Плагиоклаз ( / ˈ p l æ dʒ ( i ) ə ˌ k l eɪ s , ˈ p l eɪ dʒ -, - ˌ k l eɪ z / PLAJ -(ee)-ə-klayss, PLAYJ -, -klayz ) [4] представляет собой ряд тектосиликатных (каркасных силикатных) минералов в группе полевых шпатов . Вместо того чтобы ссылаться на конкретный минерал с определенным химическим составом, плагиоклаз представляет собой непрерывный ряд твердых растворов , более правильно известный как ряд полевых шпатов плагиоклаза . Это было впервые показано немецким минералогом Иоганном Фридрихом Христианом Гесселем (1796–1872) в 1826 году . Серия простирается от альбита до анортита (с соответствующими составами NaAlSi 3 O 8 до CaAl 2 Si 2 O 8 ), где атомы натрия и кальция могут замещать друг друга в структуре кристаллической решетки минерала . Плагиоклаз в образцах часто идентифицируется по его полисинтетическому двойникованию кристаллов или эффекту « записываемой канавки».
Плагиоклаз является основным составляющим минералом в земной коре и, следовательно, является важным диагностическим инструментом в петрологии для определения состава, происхождения и эволюции магматических пород . Плагиоклаз также является основным составляющим горных пород в высокогорьях Луны . Анализ спектров теплового излучения с поверхности Марса показывает, что плагиоклаз является наиболее распространенным минералом в коре Марса. [5]
Его название происходит от древнегреческих слов πλάγιος ( plágios ) «косой» и κλάσις ( klásis ) «перелом», что указывает на два угла спайности .
Плагиоклаз является наиболее распространенной и обильной группой минералов в земной коре . Часть семейства минералов полевых шпатов , он широко распространен в магматических и метаморфических породах , а также распространен как обломочный минерал в осадочных породах . [6] [7] Это не один минерал , а твердый раствор двух конечных членов , альбита или натриевого полевого шпата ( NaAlSi 3 O 8 ) и анортита или кальциевого полевого шпата ( CaAl 2 Si 2 O 8 ). Они могут присутствовать в плагиоклазе в любой пропорции от чистого анортита до чистого альбита. [8] Таким образом, состав плагиоклаза можно записать как Na 1−x Ca x Al 1+x Si 3−x O 8 , где x варьируется от 0 для чистого альбита до 1 для чистого анортита. Эта серия твердых растворов известна как серия плагиоклаза. [9] [10] Состав конкретного образца плагиоклаза обычно выражается как мол.% анортита в образце. Например, плагиоклаз, который содержит 40 мол.% анортита, будет описан как плагиоклаз An40. [11]
Способность альбита и анортита образовывать твердые растворы в любых пропорциях при повышенной температуре отражает легкость, с которой кальций и алюминий могут замещать натрий и кремний в кристаллической структуре плагиоклаза. Хотя ион кальция имеет заряд +2, по сравнению с +1 для иона натрия, эти два иона имеют почти одинаковый эффективный радиус. Разница в заряде компенсируется сопряженным замещением алюминия (заряд +3) кремнием (заряд +4), оба из которых могут занимать тетраэдрические позиции (окруженные четырьмя ионами кислорода). Это контрастирует с калием, который имеет тот же заряд, что и натрий, но является значительно более крупным ионом. В результате разницы в размере и заряде между калием и кальцием существует очень большой разрыв смешиваемости между анортитом и калиевым полевым шпатом ( KAlSi 3 O 8 ), третьим распространенным конечным членом породообразующего полевого шпата. Калиевый полевой шпат образует серию твердых растворов с альбитом из-за идентичных зарядов ионов натрия и калия, которая известна как серия щелочных полевых шпатов . Таким образом, почти все полевые шпаты, найденные на Земле, являются либо плагиоклазом, либо щелочным полевым шпатом, причем эти две серии перекрываются для чистого альбита. Когда состав плагиоклаза описывается его моль% анортита (например, An40 в предыдущем примере), предполагается, что остаток представляет собой альбит, с лишь незначительной долей калиевого полевого шпата. [12]
Плагиоклаз любого состава имеет много общих основных физических характеристик, в то время как другие характеристики плавно изменяются в зависимости от состава. [9] Твердость по Моосу всех видов плагиоклаза составляет от 6 до 6,5, [12] а спайность идеальная по [001] и хорошая по [010], при этом плоскости спайности встречаются под углом от 93 до 94 градусов. [13] Именно от этого слегка наклонного угла спайности плагиоклаз получил свое название, древнегреческое plágios ( πλάγιος 'косой') + klásis ( κλάσις 'излом'). Название было введено Августом Брейтхауптом в 1847 году. [10] Также наблюдается плохая спайность по [110], редко встречающаяся в образцах из рук. [13]
