АМФИБОЛЫ (Ca,Na,K)2-3(Fe,Mg,Mn,Li,Ti,Al)5[Al,Si]8O22[OH,F,Cl]2 или X2-3Y5Z8O22(OH, F, Cl)2 Амфиболы - соли гипотетической метакремниевой кислоты H16Si8O24. Их структура определяется соединенными в цепи AlSi тетраэдрами. Но они вдвое шире чем «пироксеновые цепи» и их называют лентами. Отсюда – ленточные силикаты. Кристаллизуются они как в ромбической, так и в моноклинной сингониях. В бедных Са, Na, и K амфиболах позиция Х в основном занята Fe2+, Mg, Mn: (Mg,Fe,Mn,Li,Ti,Al)7[Al,Si]8[OH,F]2O22 или FemMg5+n-mAl4-2nSi6+n(OH)2O22 При m 0,4 и n 1.8, т.е. при составе амфибола: (Fe2,72-6,8Mg0-4,8)6,8Al0,4Si7,8(OH)2O22 происходит фазовый переход из ромбической сингонии в моноклинную. Не счесть существующих классификаций амфиболов. Некоторые авторы выделяют более 250 миналов. Этим классификациям посвящены целые монографии. При Международной минералогической ассоциации существовала даже рабочая группа по классификации амфиболов. Мы же примем самую простую классификацию, основанную на составе позиции Х в общей формуле амфиболов X2-3Y5Z8O22(OH)2: (1) Группа куммингтонит-антофиллита (позиция Х занята Fe2+ и Mg). (2) Группа роговой обманки (позиция в основном Х занята Са, отчасти щелочами). (3) Группа щелочных амфиболов (позиция Х занята Na). Однако не все так просто. В группу Х одновременно могут входить разные, даже разновалентные катионы (см. формулу). Так что выделенные группы весьма условны и часто связаны между собой постепенными переходами. АМФИБОЛЫ Бедные Са (СаО < 5 мас.%) Ромбические Са-Na-K (CaO > 5 мас.%) Моноклинные Антофиллит-жедрит Куммингтонит-грюнерит Щелочные амфиболы: Глаукофан Рибекит-магнезиорибекит Катафорит - Mg-катафорит Рихтерит – Fe-рихтерит Экерманит Арфведсонит Роговые обманки: Актинолит, тремолит, Паргасит – ферропаргасит Эденит-ферроэденит Чермакит-феррочермакит Простейшая классификация амфиболов Cher Act,Tr 0.8 Ca/(Ca+Na+K) Ed Pg 0.6 0.4 Rich 0.2 Rbk Ktp Ek,Arf 0.05 0.10 0.25 0.30 Gln 0.20 Al/(Al+Fe+Mg+Mn+Ti+Si) Классификация амфиболов по проявлению гетеровалентного изоморфизма. Сплошные линии оконтуривают поля смесимости трех миналов. Пунктирная линия отделяет группу щелочных амфиболов от Ca-K-Na-амфиболов. Однако прежде, чем рассмотреть эти группы амфиболов, необходимо разобраться в их структуре. А она не простая. Особенно в отношении координации атомов в формуле X2Y5Z8O22(OH)2. Поскольку в амфиболах существует фазовый переход, то следует ожидать явления упорядочения его структуры. Действительно в координациях X и Y методом рентгеновского анализа установлено четыре структурных позиции. Они могут быть заняты атомами Mg, Fe, Al, Ca, Na, K, Li. В простейшем случае, например, CunGrn, сумма Mg+Fe = 7, а их распределение по структурным позиция такое: Позиции M1 M2 M3 M4 Распределение 2/7 2/7 1/7 2/7 Причем XFeM4>XFeM3XFeM1>XFeM2. Такая упорядоченность атомов в структуре минералов привела к идее (Перчук, 1967) создания одноминеральных термометров вообще и «амфиболового термометра», в частности. В дальнейшем такой термометр был откалиброван экспериментально (Seifert & Virgo, 1975): 103/T(oK) = 0.18 – 0.52lnKD, где KD – коэффициент распределения Mg и Fe между структурными позициями – имеет такое выражение: KD=[XFeM1,2,3][1-XFeM4]/[1-XFeM1,2,3][XFeM4]. Для определения XFe в каждой структурной позиции необходимо использовать месбауэровскую спектроскопию, либо рентгено-структурный анализ. Поэтому судьба не уготовила им даже краткую жизнь: их вытеснили двуминеральные термометры, использование которых основано на микрозондовом анализе. Ромбические амфиболы ряда жедрит-антофиллит. Они характеризуются следующими миналами: Минал Антофиллит (Ant) Формула Mg7Si8O22[OH]2 Fe-антофиллит (Fe-Ant) Fe7Si8O22[OH]2 Жедрит (Ged) Mg5Al4Si6O22[OH]2 Fe -жедрит (Fe-Ged) Fe5Al4Si6O22[OH]2 По характеру изоморфизма эти амфиболы схожи с хлоритами и биотитами: 3(Fe,Mg) 2+ <=> 2Al3+. Границы устойчивости Mg-антофиллита определяются реакцией: Mg7Si8O22(OH)2 = 7MgSiO3 + SiO2 + H2O, т.е. Ant = 7En + Qtz + H2O Реакции: Ant + Fo = En + H2O Ant = En + Tlc + H2O Ant = Tlc + Fo + H2O, А реакция 0.75H2Mg7Si8O24 + SiO2 + H2O = 1.75H2Mg3Si4O12, т.е. Ant + Qtz + Tlc + H2O определяет устойчивость антофиллита с кварцем: P S, кбар tz +Q EnAnt En Fo t+ Q tz An t+ Ta 600 Стабильность амфиболов, не содержащих Ca, Na и Al, по экспериментальным данным (Перчук, Рябчиков, 1976). An 2 En + Ta An t An t Ta+ Fo 4 PH2O=1 кбар tz En F o + Ta 6 +Q En Ta 8 650 700 Температура, oC 750 FeSi<=>AlAl MgSi<=>AlAl Основанный на изоморфизме FeMg и (Fe,Mg)Si2Al твердый раствор Ath-Ged представлен широким спектром составов в отношении глиноземистости. Однако Fe-Mg изоморфизм ограничен. Mg-Ged Fe-Ged Cum-Grn Mg-Ath Fe<=>Mg Fe-Ath Распрстранённость Ath-Ged твердого раствора в природе по данным Раббитта (Rabbitt, 1948) и его соотношение с Cum-Grn моноклинным амфиболом (Seki, Yamasaki, 1957) K.Шюрманн (Schürmann, 1964) экспериментально определил соотношение полей стабильности антофиллита и жедрита в системе MgO-FeO-Al2O3-SiO2-H2O. Он показал, что Ath c XMg< 0.35 и Cum c XMg > 0.65 неустойчивы ни при каких значениях Т. Температура о С . 700 Ath Ath+Cum 600 Cum Стабильность антофиллита и куммингтонита в зависимости от температуры при Р=2 кбар (по Schürmann, 1964). 500 400 Mg 0.2 0.4 0.6 0.8 Fe . Вместе с тем, с развитием микрозондовых исследований стало ясно, что вхождение Al в структуру Ant сопровождается возрастанием Na и К. Причем между этими параметрами состава наблюдается прямая корреляция. Вот два примера: 1.0 Na+K 0.8 Pg Robinson et al. ,1971 0.6 ля до 0.4 й лле е м ла 0.2 0.0 0.0 Ath А 0.4 0.8 1.2 1.6 Ant-Jed твердый раствор 0.6 Na в позиции А Ed 2.0 Тетраэдрический Al Ged 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.5 1.0 Al VI Корреляция суммы щелочей и тетраедрического алюминия (AlIV) в ламеллях антофиллита в жедрите из метапелитов Нью Хэмпшира и Массачусетса, США (рис. А) и Антарктиды (рис.