Передбачуваний механізм росту халцедону
Peter J. Heaney, Прінстонський Університет.)
Резюме.
Структурні
відмінності, що відрізняють халцедон від макрокрісталліческого кварцу, припускають,
що під час зростання цих двох форм кремнезему діяли різні механізми
кристалізації. Хоча парагенезіс халцедону викликав виразні розбіжності
дослідників, огляд колишніх робіт наводить на думку, що халцедон може
осаджуватися із слабо насищенниих розчинів при відносно низьких температурах
(менше 100/С). Ці умови відкладення припускають модель кристалізації з
участю збирання короткоцепних лінійних полімерів через мостіковие мономери
кремнезему. Ця збірка відбувається за механізмом спірального зростання, активованого
гвинтовий дислокацією з b = n/2 [110], де n - ціле число. Орієнтовна модель
може пояснити багато особливостей халцедону, що спостерігаються на макроструктурної
рівні, як то: 1) напрямок подовження волокон швидше за [110], ніж по [001];
2) періодичне скручування волокон халцедону навколо [110]; 3) висока
щільність двійникування по бразильському закону; 4) звичайне зрощення моганіта з
халцедоном.
Введення.
Через
широкого розповсюдження в блізповерхностних породах халцедон виявився важливим
індикатором ряду геологічних процесів. Fournier (1977) та Аrnorrson (1977)
встановили, що халцедон - геотермометр для гідротермальних розчинів, а
Gislason et al. (У друці) досліджували халцедон як модель співвідношень між
розчинністю і розмірами частинок. З деякими обмеженнями, седіментологі
встановили, що lenght-slow халцедон може бути свідченням про зниклих
евапорітах (Folk and Pittman, 1971; Hatter, 1989). Агати можуть складатися
частково або цілком з халцедону, та теорії освіти агата запропоновані під
безлічі статей в професійних і аматорських журналах. В останні роки
агат привернув увагу як можливий прояв процесів самоорганізації в
геологічних об'єктах (Wang A. Merino, 1990).
Фактори,
що ведуть до осадження кремнезему в мікроструктурних волокнистої формі, розуміються
недостатньо, частково як наслідок її природного достатку. Халцедон росте в
газових міхурах як у кислих, так і в основних виверженнях; він заповнює шви і
порожнечі в інтрузивні і метаморфічних породах; і заміщає попередні
мінерали в осадових породах. Ця різноманітність умов зростання майже не
обмежує його парагенезіс. Аналогічно, спроби синтезувати халцедон
виявилися успішними багатьма різними шляхами. Серед предтеч штучно
отриманого сферолітового кремнезему - природний обсидіан (див. Frondel, 1962),
труби з кремнеземні скла (White and Corvin, 1961), силікагель (Оehler,
1976) і опал-А (див. огляд про парагенезісе опалу Williаms et АI., 1985 .).
Більшість
досліджень походження халцедону зосереджено на температурі
кристалізації і хімії облягати рідини. Оскільки польові роботи і
експериментальний синтези не повністю розв'язали цю проблему, ця стаття
підходить до утворення халцедону майже виключно у структурній перспективі.
Останні дослідження халцедону з використанням порошкової рентгенодіффракціі
і ТИМ (Graetstch et al, 1987; Неаney а. Роst, 1992; Hеапеу еt аl. у пресі)
виявили різноманітність і щільність дефектів, незвичайні для ідеального
а-кварцу. Ці дефекти можна інтерпретувати як скорочення структурні
стану - наслідки швидкого зростання. Як такі, вони можуть суворо
обмежувати механізм утворення халцедону, і по них можна припустити
характер попередньої рідини.
Номенклатура кремнезему.
Халцедон
- Назва різновиди, яке в минулому вживалося досить вільно, але
в даній статті термін відноситься тільки до мікрокристалічного (менше 1 мкм)
волокнистої кремнезему, дотримуючись класифікації ger.Florke et al. (1991). Так як
агат складається в основному з концентрично-зонального сферолітового волокнистого
кварцу, він вважається подразновідностью халцедону. На відміну від нього, кремінь --
равномернозерністая форма мікрокристалічного кварцу, і опал містять різні
кількості аморфного кремнезему, трідіміт і кристобаліт. Отже, кремінь
і опал - інші різновиди кремнезему.
