ГлавнаяВ гидротермальных растворах в окислительно-восстановительных реакциях участвуют такие элементы, как железо, марганец, сера, углерод и водород. Изменение валентного состояния этих элементов позволяет использовать содержащие их минералы в качестве указателей окислительного состояния растворов, из которых эти минералы образовались. На рис. 5.12 показаны диапазоны величин fO2 для различных минералов и минеральных ассоциаций.
Сочетание реакций окисления с другими видами реакций может быть представлено на диаграммах uO2—uCo2. Такая диаграмма, построенная на основе природных ассоциаций, приведена на рис. 5.13. Полученные в последнее время экспериментальные данные соответствуют представленным на диаграмме соотношениям, однако в области умеренных температур по линии CaSiO3 — CaFeSi2O6 может быть стабильна бустамитоподобная фаза приблизительного состава Ca5FeSi6O18. Для многих реакций, представленных на диаграмме, величины аO2 и aCO2 известны для конкретных температур (рис. 5.12), что позволяет оценить условия протекания других реакций. Точное определение координат кривых, представляющих реакции, не может быть выполнено ни по этим, ни по другим подобным им диаграммам, однако топология диаграммы и основные особенности представленных на ней соотношений могут быть полезны при изучении зональности и других аспектов процессов гидротермального замещения. Конечно, при этом должно учитываться наличие твердых растворов в природных минералах. Поэтому диаграмму на рис. 5.13 следует считать только моделью по сравнению с более сложными реакциями, которые имеют место в природе,— реакциями с участием магния, алюминия, марганца и других элементов.
Железо встречается практически во всех природных ассоциациях и обычно входит в состав твердых растворов с магнием, поэтому изучение особенностей распределения железа представляет собой особый случай в определении условий равновесия в гидротермальных ассоциациях. Например, аннит, аналог флогопита, содержащий Fe2+, разлагается в окислительной обстановке по реакции
Чистый аннит не обнаружен в гидротермально измененных породах, но биотит, содержащий аннит в составе твердого раствора, известен. Устойчивость железосодержащих биотитов, сосуществующих с калиевым полевым пшатом и магнетитом, может быть оценена, согласно Вонсу и Эйгстеру и Вину, по выражению
Как Fe3+, так и Al3+ в октаэдрических позициях в биотите могут замещаться Mg-Fe2+, однако при этом идеального твердого раствора не образуется, поэтому обсуждаемая Вонсом, Эйгстером и Бином оценка активности аннита в биотите не может считаться полностью доказанной. Вин допускает, что твердый раствор флогопит — аннит близок к идеальному и что теория неидеальных твердых растворов может быть применена к растворам, содержащим Fe3+. Влияние алюминия, расположенного в октаэдрических позициях, исследовалось Ратерфордом.
Если известно содержание Fe2+, Fe3+ и магния в биотитах, сосуществующих с калиевым полевым шпатом + оксид железа или с ассоциацией мусковит + кварц + оксид железа, могут быть оценены отвечающие равновесию величины температуры и fO2. Если, кроме того, присутствуют и оксиды и сульфиды, становится возможной оценка величины fS2 на основе реакций
Последняя реакция была изучена экспериментально, причем для оценки величины fS2 использовалась стехиометрия пирротина. В случае отсутствия оксида железа дополнительные параметры (T, fO2, fS2) должны быть оценены по другим данным.
В принципе описанный подход может быть применен для любых силикатных материалов, содержащих Fe2+, таких, как амфиболы, пироксены, хлориты и т. д. Железомагнезиальный твердый раствор во многих силикатах близок к идеальному, поэтому приблизительные оценки таких равновесий могут рассчитываться, исходя из положений идеального твердого раствора.