Б ). 1.5 При относительно низкой температуре происходит распад твердого раствора ромбических амфиболов на Ant и Ged. Возникают ламелли одного амфибола в другом. Обычно они достаточно крупные для микрозондового анализа. Вот пример из штатов Массачусетс и Нью Хэмпшир (США) o Температура C Модельная диаграмма температура-состав для системы Ath-Ged, выведенная на основе микроанализа амфиболов из метапелита (Robinson et al., 1971) 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 Тетраэдрический Al 2.0 Сосуществующие амфиболы В природе встречаются не только двух-, но и трехамфиболовые ассоциации. Например, в амфиболите из Кривого рога помимо Crd и Pl96 установлены два бедных Са амфибола Mg/(Mg + Fe) Al(в формуле) Cum 0.74 0.37 Ath 0.78 0.91 и одна обыкновенная роговая обманка. Это поразительные ансамбли: высококальциевые роговые обманки и основные плагиоклазы ассоциируют с Ged и Ant. В метапелитах из штатов Массачуссетс и Нью Хэмпшир (США) помимо ромбического Ath и моноклинной Hbl встречается жедрит (Ged). Вот соотношения их составов: Hbl 2-3 0.8 30X 101A G B9 X 2-5 A J87D 2-1 2-2 2+ (Ca/Ca+R ) в М4 Act 0.4 0.0 0.0 Ath 0.4 0.8 1.2 Тетраэдрический Al 1.6 Взаимные твердые растворы в системе Act-Hbl-Ath-Ged. Конноды соединяют составы сосуществующих роговых обманок с антофиллитом и одну ассоциацию Ath+Ged. Сос тавы А и В - первичная и вторичная Hbl, соответственно, в одном образце метапелита 2.0 (Robinson et al., 1971). Ged Моноклинные амфиболы Твердый раствор куммингтонит (Cum) – грюнерит (Grn) Теоретически этот твердый раствор не должен содержать Са. Но в природных куммингтонитах, в позиции М4 почти всегда присутствует примесь Са. Нам предстоит найти объяснение полиморфизму амфиболов и, как следствие, систематическому сосуществованию его разновидностей. С этой целью Камерон (Cameron, 1970) изучил систему Ca7Si8O22(ОН)2 –Mg7Si8O22(ОН)2 – Fe7Si8O22(OH)2 при давлении 2 кбар. Результаты позволили ответить на некоторые из поставленных выше вопросов. В частности – на вопрос о сосуществовании Cum-Grn амфиболов с ромбическими амфиболами. Вот его результаты: Ca7Si 8O23 (Cameron, 1970) Opxss +Qtz Athss+ Cumss +Opxss +Qtz Cum ss+Opxs s+Qtz Температура, oС 800 РН 2О =2 кбар. (а) Cpxss +Qtz Act+ Cpxss+ Qtz ss Acts s Actss + Cums s Cums s Cum ss+Ant ss Mg7 Si8O23 Act ss + Cum s s Cums s + + Cpxs s Cpx ss + + Qtz Qtz Athss+Opxs s+Qtz 700 Cumss+Cpx ss+ Opx ss+Qtz Cumss+Cpx ss+Qtz Act ss +Cums s+Cpx ss+Qtz Athss + Cumss 600 Cpxs s+Opxs s +Qtz Ac tss +Cpxss +Qtz ? Cumss Actss Actss +Cums s 500 ? ? (б) A thss Antss Fe 7Si 8O23 0 20 40 60 Актинолит, мол.% 80 100 При постановке опытов Камерон учел результаты К.