Зовнішність
кремпезема повністю описані Фронделом (1962). Не-агатових халцедон --
ниркоподібним або сталактітоподобний, з восковим просвічуванням, мало або зовсім
НЕ пігментованою. У агата ж текстури можуть бути вкрай складними. Агати
зазвичай зустрічаються у вигляді круглих або мигдалеподібних жеода в газових міхурах в
вулканічної що вміщає породу, і в поперечному розрізі виявляють
концентричну кристалічну текстуру. Хоча агати вражають текстурованим
різноманітністю, послідовність кристалізації звичайно виражається в такий
чином: сфероліти халцедону зароджуються в окремих точках вздовж стінки
порожнечі, і мікрокристалічне волокна тягнуться до центру міхура. При зростанні ці
сфероліти з'єднуються, утворюючи єдиний шар, паралельний стінці порожнечі; такий
тип халцедону відомий як вистилає. За цими шарами радіально-волокіістого
кремнезему може слідувати дрібнозернистий кварц (менше 1 мкм, зібраний в
горизонтальні шари, відомий в народі як онікс. І що вистилає халцедон, і
горизонтальний кварц можуть бути сильно пігментованих такими оксидами, як
гематит і піролюзит. Нарешті, що вистилає халцедон і горизонтальний кварц часто
поступаються грубозернистий друзовому кварцу. Ця послідовність текстур може
повторюватися в одній жеода кілька разів, і люобая з них може відображатися в
даній послідовності. Однак майже у всіх агатів одна загальна ознака: коли
присутні і волокнистий, і друзовий кварц, волокнистий майже завжди обволікає
друзовий (Сунагава і Охта, 1976; Макферсон, 1989).
Походження халцедону: попередня робота.
Дискусії
про відкладеннях халцедону зазвичай фокусувалася на двох пов'язаних між собою
питаннях:
1)
При якій температурі утворюється природний халцедон?
2)
Який хімізм попередньої рідини?
Температура осадження.
Доводи
на користь відносно високих температур кристалізації халцедону зазвичай
виходять з припущення, що розчини, з яких осідає халцедон, виникають
під час відділення летючих з глибоких Магма (Супагава і Охта, 1976; Флерко і
др., 1982; Бурхардт, 1986). Вважається, що ці розчини течуть імпульсами, як
гейзери, і відкладається халцедон рівномірними шарами всередині газових бульбашок у відповідь
на падіння тиску при вступі розчинів у відкриті порожнини. З цієї
гіпотези випливає, що повторне відкладення, характерне для вистилає
халцедону, походить від гідроротермальной пульсації. На підтвердження високих
температур наводяться експерементальні синтези халцедону: Уайт і Корвін (1961)
при 400гр. і 340бар; Олер (1976) - при 100 - 300гр.; Кастнер (1980) - при 150 --
240гр. До того ж Блакенбург і Бержкер (1981) припускають температури
освіти агатове халцедону вище 375гр, грунтуючись на геотермометре
крісталлітного розміру.
