматических пород, моделированию процессов метасоматоза и многие другие. Достоинством метода является использование природных минералов и горных пород в качестве исходных для опытов со всеми дефектами и примесями, которые встречаются в природе. Однако результаты опытов с природной горной породой имеют ограниченное применение, касающееся именно этой породы.
Второй путь часто представляют более академичным и чересчур <химическим>. Тем не менее, успехов, имеющих общее значение для петрологии и геохимии, этим методом получено не меньше. Изучение упрощенной химической системы позволяет получать общие закономерности. В частности, результаты исследования модельной гранитной и нефелин-сиенитовой систем показывают его плодотворность и возможность применимости к более широкому кругу объектов. Именно благодаря изучению этой системы были в свое время решены самые фундаментальные проблемы образования гранитов. Нами сознательно выбран именно этот путь. Большинство полученных результатов не могли быть получены методом моделирования.
В литературе обсуждается применимость экспериментальных данных о распределении компонентов между фазами к природным явлениям. С помощью электронного зонда, предел определения которого для большинства элементов составляет 0,03-0,05%, возможно изучение распределения редких элементов при их содержаниях в исходной навеске не менее 1% (" percent doping level ") [ McKay, 1989 ]. Вопрос ставится так: применимы ли полученные таким образом данные к распределению редких элементов, содержания которых в породообразующих минералах и горных породах измеряются десятками г/т или меньше? В каком диапазоне концентраций действителен закон Генри о постоянстве коэффициента разделения? Наши экспериментальные данные, полученные для разделения между алюмосиликатным расплавом и криолитом или алюмофторидным расплавом вольфрама, тантала, ниобия, циркония, гафния, скандия, иттрия, лантана, европия для разных исходных составов, дают положительный ответ на первый вопрос.
 |
| Рис. 66. Соответствие закону Генри экспериментальных данных для лантана, европия и
иттрия в равновесии алюмосиликатный расплав - криолит |
Для редкоземельных элементов были выполнены [ Mysen, 1976; Seitz, 1974] специальные прецизионные исследования распределения радиоизотопа самария Sm 151 методом радиографии, которые показали, что закон Генри выполняется до концентраций, при которых происходит насыщение одной из фаз. Нами для 3-4 исходных концентраций выполнение закона показано для лантана, европия и иттрия в диапазоне от первых сотых долей % до 1,3% в фазах (рис. 66).
Соответствие распределения скандия закону Генри проверяли в калиево-натриевой части системы. До 1,5% скандия в исходной навеске коэффициент разделения алюмосиликатный расплав / криолит практически постоянный (около 0,16). Его значение несколько снижается для 2% Sc, что, однако, может быть связано с ошибками определения. В пределах ошибки не меняются коэффициенты разделения в равновесии нефелин-нормативного (исходные составы N 25 и 49) расплава с криолитом в зависимости от валовой концентрации скандия. Также в пределах ошибки определения постоянны коэффициенты его разделения (0,020-0,040) в литийсодержащих частях системы при различной степени замены калия или натрия на литий (ср. опыты 284 и 71 или 257 и 285 в таблице 3).
Распределение кальция и стронция между алюмосиликатным стеклом и криолитом, соответствует закону Генри. Это подтвердилось для большинства частей системы. Для указанных элементов установлена линейная зависимость концентраций в сосуществующих фазах вплоть до достижения насыщения одной из фаз. Данные для нескольких содержаний аппроксимируются уравнением прямой, проходящей через начало координат.
Закон Генри выполнялся в большинстве составов системы для тория и в литиевых частях для урана.
Подробно изучался рассматриваемый вопрос для вольфрама (Граменицкий и др., 1995). С помощью статистического анализа показано, что содержания вольфрама в алюмосиликатной фазе и криолите дают линейную зависимость для натриевой, натриево-калиевой и калиевой частей системы с достоверностью 0,95. Фигуративные точки ложатся на прямые, проходящие через начало координат.
Неприменимость закона Генри к нашим данным о разделении лития является кажущимся. Изменение коэффициента разделения силикатный расплав/фторидная фаза на порядок связано с изменением агрегатного состояния фторидной фазы: образованием кристаллического криолита при низких содержаниях лития и фторидного расплава - при высоких. Это подробно обосновано в разделах 3.3 и 4.1 с использованием различной аргументации, в том числе анализа литературных экспериментальных данных по системам фторидов.
Важный вопрос о критериях различия равновесных в условиях опытов и закалочных фаз подробно рассмотрен в главе 2, а проблема установления агрегатного состояния фторидов во время заданных условий эксперимента - в главе 3. По крайней мере, часть выдвинутых критериев являются оригинальными. Насколько нам известно, не применялся раньше метод диагностики и примерного определения состава фаз , размер выделений которых меньше диаметра электронного зонда. В этих случаях в зону возбуждения характеристического рентгеновского излучения попадает фаза, цементирующая изучаемые зерна. Обработка результатов анализов, характеризующих состав смеси фаз с использованием различных барицентрических диаграмм позволяет решить указанные вопросы. Несколько анализов, выполненных на микроанализаторе с захватом вмещающей фазы, дают на подобных диаграммах тренды фигуративных точек состава, направленных в сторону точки изучаемого минерала с микронным или даже субмикронным размером выделений. Примеры приведены в главах 2 и 3 (см. рис. 3, 4, 5 и 10). Рассмотренные принципы и приемы могут представить интерес для экспериментаторов.
Назад Содержание Вперед
|
