Плагиоклаз представляет собой серию тектосиликатных (каркасных силикатных) минералов группы полевого шпата . Вместо того, чтобы относиться к конкретному минералу с определенным химическим составом, плагиоклаз представляет собой непрерывную серию твердых растворов , более известную как серия плагиоклазового полевого шпата . Впервые это было показано немецким минералогом Иоганном Фридрихом Христианом Гесселем (1796–1872) в 1826 году. Ряд варьируется от альбита до анортита ( с соответствующим составом от 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 ручных образцах часто идентифицируется по его полисинтетическому двойнику кристаллов или эффекту « записывающей канавки».
Плагиоклаз является основным минералом, составляющим земную кору, и, следовательно, является важным диагностическим инструментом в петрологии для определения состава, происхождения и эволюции магматических пород . Плагиоклаз также является основным компонентом горных пород Луны . Анализ спектров теплового излучения с поверхности Марса позволяет предположить, что плагиоклаз является наиболее распространенным минералом в коре Марса. [4]
Его название происходит от древнегреческого πλάγιος ( plágios ) «косой» и κλάσις ( klásis ) «перелом», в связи с двумя углами расщепления .
Плагиоклаз — наиболее распространенная и распространенная группа минералов в земной коре . Входит в семейство минералов полевого шпата , он широко распространен в магматических и метаморфических породах , а также часто встречается в качестве обломочного минерала в осадочных породах . [5] [6] Это не отдельный 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. [7] 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. [8] [9] Состав конкретного образца плагиоклаза обычно выражается в молярном % анортита в образце. Например, плагиоклаз, содержащий 40 мол.% анортита, будет называться плагиоклазом An40. [10]
Способность альбита и анортита образовывать твердые растворы в любых соотношениях при повышенной температуре отражает легкость замещения натрия и кремния кальцием и алюминием в кристаллической структуре плагиоклаза. Хотя ион кальция имеет заряд +2 по сравнению с +1 для иона натрия, оба иона имеют почти одинаковый эффективный радиус. Разница в заряде компенсируется совместным замещением алюминия (заряд +3) на кремний (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 размерах и зарядах между калием и кальцием существует очень большая разница в смешиваемости между анортитом и калиевым полевым шпатом ( KAlSi 3 O 8 ), третьим распространенным породообразующим конечным элементом полевого шпата. Калиевый полевой шпат действительно образует серию твердых растворов с альбитом из-за одинаковых зарядов ионов натрия и калия, которая известна как серия щелочного полевого шпата . Таким образом, почти весь полевой шпат, обнаруженный на Земле, представляет собой либо плагиоклаз, либо щелочной полевой шпат, при этом в случае чистого альбита эти две серии перекрываются. Когда состав плагиоклаза описывается мол.% анортита (например, An40 в предыдущем примере), предполагается, что остальная часть представляет собой альбит с лишь незначительным компонентом калиевого полевого шпата. [11]
Плагиоклаз любого состава имеет много общих физических характеристик, в то время как другие характеристики плавно изменяются в зависимости от состава. [8] Твердость по шкале Мооса всех видов плагиоклаза составляет от 6 до 6,5, [11] и спайность идеальна на [001] и хорошая на [010], при этом плоскости спайности встречаются под углом от 93 до 94 градусов. [12] Именно из-за этого слегка наклонного угла спайности плагиоклаз получил свое название: древнегреческий плагиос ( πλάγιος «косой») + класис ( κλάσις «перелом»). Название было введено Августом Брайтауптом в 1847 году. [9] Также имеется плохой скол на [110], который редко можно увидеть в ручных образцах. [12]
Блеск от стеклянного до перламутрового, прозрачность от прозрачного до полупрозрачного. [7] Прочность хрупкая, излом неровный или раковистый, но излом наблюдается редко из -за сильной склонности минерала к раскалыванию. [13] При низкой температуре кристаллическая структура принадлежит к триклинной системе , пространственная группа P 1 [14] [15] Хорошо сформированные кристаллы редки и чаще всего имеют натриевый состав. [16] Образцы правильной формы обычно представляют собой фрагменты скола. Хорошо сформированные кристаллы обычно имеют пластинчатую или пластинчатую форму, параллельную [010]. [7]
Плагиоклаз обычно имеет цвет от белого до серовато-белого с небольшой тенденцией к более темному цвету более богатых кальцием образцов. [8] Примеси могут иногда придавать минералу зеленоватый, желтоватый или телесно-красный оттенок. [7] Трехвалентное железо (Fe 3+ ) придает бледно-желтый цвет плагиоклазовому полевому шпату из округа Лейк, штат Орегон . [17] 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 при точном измерении. [7] Показатель преломления также плавно меняется от 1,53 до 1,58, и, если его тщательно измерить, это также дает полезную оценку состава. [12]
Плагиоклаз почти всегда демонстрирует характерное полисинтетическое двойникование , которое приводит к образованию двойниковых полос на [010]. Эти исчерченности позволяют отличить плагиоклаз от щелочного полевого шпата. В плагиоклазе часто также наблюдаются двойники по законам Карловых Вар, Бавено и Манебаха. [7]
Состав плагиоклазового полевого шпата обычно обозначается общей долей анортита ( % An) или альбита (% Ab). Есть несколько названных плагиоклазовых полевых шпатов, которые находятся между альбитом и анортитом в этой серии. В следующей таблице показан их состав с точки зрения процентного содержания анортита и альбита. [18] [19]
Различие между этими минералами нелегко провести в полевых условиях . Состав можно грубо определить по удельному весу, но для точного измерения необходимы химические или оптические тесты. [7] Состав измельченного зерна можно получить методом Цубои, который позволяет точно измерить минимальный показатель преломления , что, в свою очередь, дает точный состав. В шлифе состав можно определить либо методом Мишеля Леви, либо методом Карлсбадского альбита. Первый основан на точном измерении минимального показателя преломления, а второй — на измерении угла затухания под поляризационным микроскопом . Угол экстинкции является оптической характеристикой и зависит от доли альбита (%Ab). [20]
Промежуточные члены группы плагиоклаза очень похожи друг на друга и обычно не отличаются друг от друга, кроме как по оптическим свойствам. Удельный вес в каждой пачке (альбит 2,62) увеличивается на 0,02 на 10% увеличения анортита (2,75).