Поряд
з цим можна відзначити, що експериментальні синтези халдедона як правило
виконуються при підвищених температурах для того, щоб скоротити тривалість
процесу. Таким чином, експерименти не виключають можливості освіти
халцедону в більш холодній обстановці. Вивчення ізотопів кисню в юрських
агата з вулканітів Кару в Намібії (Харріс, 1989) вказує температуру
відкладення в межах 26 - 169гр. Харріс (1989) надає перевагу 120гр.,
але Сондерс (1990) вважає, що більш реальна для юрського періоду температура З9
- 85гр. Повторний аналіз цих даних і відсутність буквального свідоцтва
кипіння призвело результати Харріса в повну відповідність з дослідженням
Фалліко та ін (1985) стабільних ізотопів, що вказує для осадження
халцедону в шотландських агата 50гр. з рідини, принаймні частково
що складається з метеорний води. Звичайне знаходження халцедону з низькотемпературними
глинами здається говорить на користь можливості осадження халцедону при IООгр. або
нижче. Хардер (1993) зазначає, що зелена шкірка на багатьох агата складається з
селадоніта, глауконіту і бертьеріта, а Інгерсон (1953) описує халцедоновие
мигдалини з третинних андезитів в тісній асоціації з жовнами, що містять
кальцит, сапоціт і монтморилоніт. Аналогічно, халцедон в окремнелих міоценових
Коралі зустрічається з сінгенетічним палигорськіту (Стром та ін, 1981).
Таким
чином, хоча навіть лабораторньне синтези халцедону зазвичай проводилися при
температурах вище 15Огр., безліч прямих аналітичних даних вказує, що
принаймні в деяких випадках халцедон утворюється з рідин, що складаються
частково або головним чином з "метеорний води".
Попередник - гель або розчин?
Представлення,
що халцедон передує в'язкий гель кремнезему, запропоновано принаймні
ще Лізегангом (1915), успішно імітувати в штучних гелях кольорову
полосчатим, характерну для природних агатів. До того ж особливості,
нагадують деформацію м'якого тіла, змусили багатьох вчених постулювати
студневое походження халцедону. Так, луковіцеобразние розширення,
примикають до стінок порожнин (що проводять канали) і "фортифікаційні
структури "були приписані викривленням пластичної середовища (Шоуб, 1955;
Ландмессер, 1988; Моксон, 1991). Більш того, неправильні форми деяких
агатів і просвічують халцедони тлумачилися як свідоцтва в'язкого
попередника (Гарлік і Джонс, 1990). Халцедон був штучно синтезований
з гелів і опалів (напр., Олер, 1976; Кастлер, 1980), і хитромудра модель
динамічної кристалізації халцедону робить висновок, що колоїд - попередник
агатове жеода - містить 1г. SiО2 в куб.см. гелю (Ванг і Меріно, 1990). При
щільності кремнезему 2,2 р./кв.см. такий кремнеземні ком містив би 64,7
вагу.% SiO2.
C
іншого боку, багато спостереження говорять проти можливості колоїдного
попередника. Електронна мікроскопія Ландмессера (1988) показала, що
справжні кільця Лізеганга в агата дуже рідкісні. Справді, показово,
що Лізеганг зміг відтворити агатових малюнок у гелях кремнезему, але не в
твердому кремнезему. Цілість полосчатим втрачається під час висихання (Фрондел,
лічн.сообщ.). Аналогічно, візерунки, які спостерігаються в провідних каналах, не
суперечать тієї ролі, яка їм приписувалася спочатку як каналів для
припливу облягати рідини. Зазвичай ці канали повторюють у мініатюрі всю
послідовність агата, і шари, близькі до усть, у двовимірних зрізах
звужуються. Більш того, багато дослідників показали, що зубчасті кірки багатьох
жеода типу цвітної капусти - насправді псевдоморфози по ангідриту (Чаунс і
Елкінс, 1974; Милик, 1979; Маліава, 1987).
Знаходження
грузлих гелів кремнезему під вміщає породу також виглядає проблематично.
Припущення Бланкенбурга і Бергера (1988), що крем'яні ксеноліти можуть
пережити випробування похованням, плавленням навколишнього породи і виверженням без
того, щоб розчинитися або якось інакше зруйнуватися, виглядає фізично
неправдоподібним. Якщо кремнезем не опинився спочатку у вміщає породу,
то має бути привнесений. Однак, як правило, вузькі проточні канали у
вміщає породу очевидно завадили б течією густого гелю у відкриті газові
порожнини. До того ж порожнечі, вже заповнені кремнеземом, повинні стати
фізичним бар'єром до наступних вторгненням в'язких рідин, але агати,
володіють повторної полосчатим халцедону і друзового кварцу, цілком звичайні.
