stringtranslate.com

Полевой шпат

Фазовая диаграмма состава различных минералов, входящих в состав твердого раствора полевого шпата

Полевой шпат ( / ˈ f ɛ l ( d ) ˌ s p ɑːr / FEL(D) -spar ; иногда пишется как felspar ) — группа породообразующих минералов тектосиликатного алюминия , также содержащих другие катионы , такие как натрий, кальций, калий или барий. [3] Наиболее распространёнными членами группы полевых шпатов являются плагиоклазовые (натриево-кальциевые) полевые шпаты и щелочные (калиево-натриевые) полевые шпаты. [4] Полевые шпаты составляют около 60% земной коры [3] и 41% континентальной коры Земли по весу. [5] [6]

Полевые шпаты кристаллизуются из магмы как интрузивные и экструзивные магматические породы [7], а также присутствуют во многих типах метаморфических пород . [8] Порода, состоящая почти полностью из кальциевого плагиоклазового полевого шпата, известна как анортозит . [9] Полевые шпаты также встречаются во многих типах осадочных пород . [10]

Композиции

Группа минералов полевых шпатов состоит из тектосиликатов , силикатных минералов, в которых ионы кремния связаны общими ионами кислорода, образуя трехмерную сеть. Состав основных элементов в обычных полевых шпатах может быть выражен в терминах трех конечных членов :

Твердые растворы между калиевым полевым шпатом и альбитом называются щелочным полевым шпатом. [11] Твердые растворы между альбитом и анортитом называются плагиоклазом , [11] или, точнее, плагиоклазовым полевым шпатом. Между калиевым полевым шпатом и анортитом существует только ограниченный твердый раствор, а в двух других твердых растворах несмешиваемость происходит при температурах, обычных для земной коры. Альбит считается как плагиоклазом, так и щелочным полевым шпатом.

Соотношение щелочного полевого шпата к плагиоклазовому полевому шпату, вместе с долей кварца , является основой для классификации магматических пород QAPF . [12] [13] [14] Богатый кальцием плагиоклаз является первым полевым шпатом, кристаллизующимся из остывающей магмы, но плагиоклаз становится все более богатым натрием по мере продолжения кристаллизации. Это определяет непрерывный ряд реакций Боуэна . Калийный полевой шпат является последним полевым шпатом, кристаллизующимся из магмы. [15] [16]

Щелочные полевые шпаты

Щелочные полевые шпаты подразделяются на два типа: содержащие калий в сочетании с натрием, алюминием или кремнием; и те, где калий заменен барием. К первым из них относятся:

Калиевые и натриевые полевые шпаты не полностью смешиваются в расплаве при низких температурах, поэтому промежуточные составы щелочных полевых шпатов встречаются только в условиях более высоких температур. [20] Санидин стабилен при самых высоких температурах, а микроклин — при самых низких. [17] [18] Пертит — типичная текстура в щелочном полевом шпате, обусловленная распадом контрастных составов щелочного полевого шпата при охлаждении промежуточного состава. Пертитовые текстуры в щелочных полевых шпатах многих гранитов можно увидеть невооруженным глазом. [21] Микропертитовые текстуры в кристаллах видны с помощью светового микроскопа, тогда как криптопертитовые текстуры можно увидеть только с помощью электронного микроскопа.

Аммонийный полевой шпат

Баддингтонит — аммонийный полевой шпат с химической формулой: NH 4 AlSi 3 O 8 . [22] Это минерал, связанный с гидротермальным изменением первичных минералов полевого шпата.

Бариевые полевые шпаты

Бариевые полевые шпаты образуются в результате замещения калия барием в структуре минерала. Бариевые полевые шпаты иногда классифицируются как отдельная группа полевых шпатов, [4] а иногда их классифицируют как подгруппу щелочных полевых шпатов. [23]

Бариевые полевые шпаты являются моноклинными и включают в себя следующее:

Плагиоклазовые полевые шпаты

Плагиоклазовые полевые шпаты триклинные . Ряд плагиоклаза следующий (с процентом анортита в скобках):

Промежуточные составы распадаются на два полевых шпата контрастного состава во время охлаждения, но диффузия происходит гораздо медленнее, чем в щелочном полевом шпате, и полученные срастания двух полевых шпатов обычно слишком мелкозернистые, чтобы их можно было увидеть с помощью оптических микроскопов. Разрывы несмешиваемости в твердых растворах плагиоклаза сложны по сравнению с разрывом в щелочных полевых шпатах. Игра цветов, видимая в некоторых полевых шпатах состава лабрадорита , обусловлена ​​очень мелкозернистыми пластинками распада, известными как срастания Бёггильда. Удельный вес в ряду плагиоклаза увеличивается от альбита (2,62) к анортиту (2,72–2,75).

