Параморфозы

Параморфозы представляют собой превращения метастабильных или ставших неустойчивыми форм какого-либо соединения в устойчивые. Они известны каждому на примере марказит—пирит или высокотемпературный кварц низкотемпературный кварц. Часто наблюдаются все промежуточные стадии превращения. Весьма странно, что метастабильная, а иногда и высокотемпературная формы могут сохраняться в течение геологического времени уже в частично превращенном виде. Как показывают данные металлургии, такие явления могут быть обусловлены присутствием небольших количеств посторонних компонентов. Однако для объяснения природных явлений они вряд ли могут привлекаться во всех случаях. В этой книге упоминаются многочисленные примеры. Более подробно рассматриваются и частично сопровождаются иллюстрациями, например, арсеноламприт — мышьяк, гуанахуатит — парагуанахуатит марказит — пирит, метациннабарит — киноварь.

Совершенно непонятно бесспорное наблюдение, когда метастабильный марказит может замещать даже пирит, что, собственно говоря, с термодинамической точки зрения бессмысленно. При этом не подразумевается превращение под влиянием радиоактивного воздействия, однако встречаются такие превращения.

Распад твердых растворов

Общие сведения. На колоссальном многообразии твердых растворов у минералов останавливаться нет необходимости. При большом сходстве ионных радиусов «компонентов», строения кристаллической структуры, типа связей и др. твердые растворы остаются устойчивыми вплоть до комнатной температуры и много ниже (но не до абсолютного нуля); при их больших различиях твердый раствор по мере понижения температуры становится неустойчивым и может подвергаться распаду. Часто распад может начинаться внезапно, как только достигается определенная граница, в других случаях сохраняется неравновесное состояние. Начало процесса зависит от взаимодействия очень многих факторов и не может быть определено заранее. Быстрое охлаждение, химическое родство компонентов, небольшое число дефектов кристаллической структуры, в общем, благоприятствуют переохлаждению твердого раствора, участие же в нем дополнительных компонентов может сильно повышать, а также и понижать (что чрезвычайно важно в технике и детально исследовалось металлографией) возможность переохлаждения. Распаду способствуют медленное охлаждение, аномальные смеси, небольшие посторонние включения, напряжения, вызываемые различного рода деформациями, и др.

Устойчивые и компактные кристаллические структуры

Весьма устойчивые и компактные кристаллические структуры, например, силикатов и частично также окислов, подвергаются распаду со значительно большим трудом, чем большинство металлов и особенно сульфиды. Очевидно, при этом имеет значение отличие ионной связи от металлической (наряду с другими причинами).

При наступлении распада образуются тельца распада, вначале очень малого размера, которые могут такими и остаться, однако обычно вследствие собирательной кристаллизации они вырастают до микро- или макроскопически различимых размеров. Если же они остаются субмикроскопическими, то при достаточном количестве продуктов распада твердого раствора двухфазность обнаруживается на дебаеграмме; иногда ее можно заметить и в отраженном свете.

В отношении минерального состава распада твердых растворов следует заметить, что имеются постоянные переходы между «простым распадом», «сложным распадом» (оба понятия в смысле Ниггли), распадом аномальных твердых растворов, распадом с небольшим привносом и выносом вещества и, наконец, полным преобразованием минерального состава.

«Простым распадом» Ниггли называет такие случаи, когда подвергающийся распаду твердый раствор химически может быть представлен как простая сумма возникающих продуктов распада; например, пертит, состоящий на 90% из ортоклаза (KAlSisOe) и на 10% из пластинок альбита (NaAlSi,Q8), ранее представлял собой высокотемпературный полевой шпат с 90% ортоклазовой и 10% альбитовой молекулы. Аналогичные распады: гематит — ильменит и шапбахит — галенит.

«Сложный распад» происходит, напротив, с нарушением стехиометрического отношения. Если при распаде полевого шпата наряду с ортоклазом возникают таблички гематита, то либо твердый раствор не соответствовал точно формуле полевого шпата, либо новообразованный ортоклаз должен был поглотить части «железного полевого шпата», либо, наконец, что-то должно было быть вынесено.

Привнос и вынос вещества

К этому типу относятся, например, пары таких минералов, как магнетит — ильменит или линнеит — миллерит. Обычно высокотемпературный твердый раствор не является точно стехиометрическим, представляя, таким образом, так называемый «аномальный твердый раствор». Очень многие исходные вещества при распаде являются аномальными твердыми растворами: например, феррит — когенит, халькопирит — пирротин, оливин — магнетит, корунд — рутил.

Привнос и вынос вещества часто имеет место в системах и при процессах, для которых можно предположить большую подвижность. Некоторые малопонятные «распады», в строгом смысле этого слова уже не являющиеся таковыми, могли бы быть объяснены подобным образом. Поскольку высокотемпературный твердый раствор, в сущности, может не быть сходен ни кристаллографически, ни по формуле, не считая, конечно, суммарного химического состава, ни с одним из продуктов своего распада, то полные изменения минерального состава, как, например, распад гематит- ильменита состава FezO, : FeTiOs (l:1) на рутил+магнетит или борнита CusFeS4 на халькопирит + 2 молекулы халькозина или реакции разложения некоторых сульфоантимонитов свинца, очень трудно четко отделить от распада твердых растворов.

В отношении механизма распада также необходимы небольшие разъяснения. Кристаллические структуры исходного кристалла и продуктов распада обусловливают как легкость распада, так и форму, и расположение конечных продуктов. При большом сходстве структур первоначальные формы сильно изменяются и даже становятся неправильными; кроме того, вследствие легкости миграции вещества они часто затушевываются или становятся нетипичными, так что их уже больше нельзя определить как структуры распада твердого раствора. При больших различиях, например, когда один параметр структур совпадает, а другие несколько различны, появляется значительное предпочтение определенных направлений, и вследствие этого возникают «типичные» формы. То же самое имеет место, когда одна из кристаллических структур, особенно кристаллическая структура «хозяина», обладает неплотной упаковкой и содержит, например, пустые каналы, ячейки, швы слоистой структуры; они также предопределяют форму телец распада.