До
того ж кремнеземні гелі зазвичай не перетворюються безпосередньо в халцедон.
Численні дослідження діагенеза Абісальна морських мулів (див. Вільямс і
ін, 1985) показують, що послідовність кристалізації включає
проміжний опал-А і опал-СТ. Ці кремнеземні фази не спостерігаються в
радіально-волокнистих Халцедоні навіть на мікроскопічному рівні (Новак, 1947;
Міджлі, 1951; Фрондел, 1962). Опаловое фази можна спостерігати в шарах онікса
(Греч та ін, 1985), але цей мінерал - равномернозерністий кварц, а не
радіально-волокнистий. Більш того, переважні експериментальні дані
вказують, що діагенез опалу-СТ в халцедон - це не перехід тверде-тверде;
замість цього він, здається, включає розчинення крістобаліта і повторне
осадження халцедону (Мізутані, 1966; Стейн і Кіркпатрік, 1976; Вільямс і
Крерар, 1985; Кейда і Уенк, 1989).
Структурні відмінності халцедону і кварцу.
Попередній
огляд польових і експериментальних результатів припускає, що принаймні
в деяких випадках халцедон утворюється з нев'язки рідин при відносно
низьких температурах. Однак суперечностей в інтерпретації достатньо, і їх можна
віднести за рахунок упокоренні прямих свідчень про кристалізації халцедону. З
допомога останніх досліджень мікроструктурних розбіжностей між ідеальним
кварцом і халцедоном отримані додаткові обмеження і може бути
запропонована модель освіти халцедону, не суперечить попереднім
дослідженням.
Досліди
з порошковим рентгенодіфрактограммам, виконані раніше в цьому столітті,
наводять на думку про структурну ідентичності халцедону з а-кварцом (Уошберн і
Навіас, 1922; Новак, 1947), а провідні вчені беруть відмінності між кварцом і
халцедоном як в основному текстурні. Однак останні дослідження інфрачервоних
спектрів (Фрондел, 1982; Греч та ін, 1985), рентгенівської діффракціі (Греч і
др., 1987; Хіні і Пост, 1992) та електронної мікроскопії в світлі, що проходить (Міе
та ін, 1984; Хіні та ін в печ.) показали характеристики складу а структури,
які відрізняють халцедон від макрокрісталліческого кварцу. Ці відмінності
полягають в наступному:
1.
Халцедон містить 1-2 вагу. % Води. З цієї кількості Флерко та ін (1982)
приблизно половину відносять до молекупярной воді інтерстицій, а половину - до
структурним сіланол-групам SiОН.
2.
Волкна халцедону виявляють хвилястість з періодом близько 1 мкм. уздовж
волокна. Фрондел (1982) вважає, що ця хвилястість є перемежовуються зони
високого та низького вмісту гідроксилу.
З.
Волокна подовжені вздовж [110], тоді як призматичний кварц зростає
паралельно (Мішель-Леві і Мюнье-Шальме, 1892; Фрондел, (1978).
4.
Волокна халцедону скручені навколо осі волокна (Мішепь-Леві і Мюнье-Шальме,
1892; Фрондел, 1978). Спільний поворот навколо оптичної осі "з"
уздовж напрямку волокна має результатом хвилясте згасання, якщо дивитися
зі схрещеними Миколая в петрографічні мікроскоп.
5.
Волокна халцедна містять дуже високу щільність площинних дефектів,
паралельних [101] і, можливо, [011]. Ці площини дефектів відокремлюють плиточки
лівих і правих індивідів товщиною 1ООА в бразильському двійникування.
6.
Халцедон тісно зростається з іншою фазою мікрокристалічного кремнезему --
моганітом (Греч та ін, 1987; Хіні і Пост, 1992). Моганіт можна представити як
похідне кварцу, де ламелі правого кварцу перемежовуються з ламелями лівого на
рівні елементарної комірки. Ці ламелі обмежені [101], і на відміну від
бразильських двойнікових дефектів, описаних вище, коливання строгою періодичністю
(Міе і Греч, 1992).