Структура

Структура кристалла полевого шпата основана на алюмосиликатных тетраэдрах. Каждый тетраэдр состоит из иона алюминия или кремния, окруженного четырьмя ионами кислорода. Каждый ион кислорода, в свою очередь, делится с соседним тетраэдром, образуя трехмерную сеть. Структуру можно визуализировать как длинные цепи алюмосиликатных тетраэдров, иногда описываемые как цепи коленчатого вала, потому что их форма изогнута. Каждая цепь коленчатого вала соединяется с соседними цепями коленчатого вала, образуя трехмерную сеть сплавленных четырехчленных колец. Структура достаточно открыта для катионов (обычно натрия, калия или кальция), чтобы вписаться в структуру и обеспечить баланс заряда. [26]

Этимология

Название полевой шпат происходит от немецкого Feldspat , соединения слов Feld («поле») и Spat («чешуйка»). Шпат долгое время использовался как слово для « горной породы, легко раскалывающейся на чешуйки»; полевой шпат был введен в 18 веке как более конкретный термин, относящийся, возможно, к его частому появлению в породах, найденных на полях (Урбан Брюкманн, 1783) или к его появлению в виде «полей» в граните и других минералах (Рене-Жюст Гаюи, 1804). [27] Изменение от Spat к -spar произошло под влиянием английского слова spar , [28] означающего непрозрачный минерал с хорошей спайностью. [29] Полевой шпат относится к материалам, которые содержат полевой шпат. Альтернативное написание, felspar , вышло из употребления. Термин «фельзический», означающий светлые минералы, такие как кварц и полевые шпаты, является аббревиатурой, образованной от слов «полевой шпат» и «кремнезем », и не имеет никакого отношения к устаревшему написанию «полевой шпат».

Выветривание

Химическое выветривание полевых шпатов происходит путем гидролиза и производит глинистые минералы , включая иллит , смектит и каолинит . Гидролиз полевых шпатов начинается с растворения полевого шпата в воде, что лучше всего происходит в кислых или основных растворах и хуже в нейтральных. [30] Скорость, с которой выветриваются полевые шпаты, контролируется тем, насколько быстро они растворяются. [30] Растворенный полевой шпат реагирует с ионами H + или OH − и осаждает глины. Реакция также производит новые ионы в растворе, причем разнообразие ионов контролируется типом реагирующего полевого шпата.

Обилие полевых шпатов в земной коре означает, что глины являются очень распространенными продуктами выветривания. [31] Около 40% минералов в осадочных породах являются глинами, а глины являются доминирующими минералами в наиболее распространенных осадочных породах, грязевых породах . [32] Они также являются важным компонентом почв . [32] Полевой шпат, который был заменен глиной, выглядит меловым по сравнению с более кристаллическими и стекловидными невыветренными зернами полевого шпата. [33]

Полевые шпаты, особенно плагиоклазовые полевые шпаты, не очень стабильны на поверхности Земли из-за высокой температуры их образования. [32] Из-за этого отсутствия стабильности полевые шпаты легко выветриваются до глины. Из-за этой тенденции к легкому выветриванию полевые шпаты обычно не распространены в осадочных породах. Осадочные породы, которые содержат большое количество полевого шпата, указывают на то, что осадок не подвергался значительному химическому выветриванию перед тем, как был захоронен. Это означает, что он, вероятно, был перенесен на небольшое расстояние в холодных и/или сухих условиях, которые не способствовали выветриванию, и что он был быстро захоронен другим осадком. [34] Песчаники с большим количеством полевого шпата называются аркозами . [34]

Приложения

Полевой шпат является распространенным сырьем, используемым в стекольном производстве, керамике и в некоторой степени в качестве наполнителя и разбавителя в красках, пластмассах и резине. В США около 66% полевого шпата потребляется в стекольном производстве, включая стеклянную тару и стекловолокно. Керамика (включая электроизоляторы, сантехнику, столовые приборы и плитку) и другие виды использования, такие как наполнители, составляют оставшуюся часть. [35]

Стекло : Полевой шпат обеспечивает как K 2 O, так и Na 2 O для флюсования, а также Al 2 O 3 и CaO в качестве стабилизаторов. Как важный источник Al 2 O 3 для производства стекла, полевой шпат ценится за низкое содержание железа и тугоплавких минералов, низкую стоимость единицы Al 2 O 3 , отсутствие летучих веществ и отходов. [36]

