Стадийные, мутабильные и конечные продукты выветривания




Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Стадийные, мутабильные и конечные продукты выветривания

Стадийные, мутабильные и конечные продукты выветривания

05.09.2017


В эту группу продуктов выветривания, участвующих в седиментогенезе, входят различные минеральные формы, отличающиеся между собой способом образования, кристаллической структурой и другими минералогическими и геохимическими особенностями. Геохимическая роль их в седиментогенезе определяется динамичностью превращений одних минеральных форм в другие и большим разнообразием новообразований.
Под стадийными продуктами выветривания здесь понимается серия минеральных превращений, например, от полевого шпата к гидрослюде — монтмориллониту — каолиниту — до свободных окислов кремнезема, глинозема и др. Указанные стадийные превращения зависят в первую очередь от характера строения и структуры решетки минералов, с которыми связана сопротивляемость отдельных ее частей процессу разрушения. Разрушение идет быстрее по тем направлениям в решетке, которые требуют максимальной затраты энергии. Стадийные минералы характеризуются новой решеткой, отличной от решетки исходного минерала. В слоистых решетках особенно отмечается частичная замена оснований водородными ионами или некоторыми катионами (параллельно с гидратацией минерала), а также переход алюминия и железа из четвертой в шестую координацию (валентную связь), отщепление частей SiO2, переслаивание остатков первичных минералов с вновь образованными. Количество стадийных минералов и длительность их существования определяются pH водной среды, в которой они разрушаются, и парциальным давлением.
Согласно И.И. Гинзбургу, превращение, например, мусковита в зависимости от кислотности среды может дать при выветривании следующие минералы:

Образование каолинита из полевых шпатов через первичную и сингенетическую слюду признают также и другие авторы. В процессе стадийного превращения происходят и разделение элементов, и их парагенетическое сочетание в зависимости от периодических свойств элементов. Таким образом образуются различные минералы или комплексы минералов с определенными стадиями химического выветривания, отвечающими прежде всего кислотно-щелочным условиям среды. Последние определяются не только составом пород, но и климатическими особенностями местности.
Особенно резко выраженная стадийность характерна для минералообразования в процессе окисления и разложения сульфидных руд зоны окисления. Стадийность эта выражается в серии минеральных превращений рудных минералов в лимониты, карбонаты, сульфаты, силикаты, ванадаты, молибдаты и др. Геохимия развития процесса заключается в основном в следующем: растворение сульфидов и их разрушение — образование сульфатных растворов и интенсивный вынос элементов — изменение pH растворов в сторону возрастания по мере убывания сульфидов и сульфатов, при этом роль аниона SO4 в растворах заметно снижается, главное значение приобретают CO3, SO3 и др. — новообразования окислов и гидроокислов, силикатов и карбонатов железа, марганца, алюминия и многих других элементов.
В связи с этим заслуживает краткого обсуждения вопрос о так называемом «каолиновом ядре» и его поведении в процессах выветривания.
Согласно концепции В.И. Вернадского, в процессе выветривания алюмосиликатов не происходит разрушение каолинового ядра, а следовательно, не образуется в свободном виде окись кремнезема и глинозема. Каолинит образуется в результате выноса из алюмосиликатов щелочных металлов и кремнезема и присоединения к каолиновому ядру воды.
В.И. Вернадский решительно отрицает образование каолинита и других глинистых минералов при обычных температурах в результате взаимодействия растворенных в воде кремнезема и глинозема.
Другая концепция, поддерживаемая в настоящее время большинством авторов, основана на представлении о полном разрушении в процессе выветривания силикатов, которые в растворенном в воде состоянии взаимодействуют между собой, образуя глинистые минералы. Согласно этой концепции, при взаимодействии коллоидных гелей кремнезема и глинозема могут возникать непрочные алюмосиликатовые комплексы без стехиометрических соотношений между компонентами, в то время как при взаимодействии истинно растворенных соединений кремния, алюминия и железа могут получаться ферри- и алюмокремниевые соединения из группы глин со стехиометрическими соотношениями компонентов. При этом такие вещества, как окись кремнезема, железа, глинозема, возникающие в процессе выветривания силикатов, представляют собой продукты простого состава: комплексы, образующиеся при взаимодействии истинно растворенных соединений кремния, алюминия, железа, являются сложными ферри- и алюмокремниевыми комплексами; они менее дисперсны, менее подвижны и могут выделяться в виде гелей на месте своего образования.
В настоящее время точка зрения о полном нарушении связи между кремнеземом и глиноземом в процессе выветривания, а также об образовании истинных (ионных) растворов этих элементов, из которых затем путем взаимодействия формируются глинистые минералы, подтверждена исследованиями многих авторов. Это дает возможность считать, что возникновение значительной части глинистых минералов в коре выветривания проходит через стадию глубокого разложения первичных минералов и пород разнообразных процессов синтеза и обменных реакций.
Мутабильными соединениями еще в 1913 г. А.Е. Ферсман обозначил особый класс новых минеральных соединений, полиминерального синтеза и сложных реакций замещения и сорбции. Они отличаются переменным составом и изменчивостью.
Пребывая сначала в аморфном состоянии, мутабильные минералы с течением времени превращаются в кристаллические образования с вполне стехиоминералогическим составом. Представителями мутабилитов являются широко распространенные в земной коре гели кремнезема, железа, алюминия и др. Известны аморфные аналоги кварца, гематита, каолинита, монтмориллонита, карбонатов, гематитов и др.
Большой вклад в изучение коллоидных минералов внесли И.Д. Седлецкий и Ф.В. Чухров.
И.Д. Седлецкий на основе степени кристаллического состояния вещества дисперсно-коллоидных минералов и их устойчивости в коре выветривания выделяет среди них три группы: 1) аморфные минералы — мутабилиты; 2) временно устойчивые минералы — метастабилиты; 3) устойчивые коллоидные минералы — стабилиты. Последние являются конечной фазой кристаллизации и представляют собой наиболее устойчивые формы в условиях коры выветривания.
В.Ф. Чухров коллоидными называет микроскопически аморфные минералы, а метаколлоидными — продукты кристаллизации природных минеральных гелей, в которых кристаллическое строение заметно под микроскопом или невооруженным глазом. Среди наиболее типичных твердых коллоидных минералов встречаются опал, аллофан, дельвоксит и метаколлоидных — халцедон, настуран, хризоколла, псиломеланы, некоторые сфалериты, вюртциты, халькопириты и т. д. В процесе гипергенного минералообразования возникают так называемые метамиктные минералы, структурное состояние которых является результатом вторичной молекулярной перегруппировки в первоначально кристаллическом материале. При этом происходит распад кристаллической решетки, поглощение воды и другие процессы, вызывающие аморфизацию. Среди метамиктных минералов широко встречаются простые и сложные силикаты, а также многие минералы из сложных окислов.
Конечные продукты выветривания. Обычно в группу конечных продуктов включаются остаточные минералы коры выветривания. В таком случае «конечными» минералами являются многие галогенные высокотемпературные минералы магматических и метаморфических процессов, не подвергшиеся гипергенному разрушению и преобразованию.
В нашем понимании, к конечным продуктам выветривания следует относить лишь гипергенные минералы, образующиеся в ходе выветривания гипогенных минералов или в результате осадочных процессов.
Условная «конечность» их будет определяться устойчивостью минеральных форм в той или иной геохимической среде и термодинамической обстановке. К конечным продуктам выветривания и седиментогенеза можно отнести многочисленные минеральные образования процессов окисления и восстановления, гидратации и дегидратации, карбонатизации и декарбонатизации, хлоридно-сульфатного галогенеза, силитизации, сиаллитизации, аллитизации, ферриаллитизации т. д.
Геохимическое изучение конечных продуктов выветривания, выделение их типоморфных представителей, характерных для отдельных геохимических сред субарального и субаквального литогенеза, представляет большой научный и поисковый интерес.
В.В. Щербина указывает, что для каждого элемента удается отметить особо устойчивые в довольно широких интервалах условий минералы, наиболее часто встречающиеся в месторождениях: для железа — это бурые железняки, ярозит, скородит; для меди — малахит, хризоколла, отчасти элит; для цинка — смитсонит и каламин; для свинца — церуссит, англезит и пироморфит; для кобальта — эритрин и гидроокиси кобальта типа стениерита и гетерогенита; для никеля — гидросиликаты и аннабергит; для сурьмы — преимущественно окислы валентинит и сенармонтит; для серебра — галогениды, самородное серебро и т. д.
Наблюдается, что химические элементы, которые обладают парагенетическими свойствами в эндогенных породах и часто изоморфно замещают друг друга, в коре выветривания ведут себя обособленно и имеют различную судьбу. Так, совместно встречающиеся в эндогенных месторождениях железо и медь в осадочных месторождениях обособляются и образуют соединения с различной устойчивостью. Железные сульфаты (FeSO4 и Fe2/SО4/3) неустойчивы; первый переходит во второй, а второй в нейтральных или слабокислых растворах легко гидролизуется, давая в конечном счете гидроокись железа. Медный сульфат, наоборот, устойчив. Поэтому в процессе седиментогенеза медь имеет возможность полностью отделиться от железа и образовать свои собственные соединения.
То же наблюдается и в отношении свинца и цинка, кобальта и никеля и других металлов. Свинец образует труднорастворимый сульфат и задерживается в зоне выветривания. Он способен также давать ванадаты, молибдат, хромит и селенистокислую соль. Для него характерно отсутствие гидроокислов. Цинк, наоборот, образует хорошо растворимый сульфат и почти полностью удаляется из зоны выветривания; для него не известны гипергенные минералы типа ванадатов, молибдатов, хроматов и других, характерных для свинца, за исключением небольших примесей в ванадатах свинца и меди. В то же время цинк легко образует гидросиликаты.
Никель, присутствующий совместно с кобальтом в арсенидах, в процессе выветривания образует гидросиликаты, в то время как для кобальта они совершенно нехарактерны. Никель трудно окисляется, кобальт, наоборот, относительно легко переходит в трехвалентные соединения.