РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВА МИНЕРАЛОВ
Очевидно, что макрогеологические процессы происходят через (ведут к) микроизменения в минеральном веществе, механизм которых еще только исследуется [170], но уже давно возникла необходимость описания изменений в минеральном веществе на количественной основе [11]. Рассмотренные в разделе 1 типоморфные признаки состава минералов и установленные индикаторные параметры (железистость, щелочность, степень окисленности, Na+Al/Ca+Mg, Na+K/Al) позволяют сравнивать минералы, но не дают информацию о процессе (динамике) изменения состава. Естественным образом возникает вопрос, носит ли изменение состава закономерный характер и каким образом выразить изменение состава, чтобы перейти от описательного к количественному сравнению, от статики к динамике. В аспекте установления функциональных зависимостей этот вопрос рассмотрен нами впервые и изложен в работах [95-98].
2.1. Сущность метода динамических связей между компонентами минералов и природа линейных зависимостей
Предложенный метод исследования динамики изменения состава состоит в построении зависимостей между парами компонентов (компонетами могут быть химические элементы, оксиды, кристаллохимические коэффициенты, их однородные комбинации). Для этого в декартовой системе координат откладываются точки составов так, что абцисса каждой точки соответствует содержанию одного, а ордината - содержанию другого компонента, взятых из одного химического анализа. Число точек на графиках - это число химических анализов данного минерального индивида (или индивидов одной генерации минерала, или монофракций одного минерального вида и т.д.). Выбор пар компонентов для построения графиков носил логически-интуитивный характер, основанный на знании индикаторных параметров состава минералов и других соображениях. Это позволило сократить количество возможных парных комбинаций с , например, у амфиболов (n=13) с 78 до 20-22. Однако, такой выбор не гарантирует, что не упущены какие-то важные зависимости, но это уже задача будущих исследований. В результате отбора для всех породообразующих минералов выбраны для исследования 18 зависимостей между следующими парами компонентов: Fe-Mg, Fe-Si, Fe-Ca, Fe-Al, Fe-Mg+Si+Ca, Al-Si, Al-Mg, Al-K, Al-Mg+Si, Al-Ti, Ti-Si, K-Ca, K-Na, Na-Mg, Na+Al-Si, K-Mg, Na+K-Mg+Ca, Na+Al+K-Mg+Si+Ca. При этом были построены графики с разделением по валентности (с учетом нахождения Fe в разной валентности) и без разделения по валентности (Fe* =Fe2++Fe3+). Как оказалось, зависимости, построенные с разделением Fe по валентности (Fe2+-Mg, Fe3+-Al) и без разделения (Fe*-Mg, Fe*-Al) аппроксимируются линейными функциями (оливины - рис. А.3.6, гранаты - рис. А.3.2, пироксены - рис. А.3.7, амфиболы - рис. А.3.4). Причем достоверность аппроксимации, во многих случаях, даже выше в зависимостях без разделения Fe по валентности. Это косвенно доказывает, что закономерные изменения компонентов обусловлены изоморфизмом не явно, а определяются другими, более значимыми факторами. Как известно из термодинамики, любые изменения в природе идут в направлении уменьшения энергии, следовательно, наиболее вероятно, что взаимное линейное изменение определенных компонентов состава минералов определяется этим законом в соотвествии с РТ-условиями минералообразующей среды. В этой связи интересны исследования и выводы, сделанные Л.В. Горбуновым [28, 29]. Он предложил рассматривать изоморфные смеси как термодинамические системы с переменным числом частиц, понимая под частицами атомы, ионы или молекулы, при взаимодействии которых проявляются изоморфные замещения. У систем с переменным числом частиц термодинамический и химический потенциалы, приходящиеся на одну частицу, равны. В [28] на примере ряда систем было показано, что изменение термодинамического потенциала линейно связано с температурой и содержанием компонента. Следовательно, изменение содержания каждого компонента будет линейно зависеть от температуры. То есть при одинаковой скорости изменения температуры содержания компонентов будут линейно связаны, что и наблюдается из экспериментов Спира [210]. Интерпретировать систему с переменным числом частиц с позиций изоморфизма можно словами А.Е. Ферсмана как "один из способов достижения более устойчивых химических комплексов, аналогичных химическим соединениям". По-видимому, в природе реализуется этот способ устойчивости через взаимосвязанное линейное изменение определенных пар компонентов.
Выполненное исследование показало, что зависимости между компонентами состава минералов аппроксимируются линейными уравнениями вида Y = aX + b. Здесь X и Y - содержания оксидов элементов, связь между которыми исследуется, коэффициент a равен тангенсу угла между прямой (аппроксимации) и положительным направлением оси Х, а b - ординате ее пересечения с осью Y. Параметр, численно характеризующий правильность аппроксимации, называется коэффициентом корреляции (R2). Оказалось, что при малых значениях R2 точки на графиках располагаются хаотически (незакономерно), а не описываются какой-то другой функциональной зависимостью, как можно было бы предположить.
Выводы к 2.1
- у каждой минеральной группы есть свои устойчивые пары компонентов, связи между содержаниями которых описываются линейными зависимостями;
- в пределах конкретной пары элементов существуют устойчивые (с сохранением характера изменения компонентов) и меняющиеся связи;
- параметры уравнений аппроксимации (коэффициенты a, b, R2) составов минералов коррелируют с условиями их генезиса, следовательно, могут быть использованы для генетических построений;
- наличие функциональных связей между компонентами минералов позволяет перейти к их количественной характеристике и может быть основой нового метода исследования генезиса пород по динамике изменения состава минералов.
2.2. Роль кристаллохимических факторов
При обсуждении причин установленных закономерностей высказывалось предположение, что возможной причиной л