Керамика : Полевые шпаты используются в керамической промышленности в качестве флюса для образования стекловидной фазы в телах во время обжига, и таким образом способствуют стеклованию. Они также используются в качестве источника щелочей и глинозема в глазурях. [36] Состав полевого шпата, используемого в различных керамических рецептурах, варьируется в зависимости от различных факторов, включая свойства индивидуального сорта, другого сырья и требований к готовой продукции. Однако типичные добавки включают: столовые приборы, от 15% до 30% полевого шпата; высоковольтный электротехнический фарфор, от 25% до 35%; сантехника, 25%; настенная плитка, от 0% до 10%; и стоматологический фарфор до 80% полевого шпата. [37]

Науки о Земле : В науках о Земле и археологии полевые шпаты используются для калий-аргонового , аргон-аргонового и люминесцентного датирования .

Незначительное использование : некоторые бытовые чистящие средства (например, Bar Keepers Friend и Bon Ami ) используют полевой шпат для придания мягкого абразивного эффекта. [38]

Производство

По оценкам Геологической службы США , мировое производство полевого шпата в 2020 году составит 26 миллионов тонн, при этом четыре основные страны-производители: Китай — 2 миллиона тонн; Индия — 5 миллионов тонн; Италия — 4 миллиона; Турция — 7,6 миллиона тонн. [39]

Коммерческие сорта

Типичные минералогические и химические анализы трех коммерческих сортов, используемых в керамике: [40]

Внеземной

В октябре 2012 года марсоход Curiosity обнаружил высокое содержание полевого шпата в марсианской породе. [41]

