Группа амфиболов

Амфиболы являются важной составляющей разных типов магматических и метаморфических пород земной коры. Объемное содержание амфиболов в земной коре составляет около 5%. Распространенность амфиболов в мантии значительно меньше, но их роль в мантийных процессах крайне высока.

Амфиболы - это ленточные силикаты с общей формулой A0-1B2C5T8O22Y2, где
А = Na, К, Ca;
В = Na, Ca, Mn2+, Fe2+, Mg;
C= Mg, Fe2+, Mn2+, Al, Fe3+, Mn3+, Ti; Li, Zr;
T = Si, Al, Ti;
Y = ОН, F, Cl, О.
Международная классификация амфиболов насчитывает 79 миналов, которые по содержанию катионов в позиции В (в формульных единицах, объединяются две позиции М4 (см. ниже)) разделяются на пять подгрупп:
1) магнезиально-железистые [(Mg,Fe, Mn)в > 1.5];
2) кальциевые [(Mg,Fe,Mn)в < 0.5, (Сa,Nа)в > 1.5 и Naв < 0.5];
3) натрово-кальциевые [(Mg,Fe,Mn)B <0.5, (Ca,Na)в > 1.5 и 0.50 < Naв < 1.5];
4) натровые [(Mg,Fe,Mn)в < 0.5 и Naв > 1.5];
5) натрово-кальциево-магнезиально-железистые [0.5 < (Mg,Fe,Mn)в < 1.5 и 0.5 < (Ca,Na)в <1.5].
Магнезиально-железистые амфиболы представлены кристаллами ромбической и моноклинной сингоний (табл. 1.7, рис. 1.61). Ромбические амфиболы образуют серию антофиллит-ферроантофиллит — жедрит, для них характерен изоморфизм: Mg <-> Fe и 3(Fe,Mg)2+ <-> 2Аl3+. Моноклинные амфиболы образуют серию куммингтонит-грюнерит с изоморфизмом Mg <-> Fe2+.

Кальциевые амфиболы кристаллизуются в моноклинной сингонии, их основные типы представлены в табл. 1.8 и на рис. 1.62.
Для минералов ряда гремолит-ферроактинолит (табл. 1.8, рис. 1.62) наблюдается полный изоморфный ряд замещений двухвалентного Fe на Mg.
Минералы таких изоморфных рядов как эденит-ферроэденит, чермакит-феррочерматт, паргасит-ферропаргасит, магнезиогастингсит-гастингсит (табл. 1.8, рис. 1.62) имеют сложные схемы изо- и гетеровалентных замещений. Эти минералы обладают близкими оптическими константами, и поэтому трудно различимы между собой под поляризационным микроскопом. В старых классификационных схемах, созданных в эпоху дефицита аналитического оборудования (например, микрозондов), для этих амфиболов использовался собирательный термин «роговая обманка».
Среди кальциевых амфиболов традиционно выделяют базальтическую роговую обманку, которая является важными типоморфным минералом ряда вулканических пород ((трахи)базальтов, (трахи)андезитовв их туфов). Этот минерал по классификации относится к серии ферричермакита-ферриферрочермакита с повышенных содержанием Ti, пониженным количеством (ОН), окисное железо в нем преобладает над закисным.
Натрово-кальциевые амфиболы кристаллизуются в моноклинний сингонии (табл. 1.9, рис, 1.63) и образуют несколько магнезиально-железистых изоморфных рядов.
Натровые амфиболы (табл. 1.10, рис. 1.64) кристаллизуются в моноклинной сингонии, традиционно их называют щелочными. Наиболее распространенными являются минералы следующих магнезиально-железистых изоморфных серий: глаукофан-ферротлаукофан; рибекит-магнезиорибекит; экерманит-ферроэкерманит и арфведсонит-магнезиоарфведсонит.
Примеры изоморфизма в амфиболах приведены на рис. 1.65.


