Неорганическая геохимия - Хендерсон П.
Скачать (прямая ссылка):
6. Структурный контроль распределения элементов 121
сятых процента хлора, но этот элемент может теряться при кристаллизации, потому что в присутствии фтора он не входит в водосодержащие минералы [56]. Было высказано предположение [121], что поскольку хлор имеет сильное сродство к сосуществующей с магмой водной фазе, он будет концентрироваться в тех водосодержащих минералах, которые при дифференциации магмы выделяются первыми, тогда как фтор благодаря его сильному сродству к расплаву будет обогащать поздние водосодержащие минералы. Ввиду сильного предпочтения хлором водной фазы маловероятно, чтобы он в силикатных расплавах выступал как деполимеризующий агент. Этим он сильно отличается от фтора, ионы которого могут разъединять мо-стиковые кислороды в сетке и тем самым снижать вязкость расплава [322]:
=51—0—31= + Р~ ч==^ =31—О" + Р—31=. (6.7)
Хлор может быть связан с натрием или другим каким-нибудь сеткомодификатором. т
В обзоре, посвященном фтору в гранитных породах '[15], отмечаются большие различия в содержании этого элемента даже в породах весьма близких типов. Очевидная неспособность силикатного расплава удерживать хлор, а на заключительных г;адиях кристаллизации, возможно, и часть фтора имеет важное значение для процессов метасоматоза и гидротермального рудообразования.
Данные по растворимости серы (в виде элементарной серы, сульфидов или сульфатов) в магмах или силикатных шлаках более обширны. Концентрация серы в природных базальтовых расплавах обычно не превышает 0,1%. Результаты исследования шлаков |[322] наводят на мысль, что сера в них присутствует в виде сульфида, поскольку элементарная сера нерастворима. Однако при увеличении парциального давления кислорода в расплаве количество «сульфидной серы» уменьшается за счет ее превращения в «сульфатную». Изучение растворимости серы в базальтовой магме (при 1 атм) показало |[210], что при парциальном давлении кислорода ниже 10~8 атм большая часть серы присутствует в сульфидной форме, а выше Ю-8 атм —в виде растворенного сульфата (табл. 6.3). При увеличении температуры растворимость серы увеличивается при постоянных парциальных давлениях кислорода и серы.
Кроме того, увеличение растворимости сульфидной серы при увеличении в расплаве кремнезема содержания металла позволяет предположить, что сера находится в координации с катионами металлов, но не с атомами кислорода, принадлежащими тетраэдрам 3104. Это соображение подчеркнуто в работе [169], где было показано, что при увеличении в базальтовой магме содержания РеО в четыре раза (с 5 до 20 вес. %) макси
122 Часть II
Таблица 6.3. Содержание сульфидной и сульфатной серы в толеитовом базальте при 1250 °С, давлении 1 атм и 2,1% 502
Б, пес. %
общее содержание сульфидная сульфатная
14,0 3.65 0,0 »6 0,001 0.006
10,5 5,38 0,003 0,001 0,01)3
7,7 6,79 0,001 о,о:я 0,031
8.4 8.97 0,009 0,008 0,001
3,0 10,56 0,022 0,022 0,001
4,0 12,20 0,11 0,11 0,001
мальная растворимость серы также увеличилась в четыре раза (с 0,05 до 0,2 вес. %). Весьма вероятно, что сера находится в координации с железом.
6.3.5. Полимерные модели. Рассмотрим, в какой мере удается качественно описать силикатный расплав, представляя его как смесь полимерных ячеек или блоков (состоящих преимущественно из атомов кремния и кислорода), других катионов (способных видоизменять полимеры) и свободных ионов кислорода. Для этого хорошо было бы иметь сведения о размерах полимерных блоков, их пространственном расположении и характере взаимодействия между ними и сеткомодификаторамн. Прямых экспериментальных путей определения соотношений полимерных блоков различного размера или степени полимеризации этих блоков не существует. Приведенные выше некоторые косвенные соображения позволяют нам выделить два крайних по составу случая и рассматривать один из них -расплав чистого кремнезема — как единый полимерный каркас с бесконечной степенью полимеризации, а другой — расплав оливина—как не содержащий никаких других полимеров, кроме мономера БЮ.}4-. Между этими двумя крайними случаями мы вправе ожидать существования блоков с различной степенью полимеризации и в разных соотношениях. Одним из способов оценки структурной природы силикатных расплавов является применение к ним теоретических аспектов химии полимеров [112] в сочетании с термодинамическим описанием обычных равновесных реакций [397]. Такое приближение позволяет получить информацию о длине и весе молекулярных цепей, вязкости и активностях ионных частиц в относительно простых расплавах (в двойных или тройных системах). Однако при этом мы ничего не узнаем о природе свободных или занятых катмон-ных позиций в расплаве. Для того чтобы получить эти сведения, необходимо обратиться к другим теоретическим и экспериментальным методам. В этом разделе кратко анализируются результаты приложения к силикатным расплавам модели по
6. Структурный контроль распределения элементов 123
лимерного строения, а закономерности распределения катионов по координационным позициям рассматриваются в следующем разделе.