7.
Кристали халцедону володіють надструктур, відповідними 3 -, 4 - та 5 --
кратним первинним трансляцій а-кварцу (Хіні та ін в печ.). Хіні та ін
припускають, що ці сверхперіодічності виникають від місцевого розміщення
структурного водню.
Ймовірно,
як наслідок всіх цих або деяких відмінностей н спостерігаються разючі
невідповідності у фізичних властивостях халцедону і суцільного кварцу. Наприклад,
показники заломлення нижче, ніж у кварцу, і халцедон може виглядати двуосним
(Мішель-Леві і Мюнье-Шальме 1892; Фрондел 1962). Халцедон більш розчинний у
воді, ніж кварц (Фурньє і Роу, 1966; Уолтер і Хелджсон, 1977), він більш
енергійно реагує у присутності лужних рідин (Бін і Трегонінг, 1944;
Пелт, 1956). Нарешті, сингонія халцедону здається не Тригональна, а
моноклінної або триклініях (Хіні та ін в печ .).
Передбачуваний спіральний механізм росту халцедону.
Структурний
аналіз дефектів, що характеризують волокннстий кремнезем, наводить на думку, що
халцедон зростає за механізмом спірального зростання, що запускаються гвинтовий
дислокацією з вектором Бюргерса b = n/2 [110], де n - ціле. При цьому гвинтові
дислокації створюють в кристалах постійна виступ для приєднання
розчиненої речовини зростаючої гранню; як наслідок, сліральний зростання
забезпечує кінетичні переважний механізм для росту кристала з
розчинів при низьких пересичені (Франк, 1949; Верма і Крішна, 1966). Цей
відносно простий механізм росту успішно пояснює ряд дефектів,
властивих халцедон.
Напрямок
подовження.
Цілком
очевидно, що модель пояснює незвичайне напрямок подовження в?? локок
халцедону. Теорія ланцюгів з періодичних вузлів пророкує, що кварц повинен
бути подовжений по [001] відповідно до міцної спіральної ланцюгом із тетраедрів,
паралельної "с" (Хартман, 1959). Однак спіральний механізм росту
диктує зростання кристала паралельно напрямку вектора Бюргерса, виробляючи
за допомогою цього віскери або волокна. Таким чином, вектор Бюргерса n/2 [110]
в Халцедоні дає волокна, видовжені по [110].
Сручіваніе
волокон.
Органічні
сфероліти зазвичай показують в поляризованому світлі хвилясте згасання, дуже
схоже на Runzelbanderung халцедону. В обох речовинах таке оптичне
поведінка є наслідком регулярного cкручіванія навколо осі волокна. У
органічних сферолітах причиною скручування вважають гвинтові дислокації (Боуї,
1979; Янг, 1981), і дуже схоже, що це ймовірна причина скручування
волокон халдедона (Фрондал, 1978). Скручування виникає через поля
скручують напруг, пов'язаного з гвинтовою дплокаціей (Ешелбі, 1953; Веблен
і Пост, 1983), а ступінь скручування - функція як величини вектора Бюргерса,
так і щільності дислокацій. Отже, цей механізм може легко пояснити
широкі варіації (від 20 мкм до 300 см), що спостерігаються в періодах скручування
халцедону. Навпаки, припущення Ванга і Меріно (1990), що скручування
викликає Аl, не має очевидного структурного обгрунтування і не пояснює,
чому не скручені багато кристали димчастого кварцу, що містять підвищені
кількості Аl.
Бразильське
двійникування і вростання моганіта.
