Неорганическая геохимия - Хендерсон П.
Скачать (прямая ссылка):
ТТТ-график (для постоянного охлаждения) может быть использован для предсказания поведения минерала при различных скоростях охлаждения. На рис. 8.17 показаны четыре кривые охлаждения. При малой скорости охлаждения гомогенное зародышеобразоваиие фазы распада может быть предпочтительнее, чем спинодальный распад. Можно видеть, что фаза распада выделяется почти полностью за относительно короткий про
* Границы фазового перехода на ТТТ-графике, построенные по изотермическим экспериментам, могут немного отличаться по своему положению от границ, построенных по данным опытов с постоянным охлаждением.
lq времени
Рис. 8.17. ТТТ-диаграмма. Эффективные кривые начала (1%) и конца (99%) спинодаль-ного распада и гомогенного зародышеоб-разоваиия для гипотетической системы. Четыре кривые охлаждения показывают влияние, которое оказывают различные скорости охлаждения на действие различных процессов кристаллизации.
214 Часть II
межуток времени. Если охлаждение быстрое, будет идти спи-нодальный распад, и, возможно, фаза распада не выделится полностью, если скорость охлаждения достаточно велика. На этой диаграмме особенно хорошо видно, что спинодальный распад менее зависим от диффузии элементов и может происходить-поэтому при более низкой температуре, чем гомогенное или гетерогенное зародышеобразоваиие. Гетерогенное зародышеобразоваиие не показано на ТТТ-графике (рис. 8.17), потому что оно не является воспроизводимым процессом в координатах температура— время. Его поле заняло бы положение в области более высоких температур и меньшего времени, чем поле гомогенного' зародышеобразования.
Для минеральных фаз имеется очень небольшое число экспериментально построенных ТТТ-диаграмм фазовых превращений. Хороший пример такой диаграммы — спинодальный распад щелочных полевых шпатов '[296]!. Пример выделения камасита при распаде тэнита, использованный для определения скорости охлаждения некоторых железокаменных и железных метеоритов, описан в гл. 1.
8.4.3. Полиморфные превращения. Фазовые переходы, заключающиеся в изменении кристаллической структуры без существенной потери или накопления химических компонентов,, имеют большое значение в петрологии метаморфических пород для определения давлений и температур образования пород. Полиморфные переходы, обычные в геологии, такие, как арагонит— кальцит или кианит — андалузит — силлиманит, редко сопровождаются значительными изменениями распределения следовых или малых элементов, хотя некоторые полиморфные модификации изредка содержат больше микроэлементов, чем другие. Например, Сг иногда присутствует в умеренных количествах в кианите, но не в андалузите.
Микрокомпоненты, по-видимому, не оказывают большого влияния на скорость переходов. Арагонит может метастабильно существовать при низких давлениях независимо от того, насколько он чист от примесей, однако присутствие водной фазы может облегчить полиморфный переход. Прежние указания, что примесь Бг препятствует полиморфному переходу, не подтвердились.
8.4.4. Метаморфизм в закрытой системе. Метаморфизм — это «минералогический и структурный отклик пород на наложение условий, по температуре и давлению отличных от тех, при которых они образовались» ([401], с. 2). Термин «метаморфизм в закрытой системе» использован здесь для описания процессов превращений пород, которые происходят без привноса или выноса химических компонентов из системы.
8. Кинетический контроль распределения элементов 215
До сих пор в разд. 8.4 мы разбирали превращения индивидуальных минералов. Исходные магматические и осадочные породы состоят из минеральных зерен разного состава, в них возможно присутствие межзерновых флюидов, поэтому метаморфизм может включать в себя дополнительные механизмы фазовых превращений. Исследования этих механизмов, а также скоростей фазовых превращений могут дать нам ключ к пониманию метаморфической истории толщ даже для таких систем, где термодинамическое равновесие либо не достигалось, либо впоследствии было разрушено.
Диффузия, несомненно, играет важную роль в образовании метаморфических пород даже в тех случаях, когда происходят простые с виду полиморфные превращения. Иногда в породах, лежащих на некоторой изограде, могут сосуществовать две полиморфные модификации одинакового состава, но не в непосредственном контакте одна с другой. Возможно, образование одной из полиморфных модификаций на этой изограде включает несколько реагирующих веществ и стадий реакции и не является простым результатом структурного преобразования. Например, было показано ;[53], что в некоторых глинистых сланцах образование силлиманита за счет кианита могло идти по двухступенчатой реакции с мусковитом в качестве промежуточного продукта:
3 кианит + 3 кварц-|-2К+-)-ЗИ20 ¦¦<............>¦ 2 мусковит + 2Н+,
2 мусковит + 2Н+ <-., >¦ 3 силлиманит 4-3- кварц -|- 2К+ -]- ЗН20.
Часто кианит в этих породах оторочен мусковитом. Хотя в этой реакции можно предполагать и другие пропорции участвующих веществ, ее основное значение заключается в том, что силлиманит развивается после дискретного зародышеобразова-ния при участии переноса химических веществ (например, К+) на короткие расстояния в породе. Образование силлиманита по такой реакции, по-видимому, имеет более низкую энергию активации, чем прямая инверсия кианита. Если предполагаемые реакции, в которых межзерновая вода оказывается необходимым компонентом, записаны правильно, то в полностью сухих системах такая реакция не пойдет.