Амфиболы относятся к ленточным силикатам. Каждая амфиболовая лента объединяет две пироксеновые цепочки Si(-Аl)-тетраэдров (рис. 1.66). Наличие сдвоенных цепочек кремнекислородных тетраэдров приводит к увеличению числа различных катионных позиций по сравнению с пироксенами и, следовательно, к усложнению соотношений между различными минералами этой группы.
Так же как и в пироксенах, катионные позиции в структуре амфиболов можно охарактеризовать их положением по отношению к вершинам и основаниям кремнекислородных тетраэдров в двойных цепочках. Полости между основаниями тетраэдров соседних цепочек называются позициями М4, а меньшие позиции между вершина-1 ми противоположных тетраэдров обозначаются как M1, М2 и М3. Эти три катионные позиции различным образом ориентированы по отношению к цепочкам и не являются кристаллографически эквивалентными.
Позиция М4 занята крупным катионом Ca2+, который находится в окружении восьми атомов кислорода. Если ее занимает меньший) катион, например Fe2+, то эта позиция имеет шестерную (октаэдрическую) координацию, такую же, как позиции M1, М2 и М3.

Сдвоенность цепочек порождает катионную позицию третьего типа, которая располагается между кольцами, образованными противолежащими основаниями тетраэдров в цепочках. Это большая позиция, обозначаемая как А, В центрах гексагональных колец, на уровне вершин тетраэдров, располагаются анионы ОН- и др.
Амфиболы, как отмечалось выше, кристаллизуются в ромбической или моноклинной сингониях.

Так как амфиболы имеют очень сложные составы, обусловленные атомными замещениями, для них нельзя построить диаграммы корреляции химических составов и оптических свойств. Тем не менее, с помощью поляризационного микроскопа мы, как правило, имеем возможность отнести данный минерал к определенному изоморфному амфиболовому ряду (табл. 1.11).
Все амфиболы под микроскопом имеют средний положительный рельеф, то есть значения их показателей преломления, за редким исключением, находятся в интервале 1.6-1.7. Поперечные (перпендикулярные оси с) разрезы идиоморфных амфиболов имеют форму шестиугольников или ромбов с характерной спайностью по призме под углом 56° (рис. 1.67а, табл. 1.11), в отличие от пироксенов, где угол призмы образует 87°.
Подчеркнем некоторые особенности амфиболов, принадлежащих к различным изоморфным рядам.
Амфиболы антофиллит-жедригового ряда отличаются прямым погасанием при положительном удлинении (табл. 1.11).
Натровые (щелочные) амфиболы имеют характерные окраски (рис. 1.67б, в, табл. 1.11) с резким плеохроизмом, и только среди них есть разновидности, отличающиеся отрицательным удлинением и обратной схемой абсорбции. Щелочные амфиболы обладают сильной дисперсией осей индикатрисы, благодаря чему некоторые их сечения при скрещенных николях не гаснут, что отличает их от многих других минералов.
Амфиболы, окрашенные только в коричневые тона — базальтическую роговую обманку и керсутит - иногда трудно различить в эффузивных породах, но в глубинных разностях коричневая окраска амфибола - признак ее принадлежности к титанистым разностям. Кроме того, базальтическая роговая обманка иногда обладает очень высоким двулучепреломлением, отличающим ее от керсутита (табл. 1.11).
Кальциевые амфиболы окрашены под микроскопом в зеленоватые, коричневато-зеленые, голубовато-зеленые тона (рис. 1.67г), Минералы актинолит-тремолитового ряда отличаются от других зеленых кальциевых амфиболов рядом признаков: они характеризуются более слабым плеохроизмом, меньшими углами погасания, формы их выделения нередко имеют волокнистый, шестоватый, и гольчатый облик, в отличие от зернисто-призматических форм других кальциевых амфиболов.
В то же время различные амфиболы (табл. 1.11.) могут перекрываться по оптическим свойствам, и принадлежность их к той или иной группе можно установить либо по парагенетической ассоциации минералов в породе, либо по химическому анализу амфибола.
Вторичные изменения. Наиболее характерными вторичными минералами, развивающимися по амфиболам, являются хлорит, эпидот, карбонаты. Кальциевые алюмосодержащие амфиболы магматического происхождения часто замещаются амфиболами тремолит-актинолитовой группы.
Вкрапленники роговых обманок, находящиеся в вулканических породах, нередко опацитизируются — замещаются черным непрозрачным веществом, чаще только по краям, а иногда и нацело. Образование таких кайм связано с нестабильностью роговой обманки, чаще всего, с ее дегидратацией, окислением, нагревом. Вещество опацитовых кайм под оптическим микроскопом имеет скрытокристаллический облик, непрозрачно, так как состоит в основном из рудных минералов (титаномагнетита, магнетита) и небольшого количества пироксенов и плагиоклаза.