При
розгляді проекцій уздовж осі "з" енантіоморфних бразильських
двійників а-кварцу, крім ланцюгів тетраедрів, завиваю навколо осі
"с", ці структури містять ланцюжки тетраздров, що тягнуться паралельно
[110], і два напрямки, пов'язані з [110] гвинтовий симетрією, а саме
[-100] І [0-10]. Ланцюжки вздовж [110] складаються поперемінно з тетраедрів з
атомами кремнію з z = 1/3 і z = 2/3. Ці ланцюжки майже лінійно, а тетраєдри в
ланцюжках поперемінно спрямовані вниз і вгору. Коли такі ланцюга пов'язані безпосередньо
один з одним, вони утворюють листи тетраедрів, які містять в собі
структури трідіміта і крістобаліта. Однак у кварці ланцюга тетраедрів,
паралельні [110], пов'язані через мостіковие тетраєдри. Багато попередні
дослідження описували поверхню двійникування в бразильських двійників кварцу
(Макларен і Фекі, 1966; Ван Готем та ін 1977; Макларен Піткетлі, 1982). Ці
моделі звертають на себе увагу тим, що трансляцією одного двойнікового
домену на (+ -) 1/2 [110] може бути досягнуто лише майже точний збіг між
лівим і правим кварцу. Ця операція приводить кисневий каркас обох
енантіоморфних різновидів в досить гарне відповідність. Аналогічно,
вектор зрушення (+-)[ 110] змістить атоми кремнію при z = 1/3 і z = 2/3 в межах
ланцюгів тетраедрів по [110]. Проте атоми кремнію в мостікових тетраедра (при z
= 0) не співпадуть.
В
світлі цієї моделі для кордону бразильських двійників високі щільності
бразильських двійників, характерні для халцедону, можуть бути приписані гвинтовим
дислокація з b = n/2 [110]. Якщо n непарне, то механізм спірального зростання буде
накладати один на одного скиби протилежної форми і створювати кордон
бразильського двійникування. Якщо n парне, то енантіоформа не зміниться. Якщо n
випадковим чином змінюється від парних до непарних, то осаждающяйся халцедон буде
складатися з випадково переміжних верств лівого я правого кварцу. Якщо n
постійно непарне, то механізм спірального зростання створить надструктур, де
шари лівого і правого кварцу чергуються з суворою періодичністю на рівні
елементарної комірки. Хто картає структура відповідає моганіту.
Природа попередньої рідини.
Якщо
освіта халцедону йде по спіральних механізму, то за яких умов
спіральний ріст - кращий механізм кристалізації? Оскільки ідеальний
кварц і халцедон можуть осідати в середовищах, аналогічних по температурі і
тиску, здається схожим, що різновид кремнезему, які облягають з
материнської рідини, визначає хімія розчину. Дослідження Фурньє (1977), і
Уолтера і Хелджсона (1977), показали, що халцедон більш розчинний у воді, ніж
кварц, а кристобаліт і аморфний кремнезем - більш халцедону. Таким чином,
розчини, з яких осідає халцедон, очевидно мають більш високу
концентрацію кремнезему, ніж ті, з яких осідає ідеальний кварц, і
меншу концентрацію, ніж кристалізуючим кристобаліт.
В
суті, всі більш ранні моделі крісталлязаціі халцедону приймали, що
предшсствующая рідина принаймні частково полімеризовані по кремнезему.
Очевидно, ті моделі, що виходили з існування первинного гелю,
припускали, що кремнезем існує у своєму найбільш полімеризованого
стані, але навіть і ті петрогенетіческіе теорії, які не виходять з
первинного гелю, припускають деяку ступінь полімеризації (наприклад,
Сунагава і Охта, 1976; Флерко та ін, 1982). Підстава ддя такого допущення
виникає з сферолітовой текстури халцедону: радіально-волокністьге сфероліти
- Домінуюча форма, в якій полямери кристалізуються з розплаву (Кейт я
Педді, 1984; Бові, 1979).
Незважаючи
на досліди Бектолда (1955), зауваження, що в розчині можуть існувати слабо
розгалужені лінійні силоксанових ланцюга, було оскаржено Ілером (1979), який
наполягав, що мономери кремнезему об'єднуються в тривимірні поліциклічні частинки
SiO2 на самих ранніх стадіях полімеризації. Пізніші експерименти, однак,
досить рішуче показали, що можуть існувати прямі силоксанових ланцюга.