Шюрмана и фазовые соотношения в диапазоне составов Hbl 0.35 >XMg>0.65 (см. диаграмма а). Из его результатов следует, что фазовый переход Ath в Cum обусловлен вхождением Са в позицию М4 группы катионов Х (диаграмма б). 10 G e 800 C 0.9 o 0 80 C 100 O 0 C O aFe aMg O 10 0 0 OC 0.7 O 10 0 10 -10 C 0.5 O 0 80 -20 Hm O 0 80 Gm C 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 XFe 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 XFe O C 10 0 OC 80 0 -30 C 0.3 -40 C 0.1 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 XFe Термодинамические свойства смешения в твердом растворе Cum-Grn (Ghiorso, 1998) Куммигтонит нередко развивается по ортопироксену, а в железистых породах – по оливину, часто в присутствии кварца. Такие породы встречаются во многих метаморфических комплексах мира (породы гранулитовой и амфиболитовой фаций). 6 Cum+Opx+Qtz Давление, кбар 90 5 Предел стабильности куммингтонита с оливином (Ol) и ортопироксеном (Opx) в в присутствии кварца как функция давления воды и железистости Cum. 85 80 4 60 75 70 50 3 40 Cum+Ol+Qtz 2 0 660 10 20 30 680 700 720 740 760 780 800 o Температура, С Цифры на изоплетах – мольный процент грюнерита в твердом растворе Cum-Grn ЩЕЛОЧНЫЕ АМФИБОЛЫ В щелочных амфиболах Ca/Na = 0-0.5. Из-за избытка катионов их формулы иногда приходится рассчитывать на 23 кислорода: Глаукофан: Na2Mg3Al2Si8O22(OH)2 Рихтерит: (Na2Ca)3(Mg, Fe2+)5Si8O22(OH)2 Арфведсонит: (Na2,5Ca0,5)3(Mg,Fe2+,Fe3+,Al)5(Al0.5Si7.5)8O23(OH)2 Рибекит: Na2(Fe2+,Mg)3(Fe3+)2Si8O23(OH)2 Катофорит: (Na2Ca)3(Mg, Fe2+)4(Fe3+,Al)(Al1Si7)O23(OH)2 Экерманит: Na2.5Ca0.5(Mg,Fe3+,Al,Li)5(Al0.5Si7.5)O23(OH)2 Изоморфизм Составы Ca(Mg, Fe2+)Na(Al, Fe3+) Gl - Rbk, Ek - Arf NaAl Si Все (слабый) Ca 2 Na Rbk Rich Gl Fe3+ Al Gl Rbk, KtpArf Fe2+ Mg Все 1 0.5(Fe,Al) 2O 3 2 3 ? af-Rbk ? Rbk f-Arf (Fe,Mn)O Составы амфиболов из щелочных гранитов (1), нефелиновых сиенитов и щелочных сиенитов (2), карбонатитов и других щелочнокарбонатных пород (3) (Перчук, Рябчиков, 1976). m-Rbk m-Arf MgO Моноклинные Ca-Na–K амфиболы Роговые обманки (СаО>5 масс. %) имеют теоретическую формулу: Ca2Mg5-nFenSi8O22(OH)2. В тремолите n=0-1, в Fe-актинолите n=4-5, в актинолите n=1-4 Встречаемость: измененные перидотиты, амфиболиты, доломиты, мраморы, зеленые сланцы, железистые кварциты. Устойчивость: Ca2Mg5Si8O22(OH)2= 2CaMgSi2O6+3MgSiO3+SiO2+H2O или Tr = 2Di + 3En + Qtz + H2O Ca2Fe5Si8O22(OH)2= 2CaFeSi2O6+1.5Fe2SiO4+2.5SiO2 + H2O или Fe-Act = 2Hеd + 1.5Fa + 2.5Qtz + H2O Смесь множества миналов на основе актинолитовых и щелочных амфиболов дает обыкновенную роговую обманку: (Ca,Na, K)2-3(Mg,Fe2+, Fe3+, Ti,Al)5(Al1-2,Si7-6)O22 (OH, F, Cl)2 либо базальтическую (в основных вулканических породах) с (Fe3+/ Fe2+) 0.66 Ca2(Na,K)0.5-1(Mg,Fe2+)3-4(Al,Fe3+)2-1(Al2Si6)8O22(O,OH,F,Cl)2, которая отличается от обыкновенной не столько по составу, сколько по оптическим свойствам. При нагревании любая Hbl переходит в базальтическую. Для петрологических