Химия кремнезема - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Окремнение различных типов биогенных материалов было рассмотрено в обзоре Сивера и Скотта [278]. Обсуждаются возможные механизмы, но авторы полагают, что точно воспроизвести процесс окремнения в лабораторных условиях невозможно из-за требуемого длительного периода времени. Так, самое молодое по возрасту окремненное дерево относится к эпохе плейстоцена. Дело не только в том, насколько быстро осаждается кремнезем, но и в том, как быстро органические вещества внутри частично окремненного дерева распадаются при отсутствии в структуре микроорганизмов. Химический распад должен происходить еще до того, как образовавшиеся пустоты могут быть заполнены последующими кремнеземными отложениями. В этом случае предотвращается осаждение кремнезема в коллоидной форме (за исключением первичного этапа, когда коллоидный кремнезем может проникать в открытые поры), поскольку коллоидные частицы не могут проходить через оболочки древесных клеток. Следовательно, процесс окремнения для большей части образца включает перенос пересыщенного раствора растворимого мономера Б1(ОН)4 за счет диффузии через всю структуру. Если этот процесс происходит при обычной температуре, то концентрация кремнезема в растворе вряд ли превысит 0,02%, а скорость осаждения не будет больше чем 1 мм за 1600 лет. Поскольку скорость диффузии растворимого кремнезема, в том
Распространение, растворение и осаждение кремнезема_129
числе через микропоры, относительно велика, то это значит, что процесс осаждения кремнезема может непрерывно происходить даже в полостях, доступ в которые имеется лишь через очень небольшое число пор. Так может сформироваться плотная, почти непроницаемая масса окремненных структур дерева. Трудно себе представить, как такой процесс мог бы быть ускорен, скажем в тысячу раз, в лабораторных условиях.
Наиболее успешное моделирование процесса с целью получения дубликата окаменевшего дерева было проведено Лео и Баргхорном [279]. Они также представили исторический обзор по данной теме, начиная с попыток алхимика Бэзила Вален-тайна в 1520 г. Образец дерева кипятился в воде до удаления газов и затем поочередно погружался в отдельные герметизированные сосуды либо с водой, либо с этилортосиликатом при 70°С.
Выдерживание в каждой жидкости продолжалось от нескольких дней до месяца,-а поочередные погружения охватывали по времени период до одного года или более. Несколько раз во время погружения образца в этиловый эфир ортокремневой кислоты использовалась вакуумная обработка с целью удаления водяных паров из дерева для дальнейшего проникновения в него эфира. По мере того как этилсиликат становился вязким или мутным, его заменяли свежей жидкостью. В конце этилсиликат-ного цикла образец смачивался 0,004 %-ным раствором НЫОз, чтобы гидролизовать оставшийся сложный эфир in situ.
Такой заполненный кремнеземом образец еще содержал все исходные органические вещества, напоминая естественные образцы окаменевших деревьев в молодом геологическом возрасте. После того как органическое вещество было удалено, что подтверждалось отсутствием потемнения фрагмента дерева при погружении его в конц. H2SO4, оказалось, что отложение кремнезема точно воспроизводит исходную органическую структуру. В отличие от предыдущих этот метод дает прочное отчетливое окремнение.
Так как органические вещества могут удаляться из образца путем окисления, то вполне очевидно;- что подобное отложение может быть высокопористым. По-видимому, такой образец стал бы идеальной подлолской для дальнейшего осаждения кремнезема, а окраска небольшой примесью железа способствовала тому, что он более правдоподобно бы напоминал внешний вид природного сильно окаменевшего образца.
Дублирование тонкозернистого шерта, содержащего микроорганизмы, представляется возможным в лабораторных условиях, поскольку для такого образца расстояния, необходимые для диффузионных процессов переноса растворимого кремнезема, весьма малы. Олер и Шопф [280] приготовили образцы из
9 Заказ №. 200
ЇЗО
Глава 1
нитевидной водоросли, которые погружались в массу геля кремнезема и затем подвергались гидротермальной обработке в автоклаве при давлении 2—4 килобар и температуре 150°С в течение 2—4 недель. При этих условиях гель испытывал синере-знс до тех пор, пока не становился полностью твердым и не превращался в микрокристаллическое состояние, как это описано Олером [1646].
Скорость осаждения коллоидного кремнезема
При обработке в аппаратах горячих геотермальных рассолов встречаются случаи, когда охлаждающая жидкость осаждает кремнезем на много порядков быстрее по сравнению с осаждением молекулярного кремнезема. Такие отложения коллоидного кремнезема, без всяких исключений, являются гидратирован-ными, и несмотря на высокую твердость, имеют микропористую структуру. В таких случаях правомерно ожидать высоких скоростей наращивания отложений кремнезема, так как осаждаются частицы с молекулярными массами в тысячи единиц и диаметрами в несколько нанометров по сравнению с осаждением частиц мономерного кремнезема, состоящих из одиночных агрегатов БЮг. Кроме того, следует ожидать и увеличения пористости отложений, соответствующей промежуткам между коллоидными частицами.