Здатність розчину давати волокна - тверду вказівку на лінійність ланцюгів, і
Сакка і Камійя (1982) вдалося витягувати волокна з гелів кремнезему,
полімеризація якого каталізувала HCl. Досліди по малоугловому
рентгсновскому розсіювання (Шефер і Кіфер, 1984; Шефер, 1989) також
підтверджують лінійність силоксанових полімерів, конденсованих з
монолітного тетраетоксіда кремнезему у кислому середовищі. Ці досліди з обробки
кремнезему показують, що лінійність ланцюга є строга функції рH, а велика
лужність тягне за собою більшу перехресне розгалуження. інші
розчинені катіони також можуть діяти на геометрію ланцюгів. Відомо,
наприклад, що нони (Na +) зменшують число мостікових киснем у полімерах
крменезема (Пассас та ін, 1982); передбачається, що (Nа +) інгібує
розгалужені.
Імовірність,
що полімерні ланцюги будуть співіснувати з мономірні кремнеземом, добре
підтверджується дослідами з хроматографічне фільтрації гелю (Крерар та ін,
1982). Це хроматографічне дослідження було проведено для нейтральних
розчинів крем'яної кислоти при концентрації 1000 ррm, щоб імітувати
гідротермальні флюїди, і досліди проводилися не тільки для чистої води, а й для
розчинів з додаванням солей. Отримані у всіх експериментах криві
вимивання розкрили бімодальне розподіл у молекулярному розмірі, а пік
меншого размра відповідає мономер кремнезему. Таким чином, процес
полімеризації виглядає не створює види кремнезему з поступовою градацією
довжини ланцюгів, а скоріше говоит про дискретних популяціях мономерів кремнезему і
однакового розміру полімерів.
Якщо
рідини, що передують халцедон, частково полімеризовані з кремнезему, то
передбачуваний спіральний механізм росту наводить на думку, що халцедон
кристалізується за допомогою збирання короткоцепних лінійних полімерів через
утворення містків між мономерами кремнезему. Лінійні ланцюги тягнуться
паралельно [110] і пов'язані мостіковимі тетраедра с (Z. Si = 0). Якщо халцедон
крісталлязуется з цього механізму, то описана вище модель композиційної
бразильської поверхні має на увазі, що енантіоформа структури визначається
становищем мостікових тетраедрів. Якщо "містки" мономер
кремнезему зв'язується з правим батьківським кварцом в тому місці, яке
відповідає правій структурі, то цей місток тетраедр приєднає
пов'язану з [110] ланцюг таким чином, що зберігається права форма кристала ..
Однак, якщо містки мономер локалізується в місці, що відповідає лівій
структурі, то ланцюг кремнезему по [110], яка зв'язується з цим мостіковим
тстраедром, буде зміщена на 1/2 [110] від ланцюгів кремнезему в правому кристалі.
Тим самим створюється кордон бразильського двійникування.
Локальна
енергетика має віддавати перевагу позиціонуванню мостікових
тетраедричних мономерів у такі місця, щоб збереглася енантіоформа
батьківських структур. Однак очікується, що деякі обставини
викличуть гвинтові дислокації з вектором Бюргерса n/2 [110] з непарним n, таким
чином змінюючи енантіоформу. Наприклад, швидка кристалізація може викликати
часті помилки в мостікованіі мономерів кремнезему до ланцюгів тетраедрів. Може
Можливо, настільки ж впливають на провокування бразильського двійникування і домішки.
Якщо катіон або навіть молекула води локалізовані у місці, нормально займаному
мостіковим тетраедрів, то мономер кремнезему можуть витіснити його в місце,
відповідне протилежної енантіоформе.
Петрологіческіе трактування.
Пропонована
модель має на увазі, що полімерна структура у попередній рідини
виражається в різновиди що осідає, з неї кремнезему. Два види вихідних
розчинів також заслуговують короткого розгляду: 1) сильно розбавлені
водні рідини; 2) колоїдні розчини.
