Неорганическая геохимия - Хендерсон П.
Скачать (прямая ссылка):
Уравнение (7.55) описывает основные свойства катионной упорядоченности в ортопироксенах как функцию температуры. Катионная упорядоченность в некоторых других силикатных и несиликатных минеральных сериях — твердых растворах может соответствовать модели регулярного раствора, однако другие минералы могут соответствовать другим моделям растворов. (Некоторые из этих моделей описаны в работе [152].)
7.5. Распределение элементов между фазами. 7.5.1. Распределение главных элементов. Распределение элементов между сосуществующими минералами соответствует тем же общим принципам, что и распределение элементов по структурным позициям в одном минерале, но ситуация может усложняться из
176 Часть II
за сравнительно большего числа различных типов позиций в системе. Многие исследования распределения элементов были направлены на практическое применение его для геотермометрии и геобарометрии. Некоторые из результатов описаны в следующем разделе. Только в немногих работах были обнаружены минеральные пары, в которых распределение элементов нечувствительно к влиянию температуры (или давления). Таким оказалось распределение Ре и между оливином и ортопироксеном (рис. 7.4), которое остается п р а кт 11 ч е ск и и о сто я н и ы м между 900 и 1300 °С. Наблюдаемое распределение может соответствовать модели, включающей идеальную однопозиционную фазу (оливин, в котором М1 рассматривается как эквивалентная М2) и двухпозици-онную фазу (ортопироксен), в которой между позициями наблюдаются соотношения идеального раствора [260]. Эта идеальность в смешении катионов в орто-пнроксепах не противоречит данным, описанным в разд. 7.3.2, где для температур смешения ниже 900 °С применяется модель регулярного раствора. В системах с сосуществующими минералами, для которых экспериментально установлено, что распределение элементов нечувствительно к температуре и давлению, и известны параметры распределения, его можно использовать как индикатор достижения химического равновесия между двумя минералами.
7.5.2. Распределение микроэлементов. Поскольку строгое термодинамическое определение понятия «микроэлемент» отсутствует, мы примем обычную практику отнесения к этой категории.тех элементов, содержание которых в породообразующей системе'ниже примерно 0,1 вес. %. Обычно эти элементы распределены на уровне следов между различными фазами системы и редко являются заметными составляющими какого-либо минерала.
о о,г 0,4 0,6 0,8 1,0
Рис. 7.4. Распределение магния между оливином и ортопироксеном. Сплошная линия —- теоретическое распределение при 900 °С, точно совпадающее с экспериментально определенным распределением (непока-занным) [260].
7. Термодинамический контроль распределения элементов 177
Когда раствор существенно разбавлен по отношению к некоторому растворенному компоненту, поведение этого компонента подчиняется закону Генри:
а1~кьх1 при хх -^ 0 при постоянных Т и Р, (7.17)
где /г/, —константа Генри (разд. 7.2.3). В последние годы было выполнено много экспериментальных работ, посвященных вопросу о том, насколько строго соблюдается закон Генри для микроэлементов в силикатных системах. Однако, к сожалению,
20
¦ I ¦ г I -[ ГГТТ]—1 ГТТГПТ|—г ТТТТПТ] т—пггттт ПГТТГГПУ
1300°С
Майсен, 1979
К00°С
I | И NI I I I I |[|||_I, I, I ,1 1111,1_I......И11|[-1.......I... I I 1.М)1
10<
10°
N'1 в ал и ей не, мл И
РИС. 7.5. Коэффициент распределения N1 (оливин/синтетический расплав, Дт0'7*) как функция концентрации № в оливине [92]. Экспериментальное определение Дрейка и Холлоуэя [92] для двух синтетических систем. В обеих системах распределение не зависит от концентрации. Пунктирная линия показывает изменение коэффициента распределения по измерениям Майсена [274]. Обсуждение см. в тексте.
некоторые данные оказались противоречивыми и вызвали споры, не решенные до сих пор [272, 91, 274, 92]. Например, экспериментальные результаты Майсена {274] показывают, что строгое подчинение закону Генри в распределении-№ ,между оливином и силикатным расплавом (рис. 7.5) наблюдается только при концентрациях. N1 в оливине ниже примерно 1000 млн"1. Дрейк и Холлоуэй ,[92] не смогли повторить результаты Майсена. Вместо этого они показали, что закон соблюдается при всех изученных концентрациях в интервале от 10 до 60 000 млн-1 N1 в оливине (рис. 7.5). Это особенно подчеркивает важное значение надежности экспериментального метода [91]. Возможно, отклонения от закона Генри могут возникать-при крайне низких содержаниях микроэлемента- из-за
12-389
178 Часть II
вероятного существования дефектных позиций, связанных, например, со структурными дислокациями или прорастанием минералов, что ведет к «аномальному» поведению элементов. Число позиций в дефектах структуры относительно мало, и поэтому быстро наступает их насыщение атомами микроэлементов [283]. Таким способом было интерпретировано поведение самария, перераспределяющегося между синтетическим гранатом и жидкостью (рис. 7.6) [445, 163].