Устойчивость амфиболов зависит от ряда факторов, главными из которых являются их состав, температура, общее и флюидное давления, состав флюидной фазы, окислительно-восстановительные условия.
Например, во всех магнезиально-железистых сериях температура устойчивости амфибола повышается по мере повышения магнезиальности амфибола. В группе кальциевых амфиболов всегда более устойчивы разности, содержащие Na. Вхождение фтора и калия в структуру амфибола также повышают его устойчивость.
Поле стабильности амфиболов на P-T диаграмме сначала увеличивается с ростом флюидного давления, а потом сокращается (рис. 1.68) вследствие изменения сжимаемости водного флюида, участвующего в минеральной реакции, а также появления новых фаз в продуктах реакции.
Состав флюидной фазы может сильно повлиять на соотношение температуры и давления стабильности амфибола. Так, например, интервал температурной устойчивости паргасита при низких давлениях (менее 3 кбар) сокращается, а при давлениях более 8 кбар увеличивается при добавлении к водному флюиду углекислого газа (рис. 1.69).

Повышение температуры и давления приводят к дегидратации амфиболов с образованием новых фаз, прежде всего, пироксеновых (рис. 1.68).
Например, разложение К-рихтерита, самого высокобарического высокотемпературного амфибола, стабильного вплоть до переходной зоны мантии, при давлении до 80 кбар происходит по реакции:

имеющей положительный наклон на P-T диаграмме (рис. 1.68), В интервале давлений 80-110 кбар в продуктах реакции появляется высокобарная полиморфная модификация оливина - вадслеит:

и реакция становится малочувствительной к изменениям давления.) А при давлении свыше 120 кбар, К-рихтерит разлагается с образованием высокобарной модификации кварца - стишовита:

и реакция приобретает отрицательный наклон на P-T диаграмме (рис. 1.68).
Для менее устойчивого тремолита схема разложения имеет вид:

со сменой в-кварца на а-кварц при повышении давления (рис. 1.68).
Окислительно-восстановительные условия могут также влиять на стабильность амфибола. Так, поле устойчивости ферропаргасита расширяется при возрастании фугитивности кислорода (рис. 1.70).

Поведение амфибола, как и других водных фаз, в расплавах существенно отличается от поведения безводных силикатов. Специфику кристаллизации амфибола из расплава определяет соотношение поля его стабильности и водного солидуса магматической системы, из которой он кристаллизуется. На P-T диаграмме в области низких давлений кривая стабильности амфибола имеет положительный наклон, а водный солидус - отрицательный (рис. 1.71). Пересечение этих кривых определяет минимальное давление кристаллизации амфибола. Поскольку водный солидус напрямую связан с содержанием воды в расплаве, то таким образом устанавливается минимальное содержание воды в расплаве, необходимое для кристаллизации амфибола. Так, для кристаллизации паргасита и керсутита в базальтовом расплаве требуется не меньше 4 мас.% H2O при давлении выше 1 кбар (рис. 1.71). Минимальное давление для образования амфибола в андезитовых и более кислых водонасыщенных расплавах по разным данным составляет 0.5-1.5 кбар (глубины 2-5 км). При более низких давлениях амфибол нестабилен в магмах, независимо от количества воды в системе, и может иметь лишь вторичное, постмагматическое, или метаморфическое происхождение.
Верхний предел стабильности амфибола по давлению в андезитовом расплаве, из которого чаще всего кристаллизуются амфиболы кальциевой группы, при РН2О=Робщ. составляет 18-20 кбар и почти не зависит от температуры. Максимальный температурный предел устойчивости амфибола в водонасыщенных условиях составляет 950-970°С и не зависит от давления в интервале 5-18 кбар.

Известно, что добавление в водосодержащий расплав СО2 приводит к смещению линии солидуса в область более высоких температур. Соответственно образование амфибола из расплава будет начинаться при более высоком давлении и температуре, по сравнению с чисто водными условиями. Замещение гидроксил-ионов фтором в структуре амфибола будет оказывать противоположный эффект, так как приводит к увеличению стабильности амфибола по температуре и давлению.
Количество амфибола в магме может сокращаться при ее подъеме. В связи с дегазацией и окислением расплава амфибол замещается агрегатом пироксенов, плагиоклаза и оксидов железа.