розбавлені
водні розчини.
Якщо
концентрації розчиненого кремнезему дуже низькі, кристалізується
призматичний кварц (Хардер і Флемінг, 1970; Маккензі і Джиз, 1971; Вільямс і
Крерар, 1985). У таких розведених розчинах кремнезем в основному мономерний,
і швидкість росту є вкрай низькою. Це може пояснити появу верств друзового
кварцу в агата слідом за відкладенням верств вистилає стінки халцедону.
Текстурний перехід від халцедону до призматичним кварцу в агата майже завжди
вкрай різкий; проміжний шар перехідних кристалів присутній рідко.
Якщо вищеописана модель освіти халцедону вірна, то цей перехід пов'язаний з
перетворенням від розчину слабо полімеризованого кремнезему до
неполімерізованной рідини. Збільшення розведення материнської рідини
викликається самою реакцією конденсації:
(-=) Si
- ОН + НО - Si (=-) -> (-=) Si - O - Si (=-) + Н2O.
Поки
йде полімеризація, які облягають рідина втрачає Si і отримує воду. При
деякої критично низької концентрації навіть слабка полімеризація не може
підтримуватися, і залишок кремнезему мономерів. Слід кристалізація
друзового кварцу. Таким чином, послідовність халцедон - кварц, типова
в агата, представляє дозрівання материнської рідини, і повторювані
халцедон - кварцові текстури наводять на думку про послідовне надходження
частково полімерний рідини.
Сильно
пересичені розчини.
Якщо
рідина сильно полімеризовані з кремнезему, то полімери будуть проявляти
інтенсивне перехресне розгалуження, утворюючи тим самим кільцеві структури
(Ілер, 1979). Серед колоїдів кремнезему переважна циклічна група --
це шнстічленное кільце з вершинами, поперемінно зверненими вниз і вгору
(Золтан і Бюргер, 19бО). Як раніше припускали Джон і Сегніт (1972),
присутність у попередній рідини таких шестичленних петель робить
кінетичні кращим осадження кільцеподібних структур. Отже,
гелі кремнезему беруть в облогу кристобаліт я трідіміт навіть коли термодинамічно
стабільною фазою є кварц. Таким чином, діагенез кременисто
пелагічної мулу дає опал-СТ перш, ніж кварц.
Додамо,
що вростання опалу всередині горизонтальних шарів онікса в агата вказує, що
ці шари кристалізувалися з драглистому рідини, як припускали Флерко і
ін (1982). Ці шари складаються з равнозерністих, а не радіально-волокнистих,
мікрокристалів кварцу, і вони іноді січуть шари вистилає халцедону. Хоча
Ландмессер (1988) вважає, що така шаруватість показує одночасну
кристалізацію вистилає і горизонтального кремнезему, здається більш
ймовірним, що це перетин виникає через часткового розчинення
халцедонового шару від припливу другу рідини. Горизонтальна шаруватість і
присутність опалу в цих оніксової шарах наводить на думку, що ці більш
пізні рідини були нерухомими і сильно концентрованими по кремнезему.
Висновки.
Відмінності
між халцедоном і призматичним кварцом дуже систематично, щоб їх можна
було б приписати випадковим флуктуацій в процесі кристалізації. Швидше
розбіжності повинні виникнути через характерних відмінностей в умовах зростання.
Оскільки сферолітовие текстури при кристалізації органічних полімерів
разюче схожі на спостережувані У халцедон, представляється ймовірним, що
аналогічні механізми можуть управляти утворенням органічних і
неорганічних сферолітов. Кристалізація халцедону через спіральний ріст із
частково полімерний рідини пояснює не тільки особливі мікроструктури,
спостерігаються в халцедон, вона узгоджується з процесами, відомими для
органічних систем. Таким чином, якщо пропонована модель вірна, то геохімія
кремнезему може виграти від більш детального порівняння з поведінкою
органічних макромолекул в розчинах.
Список літератури
Для
підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://geo.web.ru/
