Неорганическая геохимия - Хендерсон П.
Скачать (прямая ссылка):
* При термодинамическом анализе предпочтительнее использовать константу обменной реакции распределения, выраженную через активности компонентов. — Прим. ред.
5. Сведения о распределении элементов 95
(сН-$ + у=1), то валовой коэффициент распределения для некоторого элемента М равен • \ .
^ = «У+РУ + 7^'- (5.2)
Этот коэффициент характеризует разделение элемента М между кристаллизующимися твердыми фазами в целом и жидкостью.
Строго говоря, любой измеренный коэффициент применим только для систем с такими лее температурой и давлением равновесного перераспределения элемента между двумя фазами. В идеальном случае коэффициенты должны быть определены как функции температуры, давления и состава; это сделано экспериментально для ограниченного числа систем (см. ниже). Однако для большинства результатов зависимость от этих параметров определена плохо.
Для определения коэффициентов распределения анализируются сосуществующие фазы в горных породах или в искусственных системах. Они могут быть также измерены в сосуществующих парах минералов или несмешивающихся жидкостей.
5.4.2. Природные системы. Коэффициенты можно определить, анализируя минерал э и основную массу («матрицу») соответствующих изверженных пород. Считается, что стекловатая или тонкокристаллическая основная масса представляет состав того расплава, из которого предположительно равновесно кристаллизовался данный минерал Б. Анализировать фазы без разделения минералов и основной массы молено с помощью электронного микроаиализатора, но этот метод обычно применим к элементам, содержания которых в обеих фазах превышают 500 млн-1. Большинство данных к настоящему моменту получено путем определения составов отсепарированных фенокристал-лов и основной массы основных или кислых излившихся пород, Для этого используются разнообразные аналитические методы, особенно для рассеянных элементов, включая весьма чувствительные (например, нейтронно-активационный анализ).
Точность определения коэффициентов таким способом зависит не только от аналитической ошибки. Минерал невозможно полностью очистить от основной массы, и, кроме того, фенокри-сталлы могут содержать субмикроскопические включения. Трудно также оценить температуру и давление кристаллизации и определить, происходило ли образование пары минерал — основная масса -в равновесных условиях. Особая тщательность приготовления проб и анализа хорошо разделенного материала может иногда снизить эти возможные ошибки до приемлемого уровня.
В табл. 5.2а — 5.2в сведены данные по распределению, полученные при анализе сосуществующих кристаллов и основной массы. Использованы только те опубликованные статьи, которые специально посвящены определению значений коэффициен
96 Часть II
тов. Для некоторых элементов (например, для р.з.э.) имеется много опубликованных результатов, тогда как для других (например, для 1т) их очень мало или нет вообще, несмотря на относительную важность некоторых из этих элементов для геохимии. Результаты подразделены на две группы: 1) для базальтов и андезитов и 2) для риолитов и дацитов. Предварительная обработка заключалась только в отбрасывании случайных экстремальных значений. Приведены пределы изменения и средние значения, за исключением тех случаев, когда имеется всего одно или'два определения; в этих случаях они записаны в графе «Пределы изменения» табл. 5.2а — 5.2в. Ряд аспектов табл. 5.2а — 5.2в достоин внимания:
а) величины коэффициентов для различных элементов и минералов варьируют в широких пределах;
б) для отдельных минералов результаты измерений распределения любых элементов между этим минералом и основной массой могут давать большой разброс, тогда как для других получаются лучше согласующиеся значения. Некоторые случаи больших разбросов значений являются результатом аналитических ошибок, но большая их часть, вероятно, порождена зависимостью коэффициентов от Т, Р и содержаний главных элементов;
в) коэффициенты находятся в соответствии с рассмотренными выше распределениями элементов в Скергаардском интрузиве и других сериях изверженных пород;
г) для отдельных минералов коэффициенты распределения всех элементов большей частью увеличиваются в более кислых породах.
Элементы со значением &<С1 для минералов, обычно кристаллизующихся длительное время при магматическом фракционировании, называются несовместимыми, потому что они не входят в кристаллы. Примерами несовместимых элементов на ранних и средних стадиях фракционирования базальтовой магмы являются Ва, р.з.э. (исключая Ей) и и. Они обогащают поздние продукты фракционирования. Название гидромагматофильный элемент стало синонимом названия «несовместимый элемент»; оно было предложено авторами работы [400] и применялось первоначально для обозначения Та, N1), Ьа, ТЬ и Ш, которые имеют низкие коэффициенты распределения кристалл/жидкость для обычных минералов (см. также табл. 5.2а — 5.2в). Другой термин — большой литофильный ион (английское сокращение ЫЬ) —применяется по отношению к тем литофильным элементам (например, Ва, Ьа, и), ионные радиусы которых больше, чем у обычных породообразующих элементов. Таким образом, области значений терминов «несовместимые», «гидромагмато-фильные» и ЫЬ существенно перекрываются (дальнейшее обсуждение см. в гл. 6).