Блеск от стеклянного до перламутрового, прозрачность от прозрачной до полупрозрачной. [8] Прочность хрупкая , излом неровный или раковистый, но излом наблюдается редко из-за сильной тенденции минерала раскалываться вместо этого. [14] При низкой температуре кристаллическая структура принадлежит к триклинной системе , пространственная группа P 1 [15] [16] Хорошо сформированные кристаллы редки и чаще всего имеют натриевый состав. [17] Хорошо сформированные образцы вместо этого обычно представляют собой фрагменты скола. Хорошо сформированные кристаллы обычно пластинчатые или пластинчатые, параллельные [010]. [8]
Плагиоклаз обычно имеет цвет от белого до серовато-белого, с небольшой тенденцией к более темному цвету для образцов с большим содержанием кальция. [9] Примеси могут изредка окрашивать минерал в зеленоватый, желтоватый или телесно-красный цвет. [8] Трехвалентное железо (Fe 3+ ) придает бледно-желтый цвет плагиоклазовому полевому шпату из округа Лейк, штат Орегон . [18] Удельный вес плавно увеличивается с содержанием кальция, от 2,62 для чистого альбита до 2,76 для чистого анортита, и это может дать полезную оценку состава, если измерено точно. [8] Показатель преломления также плавно изменяется от 1,53 до 1,58, и, если измерено тщательно, это также дает полезную оценку состава. [13]
Плагиоклаз почти повсеместно демонстрирует характерное полисинтетическое двойникование , которое производит двойниковые полосы на [010]. Эти полосы позволяют отличить плагиоклаз от щелочного полевого шпата. Плагиоклаз также часто демонстрирует двойникование по Карлсбаду, Бавено и закону Манебаха. [8]
Состав плагиоклазового полевого шпата обычно обозначается его общей долей анортита (%An) или альбита (%Ab). Существует несколько названных плагиоклазовых полевых шпатов, которые попадают между альбитом и анортитом в серии. Следующая таблица показывает их составы с точки зрения процентного содержания анортита и альбита. [19] [20]
Различие между этими минералами нелегко провести в полевых условиях . Состав можно приблизительно определить по удельному весу, но для точного измерения требуются химические или оптические тесты. [8] Состав в измельченном зерне можно получить методом Цубои, который дает точное измерение минимального показателя преломления , что в свою очередь дает точный состав. В тонком сечении состав можно определить либо методом Мишеля Леви, либо методом Карлсбад-альбита. Первый основан на точном измерении минимального показателя преломления, тогда как последний основан на измерении угла экстинкции под поляризационным микроскопом . Угол экстинкции является оптической характеристикой и меняется в зависимости от фракции альбита (%Ab). [21]
Промежуточные члены группы плагиоклаза очень похожи друг на друга и обычно не могут быть различимы, кроме как по их оптическим свойствам. Удельный вес каждого члена (альбит 2,62) увеличивается на 0,02 на 10% увеличения анортита (2,75).
Плагиоклаз является основным минералом, содержащим алюминий, в основных породах, образовавшихся при низком давлении. [33] Обычно это первый и наиболее распространенный полевой шпат, который кристаллизуется из остывающей примитивной магмы . [34] Анортит имеет гораздо более высокую температуру плавления, чем альбит, и, как следствие, богатый кальцием плагиоклаз кристаллизуется первым. [28] Плагиоклаз становится более обогащенным натрием по мере понижения температуры, образуя непрерывный ряд реакций Боуэна . Однако состав, с которым кристаллизуется плагиоклаз, также зависит от других компонентов расплава, поэтому он сам по себе не является надежным термометром. [35]
Ликвидус плагиоклаза (температура, при которой плагиоклаз впервые начинает кристаллизоваться) составляет около 1215 °C (2219 °F) для оливинового базальта , с составом 50,5 мас.% кремнезема; 1255 °C (2291 °F) в андезите с содержанием кремнезема 60,7 мас.%; и 1275 °C (2327 °F) в даците с содержанием кремнезема 69,9 мас.%. Эти значения относятся к сухой магме. Ликвидус значительно понижается при добавлении воды, и гораздо больше для плагиоклаза, чем для мафических минералов. Эвтектика (минимальная плавящаяся смесь) для смеси анортита и диопсида смещается от 40% по весу анортита до 78% по весу анортита, когда давление водяного пара увеличивается от 1 бара до 10 кбар. Присутствие воды также смещает состав кристаллизующегося плагиоклаза в сторону анортита. Эвтектика для этой влажной смеси падает примерно до 1010 °C (1850 °F). [36]
Кристаллизующийся плагиоклаз всегда богаче анортитом, чем расплав, из которого он кристаллизуется. Этот эффект плагиоклаза приводит к тому, что остаточный расплав обогащается натрием и кремнием и обедняется алюминием и кальцием. Однако одновременная кристаллизация мафических минералов, не содержащих алюминий, может частично компенсировать обеднение алюминием. [37] В вулканической породе кристаллизованный плагиоклаз включает большую часть калия в расплаве в качестве следового элемента. [34]
Новые кристаллы плагиоклаза зарождаются с трудом, а диффузия внутри твердых кристаллов происходит очень медленно. [35] В результате, по мере остывания магмы, все более богатый натрием плагиоклаз обычно кристаллизуется на краях существующих кристаллов плагиоклаза, которые сохраняют свои более богатые кальцием ядра. Это приводит к композиционной зональности плагиоклаза в магматических породах. [28] В редких случаях плагиоклаз показывает обратную зональность, с более богатым кальцием краем на более богатом натрием ядре. Плагиоклаз также иногда показывает колебательную зональность, с зонами, колеблющимися между богатыми натрием и богатыми кальцием составами, хотя это обычно накладывается на общую нормальную тенденцию зональности. [16]
Плагиоклаз очень важен для классификации кристаллических магматических пород. Как правило, чем больше кремнезема присутствует в породе, тем меньше в ней основных минералов и тем больше в плагиоклазе натрия. Щелочной полевой шпат появляется, когда содержание кремнезема становится высоким. [28] Согласно классификации QAPF , плагиоклаз является одним из трех ключевых минералов, наряду с кварцем и щелочным полевым шпатом, используемых для первоначальной классификации типа породы. Магматические породы с низким содержанием кремнезема далее делятся на диоритовые породы, содержащие богатый натрием плагиоклаз (An<50), и габбровые породы, содержащие богатый кальцием плагиоклаз (An>50). Анортозит — интрузивная порода, состоящая не менее чем на 90% из плагиоклаза. [38] [39] [40]
Альбит является конечным членом как щелочного, так и плагиоклазового ряда. Однако в классификации QAPF он включен в щелочно-полевой шпат породы. [40]
Плагиоклаз также распространен в метаморфических породах. [41] [28] Плагиоклаз имеет тенденцию быть альбитом в низкосортных метаморфических породах, в то время как олигоклаз и андезин чаще встречаются в средне- и высокосортных метаморфических породах. Метакарбонатные породы иногда содержат довольно чистый анортит. [42]
Полевой шпат составляет от 10 до 20 процентов зерен каркаса в типичных песчаниках . Щелочной полевой шпат обычно более распространен, чем плагиоклаз в песчанике, поскольку щелочные полевые шпаты более устойчивы к химическому выветриванию и более стабильны, но песчаник, полученный из вулканической породы, содержит больше плагиоклаза. [43] Плагиоклаз относительно быстро выветривается до глинистых минералов, таких как смектит . [44]
Разрыв Мохоровичича , который определяет границу между земной корой и верхней мантией , считается глубиной, где полевой шпат исчезает из породы. [45] Хотя плагиоклаз является наиболее важным минералом, содержащим алюминий в земной коре, он разрушается при высоком давлении верхней мантии, при этом алюминий имеет тенденцию включаться в клинопироксен в виде молекулы Чермака ( CaAl 2 SiO 6 ) или в жадеит NaAlSi 2 O 6. При еще более высоком давлении алюминий включается в гранат . [46]
При очень высоких температурах плагиоклаз образует твердый раствор с калиевым полевым шпатом, но при охлаждении он становится крайне нестабильным. Плагиоклаз отделяется от калиевого полевого шпата, этот процесс называется распадом . Образующаяся порода, в которой в калиевом полевом шпате присутствуют тонкие прожилки плагиоклаза ( ламели ), называется пертитом . [19]
Твердый раствор между анортитом и альбитом остается стабильным при более низких температурах, но в конечном итоге становится нестабильным, когда порода приближается к температуре окружающей поверхности. Результирующий распад приводит к образованию очень тонких пластинчатых и других срастаний, обычно обнаруживаемых только сложными средствами. [8] Однако распад в диапазоне составов от андезина до лабрадорита иногда приводит к образованию пластинок с толщиной, сравнимой с длиной волны видимого света. Это действует как дифракционная решетка , заставляя лабрадорит демонстрировать прекрасную игру цветов, известную как переливчатость . [29]
В дополнение к своей важности для геологов в классификации магматических пород, плагиоклаз находит практическое применение в качестве строительного заполнителя , как блочный камень , а в порошкообразной форме как наполнитель в краске, пластике и резине. Богатый натрием плагиоклаз находит применение в производстве стекла и керамики. [47]
Анортозит может когда-нибудь стать важным источником алюминия. [47]
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