построений нередко оказывается полезным условный минал (в природе он не встречается) амфибола чермакит Ca(MgnFe3-n)3(Al,Fe3+)2(Al2Si6)O22(OH)2 В субвулканических и вулканических породах повышенной щелочности нередко встречается керсутит Ca2(Na,K)(Mg,Fe2+,Fe3+)4(Ti)1(Al2Si6)(O23)(O,OH,F,Cl)2 В интрузивных щелочных породах встречается баркевикит (ХMg<0,5): Ca(Na,K)(Fe2+,Mg,Mn,Fe3+)5(Al1.5Si6.5)O22(OH,F)2 В долеритах Ю. Сахалина баркевикит ассоциирует с Pl и Cpx, кристаллизуясь по такой схеме (Yagi,1953): баркевикит=>керсутит=>гастингсит=>арфведсонит В самых разнообразных метаморфических и магматических породах можно встретить феррогастингсит NaCa2(Fe,Mg)4(Al,Fe3+)(Al2Si6)O23(OH,F,Cl)2 эденит NaCa2(MgnFe5-n)5(AlSi7)8O22(OH,F)2 паргасит: NaCa2(Mg,Fe)4.5(Al0.5)(Al1.5Si6.5)8O22(OH,F)2 Паргасит отличается от феррогастингсита содержанием Al, являясь промежуточным по составу между эденитом и гастингситом. Все эти роговые обманки встречаются преимущественно в магматических породах. 1.0 Act Ts Ca/(C a+Na+K) 0.9 0.8 0.7 Par Ed 0.6 0 0.1 0.2 0.3 Al/(Al+Si+Ti+Mn+Fe+Mg) Законмерное изменеие состава роговых обманок из пород байкальского разреза Шарыжалгайского комплекса в координатах Х Ca-X Al. Магнофорит - высококалиевый амфибол, богатый Mg, Ti и бедный Fe, Al. Впервые он был обнаружен в в лейцитсодержащих лампрофировых дайках района Кимберли, Австралия (Prider,1939). Формула магнофорита имеет вид: (K1.05Na1.02Ca1.07)3.14(Mg4.6Mn0.01Fe2+0.29)4.9Ti0.32 (Si7.58Al0.29Fe3+0.07Ti0.06)8O22(OH0.45F0.59O0.96)2. Впоследствии выяснилось, что эти дайки ассоциируются с лампроитами, в которых обнаружены крупнейшие в мире месторождения алмаза (например, трубка Аргайл). Так что магнофорит может служить своеобразным индикатором алмазоносности. . VI Al =1.25 70 4 VI Al =1.25 V , cм /моль VI -0 VI Al=1.0 3 Al =0.75 60 e 3 V, cм /n/моль . Al=1.0 -4 VI Al =0.75 VI Al =0.5 -8 VI Al =0.5 50 Fe-Hs VI Al =0.25 0.5 -12 Pg Fe-Hs VI Al =0.25 0.5 Объем смешения роговых обманок Pg . . 28 Al ) В Hbl (Y+Z 26 500oС 600oС Смещение изоэлектрической точки Al в амфиболах из миаскитов Ильменогорского комплекса (Южный Урал) по аналитическим и геотермометрическим данным 24 22 20 18 16 Миаскиты 14 0. 4 0. 5 0. 6 в Hbl Na+K (Na+K+Ca ) . Устойчивость роговых обманок 40 P H2O =1 кбар 10 N e+ A +H 2O n+S pl Рs , кбар o+ Di + F промежуточные паргаситы Hc+An 2 Fe SiO -A 2 + ct H 2 O H) 10 4 +F a+ Hd +Fa +N e+ . He d F e-Ha s амфиболовый лерцолит 6 O +H 2 Si O 2 n+ лерцо лит Tr 20 8 E Di + 30 т (O 2 ли но O 2 ти Si 8 ак +)n ив g 1 йч M то e 4 -n Ус a 2(F C Давление воды, кбар гра нат овый лерцолит . 2 Plлерцолит 600 800 1000 1200 Температура, оС Устойчивость роговообманкового лерцолита на диаграмме температурадавление воды (Kushiro, 1968) 200 400 600 800 1000 o Температура, С Стабильность некоторых кальциевых амфиболов в зависимости от Т и Рs при давлении воды 1 кбар