Неорганическая геохимия - Хендерсон П.
Скачать (прямая ссылка):
Рекомендуемая дополнительная литература
В приложении VII перечислено много работ, посвященных обзору геохимических данных. Две из них являются, вероятно, наилучшими источниками сведений как самые современные сводки:
Handbook of Geochemistry, ed. К. H. Wedepohl (1969 to 1978), 2 тома, том II в 5-ти частях. Том I содержит 12 различных по тематике глав, в том числе по составу и распространенности обычных пород; том II посвящен химическим элементам.
Data of Geochemistry, ed. M. Fleischer (начиная с 1962 г. до сих пор в производстве). Отдельные главы, посвященные различным геохимическим вопросам, а также компилятивные разделы. См. приложение VII, где приведен список опубликованных глав.
6. Струшур 11ын контроль распределения элементов 107
6. Структурный контроль распределения элементов
6.1. Введение. Процессы химического фракционирования в кристаллизующейся магме независимо от условий —равновесных или неравновесных в сочетании с противоположными процессами частичного плавления материнских горных пород приводят к большому разнообразию составов магм и широкому фракционированию большого числа элементов. Метаморфизм не может вызвать такого же широкомасштабного фракционирования, как магматические процессы, однако он может существенно перераспределять элементы в пределах небольших объемов горных пород в результате роста новых минералов или перекристаллизации. Для объяснения наблюдаемых фактов, приведенных в предыдущей главе, необходимо рассмотреть то контролирующее влияние, которое оказывают на распределение элементов в изверженных и метаморфических породах структуры расплавов и твердых фаз. Молекулярная структура представляет собой упаковку и взаимное расположение атомов в химическом соединении, и наиболее важное влияние на них оказывает такой параметр, как размер или размеры входящих в соединение атомов. Однако к факторам, приводящим к упорядочиванию кристаллической структуры, следует отнести также природу химической связи между атомами. В ионных твердых телах важное значение имеют заряды ионов, так как их взаимная локальная нейтрализация в кристалле и эффекты отталкивания между катионами или между анионами помогают определить расположение в решетке ионов с одинаковым знаком заряда. В твердых телах с ковалентной связью важным фактором является геометрическая конфигурация локализованного в пространстве распределения обобщенных между атомами электронов.
- При кристаллизации происходит обмен элементами между жидкой и твердой фазами или между твердыми фазами и, следовательно, возрастание или изменение химической стабильности при переходе любого элемента из одной фазы в другую. Степень этого энергетического изменения отчасти определяется характером структуры кристаллического вещества. Данная глава открывается кратким обсуждением (с привлечением некоторых характерных примеров) типов кристаллических структур, широко распространенных в минеральном царстве. Далее приводится обзор тех аспектов свойств и структурных форм расплавов, которые относятся к геохимии. В конце главы рассмотрены характеристики элементов (а именно, их размер и тип химической связи в данном химическом соединении), влияю
108 Часть II
щие на распределение элементов между минералами с различными структурами или между минералами и расплавами.
6.2. Кристаллическая структура. 6.2.1. Введение. Химические составы коры и мантии Земли таковы, что среди слагающих их соединений наиболее распространены силикаты (см. гл. 4). Многие минералы имеют сложную структуру, главные Характеристики которой определяются в основном типом соединения кремнекислородных тетраэдров. Различия в степени связи приводят к различным структурным типам, от структур с изолированными кремнекислородными тетраэдрами (как в оливине, (Мо;, ре)28Ю4, где ионы М?2+ и Ре2+ расположены так, что локально нейтрализуют отрицательный заряд (4—) каждой отдельной группы 8Ю4) через структуры, в которых тетраэдры объединены в цепочки (как в двух больших минеральных группах — пироксенах и амфиболах) или слои (как в слюдах) до каркасных структур, присущих полевым шпатам и фельдшпатоидам. В силикатах с каркасной структурой тетраэдры ЗЮ4 или (81, А1)04 соединены между собой путем обобществления атомов кислорода во всех направлениях.
В большинстве природных силикатов связь между кислородом 8Ю4-тетраэдров и элементами вне этих тетраэдров преимущественно ионная, однако большое число возможных координационных многогранников с различными катионами (см. табл. 6.1) обусловливает широкое разнообразие структур. Существование этих различных координационных структур является одним из главных факторов, предопределяющих значительное фракционирование элементов в геохимических процессах. Кроме того, через весь ряд минеральных групп, включающий окислы, сульфиды, самородные металлы, карбонаты и си
Таблица 6.1. Примеры координационных чисел катионов (отличных от Б1) н силикатных минералах или минеральных группах
Минерал Формула Координационное
число катиона
Оливии (Щ, Ре)28Ю4 0