Амфиболы широко распространены в самых различных породах земной коры и мантии. Одни из них более распространены в метаморфических породах, другие - в магматических. Например, амфиболы антофиллит-жедритового, актинолит-тремолитового рядов встречаются только в метаморфических и метасоматических породах. Амфиболы куммингтонит-грюиеритового ряда чаще преобладают в метаморфических породах, хотя известны и в магматитах. Такие щелочные амфиболы как арфведсонит, экерманит, рибекит распространены в магматических породах, тогда как щелочной глаукофан является типоморфным минералом одноименных сланцев, но встречается также и в эклогитах. Глинозем- и натрийсодержащие амфиболы кальциевой группы характерны для широкого спектра га магматических, так и метаморфических пород.
Амфиболы характерны и для мантийных пород. Некоторые кальциевые и Ca-Na амфиболы (паргасит, керсутит, гастингсит и рихтерит) встречаются в нодулях верхнемантийных перидотитов из щелочных базальтов и в породах перидотитовых массивов. Они образуют либо мелкие рассеянные зерна в перидотите, либо почти мономинеральные амфиболовые прожилки. Амфиболы мантийных пород отличаются высокой магнезиальностью, повышенными содержаниями хрома и довольно высокими содержаниями калия. Образование амфиболов в мантии связано с флюидным (или флюидно-магматическим) воздействием на перидотиты.
Дифференциация выплавленных из мантии щелочно-ультраосновных магм приводит к появлению щелочных пород - от основных через средние и до кислых. Во всех этих породах присутствуют щелочные амфиболы - арфведсонит, экерманит, рибекит. Рибекит чаще встречается в кварцсодержащих породах, а в более глиноземистых фельдшпатоидных породах преимущественно кристаллизуется арфведсонит.
Амфибол встречается в насыщенных флюидами ультраосновных кимберлитовых и лампроитовых магмах. В кимберлитах амфибол встречается редко и представлен калиевым рихтеритом. Напротив, лампроиты богаты щелочными амфиболами ряда К-рихтерит-К-арфведсонит, где они могут ассоциировать с оливином, клинопироксеном, флогопитом и лейцитом.
В магматических горных породах нормальной и повышенной щелочности весьма широко распространены кальциевые амфиболы. Амфибодовое габбро довольно часто встречается в глубинных комплексах основных пород. Здесь вместо оливина и пироксенов присутствуют кальциевые амфиболы с высокими содержаниями титана. Амфиболы кальциевой группы являются главными минералами андезибазальтов и андезитов, причем, чаще всего, в виде базальтической роговой обманки и керсутита. Кальциевые амфиболы являются породообразующими минералами для интрузивных средних пород нормальной и повышенной щелочности - диоритов, кварцевых диоритов и сиенитов. Железистый амфибол эденит-ферроэденитового ряда может присутствовать в качестве темноцветного минерала в граните.
Амфиболы являются типичными представителями пород регионального и контактового метаморфизма, особенно характерны они для метабазитов и метагипербазитов. В силу широких вариаций составов и P-T условий образования, эти минералы могут быть типоморфными для определенных фаций метаморфизма. Так, для низкотемпературной фации зеленых сланцев характерны амфиболы актинолит-тремолитового ряда, ассоциирующие с хлоритами, альбитом и другими минералами. Переход от фации зеленых сланцев к среднетемпературной амфиболитовой фации знаменуется появлением глинозем- и натрийсодержащих кальциевых амфиболов, ассоциирующих с плагиоклазом и другими минералами. Дальнейшее увеличение температур и давлений приводит к распаду амфиболов. Минальная реакция взаимодействия Ca-Na амфибола с кварцем:

знаменует переход от амфиболитовой фации метаморфизма к гранулитовой.
В эклогитах и глаукофановых сланцах нередко встречаются устойчивые до давлений 25 кбар винчит и барруазит. Амфиболы нередко присутствуют в силикатных мраморах, образованных в широком диапазоне температур.
Амфиболы можно встретить в контактово-метасоматических породах. Так, щелочные амфиболы - магнезиоарфведсонит, рихтерит, экерманит входят в состав фенитов - метасоматических пород, возникающих в качестве ареолов вокруг щелочных интрузивов. К циевые амфиболы широко распространены в магнезиальных скарн в парагенезисе с диопсидом, форстеритом, кальцитом и другим магнезиальными минералами.