Физико-химические
среды образования минералов и роста их кристаллов таковы: магма, водный жидкий
раствор, газ, гетерогенные системы газ – жидкость, коллоидные растворы, твердые
(кристаллические и аморфные) среды.
Магма по своей физико-химической
сущности является не простым расплавом (как, например, вода по отношению ко
льду, расплавленный сахар по отношению к кристаллическому сахару – в них состав
жидкости полностью отвечает составу кристаллов). Магма – это особый раствор,
вернее, раствор-расплав. Гранитная магма не точно тождественна гранитам и т. д.
Магматический расплав – это силикатный (а поэтому вязкий и существующий только
при определенных температурах) раствор, в нем, как в растворителе, существуют
подобно водным растворам анионы и катионы, простые и комплексные, а также анионные
группировки типа (Si2O7)6-,
n(SiO3)2n-, (MgO6)10-,
(CaO6)10-,
(AlO4)5-,
(SiO4)4-
и др. Это как бы готовые каркасы (скелетики) для кристаллизации. Кроме них, в
магме имеются H, S, Cl, F, C (форма их
нахождения неясна), а также Na, K и др. Путем кристаллизации из магмы образуются
главные породообразующие минералы магматических горных пород и некоторые руды в
них (хромовые, железные, титановые и др.).
Водные жидкие растворы образуются
за счет эндогенных и экзогенных процессов, первые называются гидротермальными,
вторые – поверхностными (вадозными) растворами.
Имеется
несколько источников H2O в гидротермальных растворах.
1.
Во-первых, это остывающие (застывающие) магматические очаги. При
кристаллизации магмы от нее постепенно отделяются летучие вещества. Они
поступают во вмещающие породы, конденсируются с образование жидких минерализованных
водных растворов.
2.
Во-вторых, H2O и CO2 выделяются в глубинных зонах земной коры за счет реакций
дегидратации и декарбонатизации глин, мергелей и других осадочных
горных при процессах метаморфизма.
3.
В-третьих, источником H2O являются процессы дегазации мантии, выделение
из нее углеводородов и их окисление при подъеме во все более верхние горизонты
земной коры с образованиемH2Oи CO2 .
Реакции описываются следующей схемой: CH4 + 2O2 = 2H2O + CO2.
Эти
реакции идут с выделением тепла, сопровождаются разогревом флюидов и мощным
прогревом окружающих пород.
4. Поверхностные
воды.Программирование на Дельфи. Исходники на C# Исследования показали, что они могут мигрировать до глубины 500 м и более, постепенно
разогреваясь и минерализуясь за счет извлечения веществ из горных пород на
своем пути.
Источник
растворенных в гидротермальных водах компонентов также различен. Часть
растворенных выносится вместе с водой из магматических очагов, часть из
дегазированной мантии, часть из вмещающих пород. Главной формой переноса
веществ растворами являются комплексные ионы, например медь переносится в виде
(CuCl2)–
нейтральными или слабокислыми растворами и в виде (Cu(HS)2)–
– щелочными; золото в виде (AU(HS)2)–, (AuCl2)–,
серебро – (AgCl2)–, (Ag(HS)2)–,
молибден – (NaHMoO4)0, (HMoO4)–,
(КHMoO4)0.
Примеры
минеральных месторождений, образовавшихся из гидротермальных растворов
многочисленны, например, месторождения сульфидов – пирита, халькопирита,
галенита и др.
Поверхностные водные растворы –
это, это, во-первых, грунтовые, карстовые, почвенные воды, из них
кристаллизуются, например, карбонаты – (кальцит и арагонит) в виде сталактитов
и других образований в карстовых пещерах. Во-вторых, это озерные, морские,
лагунные воды. Из них в процессе кристаллизации образуются, например, залежи
каменной соли, гипса, некоторых разновидностей известняков.
Газ как среда кристаллизации относительно
редок. Из вулканических газов кристаллизуются гематит, нашатырь NH4Cl и некоторые
другие минералы. Из газов нередко растут кристаллы льда. В природных
геологических средах кристаллизация из газа возможна только при очень узком
диапазоне давления воды при определенной температуре. Вода обычно является
жидкостью и находится в надкритическом (флюидном) состоянии – это и не газ и не
жидкость. Условия, при которых возможна кристаллизация из газа, называются
пневматолитовыми.
Гетерогенные системы (газ – вода,
газ – водный раствор) образуются в особых случаях. Наиболее очевидны причины их
образования в областях современной вулканической деятельности при просачивании
горячих водных растворов (термальных вод) по системам трещин вверх. В какой-то
момент внешнее давление окажется достаточно низким, чтобы началось испарение растворенных
газов – СО2 и др. Так же дегазируются воды минеральных источников.
Коллоидные системы являются средой
для образования минералов в придонных илах и других осадках водных бассейнов и
во время их диагенеза. Так возникают различные глинистые минералы, гидроксиды
алюминия и железа, часто для них характерно оолитовое строение минералов.
Иногда раскристаллизация коллоидов происходит в горячей среде, например, случаи
выпадения гелей кремниевого состава в термальных водах в областях современного
вулканизма и раскристаллизация из них опала.
Твердые среды образования минералов могут быть аморфными и
кристаллическими. Примером аморфной среды может служить раскристаллизация
вулканического стекла. Для кристаллической среды возможны три типа явлений.
Во-первых, это полиморфные превращения веществ: переход алмаза в графит,
высокотемпературного кварца в низкотемпературный, ромбический арагонит (CaCO3) в
тригональный кальцит и т.п. Так возникают псевдоморфозы одной полиморфной
модификации по другой, их называют параморфозами.
Во-вторых, это распад твердых растворов на смесь фаз, в-третьих – метамиктный
распад радиоактивных минералов на смесь фаз под действием собственного α-излучения.