Плагиоклаз — основной алюминийсодержащий минерал в основных породах, образовавшийся при низком давлении. [32] Обычно это первый и наиболее распространенный полевой шпат, кристаллизующийся из остывающей примитивной магмы . [33] Анортит имеет гораздо более высокую температуру плавления, чем альбит, и в результате первым кристаллизуется богатый кальцием плагиоклаз. [27] Плагиоклаз становится более обогащенным натрием при падении температуры, образуя непрерывную серию реакций Боуэна . Однако состав кристаллизующегося плагиоклаза зависит и от других компонентов расплава, поэтому сам по себе он не является надежным термометром. [34]
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 снижается при добавлении воды, причем в гораздо большей степени для плагиоклаза, чем для темноцветных минералов. Эвтектика (минимальная плавкая смесь) для смеси анортита и диопсида смещается от 40 мас.% анортита до 78 мас.% анортита при изменении давления водяного пара от 1 бар до 10 кбар . Присутствие воды также смещает состав кристаллизующегося плагиоклаза в сторону анортита. Температура эвтектики этой влажной смеси падает примерно до 1010 °C (1850 °F). [35]
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 темноцветных минералов, не содержащих алюминия, может частично компенсировать обеднение алюминием. [36] В вулканической породе кристаллизованный плагиоклаз включает большую часть калия в расплаве в качестве микроэлемента. [33]
Новые кристаллы плагиоклаза зарождаются с трудом, а диффузия внутри твердых кристаллов происходит очень медленно. [34] В результате, по мере охлаждения магмы, плагиоклаз, все более богатый натрием, обычно кристаллизуется на краях существующих кристаллов плагиоклаза, которые сохраняют свои более богатые кальцием ядра. Это приводит к зональному составу плагиоклаза в магматических породах. [27] В редких случаях плагиоклаз демонстрирует обратную зональность, с более богатым кальцием краем на более богатом натрием ядре. Плагиоклаз также иногда демонстрирует колебательную зональность, при этом состав зон колеблется между богатым натрием и кальцием, хотя это обычно накладывается на общую нормальную тенденцию зонирования. [15]
Плагиоклаз имеет большое значение для классификации кристаллических магматических пород. Как правило, чем больше кремнезема присутствует в породе, тем меньше темноцветных минералов и тем богаче натрием плагиоклаз. Щелочной полевой шпат появляется, когда содержание кремнезема становится высоким. [27] Согласно классификации QAPF , плагиоклаз является одним из трех ключевых минералов, наряду с кварцем и щелочным полевым шпатом, которые используются для первоначальной классификации типа породы. Низкокремнистые магматические породы подразделяются на диоритовые породы, содержащие богатый натрием плагиоклаз (An<50), и габброидные породы, содержащие богатый кальцием плагиоклаз (An>50). Анортозит – это интрузивная порода , состоящая не менее чем на 90% из плагиоклаза. [37] [38] [39]
Альбит является конечным членом как щелочного, так и плагиоклазового ряда. Однако в классификации QAPF он включен в щелочно-полевошпатовую фракцию породы. [39]
Плагиоклаз также распространен в метаморфических породах. [40] [27] Плагиоклаз имеет тенденцию быть альбитом в низкосортных метаморфических породах, тогда как олигоклаз и андезин более распространены в средне- и высоко метаморфических породах. Метакарбонатная порода иногда содержит довольно чистый анортит. [41]
Полевой шпат составляет от 10 до 20 процентов зерен каркаса типичных песчаников . Щелочной полевой шпат обычно более распространен в песчанике, чем плагиоклаз, поскольку щелочные полевые шпаты более устойчивы к химическому выветриванию и более стабильны, но песчаник, полученный из вулканической породы, содержит больше плагиоклаза. [42] Плагиоклаз относительно быстро выветривается до глинистых минералов , таких как смектит . [43]
Считается, что разрыв Мохоровичича , определяющий границу между земной корой и верхней мантией , — это глубина, на которой полевой шпат исчезает из породы. [44] Хотя плагиоклаз является наиболее важным алюминийсодержащим минералом в земной коре, он разрушается под высоким давлением 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 . [45]
При очень высоких температурах плагиоклаз образует твердый раствор с калиевым полевым шпатом, но при охлаждении он становится очень 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 . [18]
Твердый раствор между анортитом и альбитом остается стабильным при более низких температурах, но в конечном итоге становится нестабильным, когда температура породы приближается к температуре окружающей поверхности. В результате распада образуются очень мелкие пластинчатые и другие сростки, которые обычно обнаруживаются только сложными методами. [7] Однако в результате распада андезита и лабрадорита иногда образуются ламели толщиной, сравнимой с длиной волны видимого света. Это действует как дифракционная решетка , заставляя лабрадор демонстрировать прекрасную игру цветов, известную как переливчатость . [28]
Помимо важности для геологов при классификации магматических пород, плагиоклаз находит практическое применение в качестве строительного заполнителя , обмерного камня и в порошкообразной форме в качестве наполнителя в красках, пластмассах и резине. Богатый натрием плагиоклаз находит применение в производстве стекла и керамики. [46]
Когда-нибудь анортозит может стать важным источником алюминия. [46]
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