Изображения

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Warr, LN (2021). «Утвержденные символы минералов IMA–CNMNC». Mineralogic Magazine . 85 (3): 291–320. Bibcode : 2021MinM...85..291W. doi : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID  235729616.
  2. ^ "Feldspar". Gemology Online . Получено 8 ноября 2012 г.
  3. ^ ab Neuendorf, KKE; Mehl, JP Jr.; Jackson, JA, ред. (2005). Словарь геологии (5-е изд.). Александрия, Вирджиния: Американский геологический институт. стр. 232. ISBN 978-0922152896.
  4. ^ ab Deer, WA; Howie, RA; Zussman, J. (2001). Породообразующие минералы (2-е издание) Том 4A . Лондон: Геологическое общество Лондона. стр. 2. ISBN 1-86239-081-9.
  5. ^ Андерсон, Роберт С.; Андерсон, Сюзанна П. (2010). Геоморфология: механика и химия ландшафтов. Cambridge University Press. стр. 187. ISBN 9781139788700.
  6. ^ Rudnick, RL; Gao, S. (2003). «Состав континентальной коры». В Holland, HD; Turekian, KK (ред.). Treatise on Geochemistry . Vol. 3. New York: Elsevier Science. pp. 1–64. Bibcode : 2003TrGeo...3....1R. doi : 10.1016/B0-08-043751-6/03016-4. ISBN 978-0-08-043751-4.
  7. ^ TROLL, VR (2002-02-01). "Смешивание магмы и переработка земной коры, зафиксированные в тройном полевом шпате из зонального по составу перщелочного игнимбрита A', Гран-Канария, Канарские острова". Журнал петрологии . 43 (2): 243–270. Bibcode : 2002JPet...43..243T. doi : 10.1093/petrology/43.2.243 . ISSN  1460-2415.
  8. ^ "Метаморфические породы". Информация о метаморфических породах. Архивировано 01.07.2007 на Wayback Machine . Получено 18 июля 2007 г.
  9. ^ Блатт, Харви и Трейси, Роберт Дж. (1996) Петрология, Freeman, 2-е изд., стр. 206–210 ISBN 0-7167-2438-3 
  10. ^ "Выветривание и осадочные породы". Геология. Архивировано 03.07.2007 на Wayback Machine. Получено 18 июля 2007 г.
  11. ^ abcde Полевой шпат. Что такое полевой шпат? Ассоциация промышленных минералов. Получено 18 июля 2007 г.
  12. ^ Le Bas, MJ; Streckeisen, AL (1991). «Систематика магматических пород IUGS». Журнал Геологического общества . 148 (5): 825–833. Bibcode : 1991JGSoc.148..825L. CiteSeerX 10.1.1.692.4446 . doi : 10.1144/gsjgs.148.5.0825. S2CID  28548230. 
  13. ^ "Схема классификации горных пород - Том 1 - Магматические" (PDF) . Британская геологическая служба: Схема классификации горных пород . 1 : 1–52. 1999. Архивировано (PDF) из оригинала 2022-10-09.
  14. ^ Филпоттс, Энтони Р.; Агу, Джей Дж. (2009). Принципы магматической и метаморфической петрологии (2-е изд.). Кембридж, Великобритания: Cambridge University Press. С. 139–143. ISBN 9780521880060.
  15. ^ Боуэн, Н. Л. (1956). Эволюция магматических пород . Канада: Дувр. С. 60–62.
  16. ^ Кляйн, Корнелис; Херлбат, Корнелиус С. младший (1993). Руководство по минералогии: (после Джеймса Д. Даны) (21-е изд.). Нью-Йорк: Wiley. стр. 559. ISBN 047157452X.
  17. ^ ab "Минерал Ортоклаз". Feldspar Amethyst Galleries, Inc. Получено 8 февраля 2008 г.
  18. ^ ab "Sanidine Feldspar". Feldspar Amethyst Galleries, Inc. Получено 8 февраля 2008 г.
  19. ^ "Микроклиновый полевой шпат". Feldspar Amethyst Galleries, Inc. Получено 8 февраля 2008 г.
  20. ↑ Кляйн и Херлбат 1993, стр. 532–536.
  21. ↑ Ральф, Джолион и Чоу, Ида. «Пертайт». Профиль Пертайт на mindat.org. Получено 8 февраля 2008 г.
  22. ^ "Буддингтонит".
  23. ^ "Feldspar Group". mindat.org . Получено 4 июля 2021 г. .
  24. ^ Серия Цельсиан–ортоклаз на Mindat.org.
  25. ^ Серия Цельсия–гиалофан на Mindat.org.
  26. ^ Кляйн и Херлбат 1993, стр. 533–534.
  27. ^ Ханс Люшен (1979), Die Namen der Steine. Das Mineralreich im Spiegel der Sprache (2-е изд.), Thun: Ott Verlag, стр. 215, ISBN 3-7225-6265-1
  28. ^ Харпер, Дуглас. "полевой шпат". Онлайн-словарь этимологии . Получено 08.02.2008 .
  29. ^ "spar". Oxford English Dictionary . Oxford Dictionaries. Архивировано из оригинала 26 сентября 2016 года . Получено 13 января 2018 года .
  30. ^ ab Blum, Alex E. (1994), Parsons, Ian (ред.), "Feldspars in Weathering", Feldspars and their Reactions , NATO ASI Series, Dordrecht: Springer Netherlands, стр. 595–630, doi :10.1007/978-94-011-1106-5_15, ISBN 978-94-011-1106-5, получено 2020-11-18
  31. ^ Хефферан, Кевин; О'Брайен, Джон (2010). Earth Materials . Wiley-Blackwell. С. 336–337. ISBN 978-1-4443-3460-9.
  32. ^ abc Нельсон, Стивен А. (осень 2008 г.). "Выветривание и глинистые минералы". Заметки профессора (EENS 211, Минералогия) . Университет Тулейна . Получено 13 ноября 2008 г.
  33. ^ Эрл, Стивен (сентябрь 2015 г.). "5.2 Химическое выветривание". Физическая геология. BCcampus.
  34. ^ ab "Arkose". www.mindat.org . Получено 2020-11-18 .
  35. ^ Аподака, Лори Э. Полевой шпат и нефелиновый сиенит, Ежегодник минералов USGS 2008
  36. ^ ab «Промышленные минералы и горные породы — товары, рынки и использование» JE Kogel. Общество горного дела, металлургии и разведки, 2006. С. 458
  37. ^ «Промышленная керамика» Ф.Зингер, С.С.Зингер. Chapman & Hall, 1971
  38. ^ Нойфельд, Роб (4 августа 2019 г.). «Посещение нашего прошлого: добыча полевого шпата и расовая напряженность». Asheville Citizen-Times . Получено 4 августа 2019 г.
  39. ^ Полевой шпат и нефелиновый сиенит. Геологическая служба США, Обзоры минерального сырья, январь 2020 г.
  40. ^ «Факты о полевом шпате» А. Сагден. Ceramic Review, выпуск 207, май/июнь 2004 г.
  41. ↑ Марсоход Curiosity НАСА обнаружил «необычный камень». (12 октября 2012 г.) BBC News .
  42. ↑ Браун, Дуэйн (30 октября 2012 г.). «Первые исследования почвы марсохода NASA помогли идентифицировать марсианские минералы». NASA . Архивировано из оригинала 3 июня 2016 г. Получено 31 октября 2012 г.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки