Пределы стабильности и особенности плавления щелочных полевых шпатов и плагиоклазов

Калиевый полевой шпат является наиболее стабильным минералом из полевых шпатов. Пределы его барической стабильности достигают давлений 60-70 кбар в температурном интервале 800-1400°С (рис. 1.99). Выше этих давлений KAlSi3O8 разлагается с образованием ассоциации кианита, коэсита и высокобарической гексагональной модификации силиката K2Si4O9 со структурой минерала вадеита (KZrSi4O9), в которой один атом Si присутствует в октаэдрической координации атомов кислорода (рис. 1.99). Однако при давлениях более 80-90 кбар в том же температурном интервале эта ассоциация снова «собирается» в вещество KAlSi3O8, но уже обладающее структурой, отличной от структуры полевого шпата (рис. 1.99). Образуется высокоплотная фаза со структурой холландита (BaMn8O16). Эта фаза была впервые синтезирована А.Е. Рингвудом с соавторами в 1967 г. при 120 кбар и 900°С, она хорошо известна в продуктах экспериментов при высоких давлениях. Холландитовая фаза KAlSi3O8 выявлена в некоторых метеоритах и импактных структурах. В присутствии H2O санидин в интервале температур 800-1000°C и давлениях порядка 25 кбар переходит в фазу KAlSi3O8*H2O, названную калиевым кимритом, со структурой, подобной кимриту (BaAl2Si2O8*H2O).

Дж. Ф. Шерер и Н.Л. Боуэн, изучая систему KAlSi2O6-SiO2 при атмосферном давлении, установили, что санидин плавится инконгруэнтно с образованием лейцита и расплава. Позднее О.Ф. Таттл и H.Л. Боуэн показали, что поле лейцита, образующегося при инконгруэнтном плавлении санидина, сокращается с давлением. Д. Линдсли определил, что оно полностью исчезает при давлении порядка 20 кбар (рис. 1.99). Выше этого давления санидин плавится конгруэнтно. Аналогичный эффект оказывает H2O: уже при РН2О=5 кбар поле лейцита исчезает и санидин плавится конгруэнтно.

При всех давлениях в области своей стабильности альбит плавится конгруэнтно (рис. 1.100). При давлениях выше 30 кбар происходит разложение альбита на жадеит (NaAlSi2O6) и кварц (рис. 1.100). Реакция NaAlsi3O8 = NaAlSi2O6+SiO2 является одной из важнейших в петрологии, поскольку наряду с другими реакциями определяет возникновение минеральной ассоциации эклогитов - пород, состоящих из фаната и богатого жадеитовой составляющей моноклинного пироксена, омфацита. Она определяет стабильность альбита в кварцсодержащих ассоциациях (кварц-нормативных). В ассоциациях, недосыщенных SiO2, стабильность альбита определяется его реакцией с нефелином, NaAlSi4O8+NaAlSiO4=2NaAlSi2O6, в результате которой опять же появляется жадеит. Эта реакция смещена на 10-12 кбар относительно реакции альбит = жадеит+кварц в область более низких давлений.


Система щелочных полевых шпатов калиевый полевой шпат-альбит (KAlSi3O8-NaAlSi3O8) часто рассматривается как классический пример бинарной системы с неограниченными твердыми растворами с температурным минимумом на ликвидусе (второй тип диаграмм Розебома). Тем не менее, такой вид диаграмма может иметь лишь в специфических условиях, при которых калиевый полевой шпат плавится конгруэнтно. Появление же лейцита как продукта инконгруэнтного плавления калиевого полевого шпата видоизменяет диаграмму бинарного сечения KAlSi3O8-NaAlSi3O8 (рис. 1.101a-г). При атмосферном давлении в отсутствии водного флюида щелочные полевые шпаты, содержащие до 50 мас.% альбитовой составляющей, плавятся инконгруэнтно. C повышением парциального давления воды поле кристаллизации лейцита резко сокращается (рис. 1.101 а-г). Параллельно с сокращением поля кристаллизации лейцита температуры ликвидуса и солидуса системы понижаются (напомним, что этот эффект связан с ростом растворимости воды в расплаве с давлением), а линия сольвуса - область сосуществования двух щелочных полевых шпатов - немного расширяется (это связано с тем, что вода не растворяется в кристаллических полевых шпатах). При РН2О<5 кбар линии сольвуса и солидуса не соприкасаются, и из расплава во всем интервале составов кристаллизуется гомогенный щелочной полевой шпат (рис. 1.101б,в). С падением температуры, достигая сольвуса, этот полевой шпат будет распадаться с образованием пертитов. Пожму гранитные и сиенитовые породы, содержащие единую генерацию пертитового щелочного полевого шпата, называются гиперсольвусными. При PH2O=5 кбар поле лейцита отсутствует, а линия солидуса «садится» на линию сольвуса (рис. 1.101 г). Это означает, что в широком интервале составов из расплава кристаллизуются сразу два полевых шпата, натровый и калиевый. Породы, в которых сосуществуют калиевый полевой шпат и альбит носят название субсольвусными.

До давлений порядка 8-9 кбар анортит плавится конгруэнтно. Однако уже при давлении 10 кбар происходит его инконгруэнтное плавление с образованием корунда (рис. 1.102). В результате «плагиоклазовая рыбка», характерная для системы CaAl2Si2O8-NaAlSi3O8, при низких давлениях усложняется, так как в ней появляется фазовое ноле корунд+расплав, которое расширяется в область более кислых плагиоклазов с повышением давления (рис. 1.103).

При давлениях 20-30 кбар в температурном интервале 1000— 1400°С (положительный наклон линии реакции) анортит распадается по реакции 3CaAl2Si2O8=Ca3Al2Si3O12+2Al2SiO5H*SiO2 на гроссуляр, кианит и кварц (рис. 1.102). В присутствии H2O вместо гроссуляра образуется цоизит - Ca2Al3[Si3O12](ОН). В ассоциациях, содержащих кальциевые пироксены, стабильность анортита при давлениях выше 25 кбар может определяться его разложением с образованием Ca-Al миналов твердого раствора пироксена - кальциевых молекул Чермака, CaAl2SiO6, и Эскола, Ca0,5AlSi2O6.

Ограниченная взаимная растворимость анортита и калиевого полевого шпата проявляется в виде широкой области несмесимости в тройной системе полевых шпатов. На рисунке 1.104 приведена треугольная диаграмма для системы альбит-анортит-ортоклаз, где показаны изолинии составов полевых шпатов, соответствующие определенной температуре. Видно, что эти изолинии состоят из двух ветвей, субпараллельных стороне альбит-анортит и стороне альбит-ортоклаз. Наличие этих ветвей указывает на полную взаимную растворимость в системах альбит-анортит и альбит-ортоклаз (для температур более 600°С). Ветви плавно смыкаются между собой в области составов богатых альбитом полевых шпатов. Это означает, что растворимости ортоклазовой составляющей в плагиоклазах и анортитовой составляющей в щелочном полевом шпате увеличиваются с ростом содержания альбита. Co стороны анортит-ортоклаз изолиний нет, что иллюстрирует ограниченную смесимость между этими конпонентами. С увеличением температуры ветви изолиний смещаются ближе к центру диаграммы. Это указывает на то, что растворимость ортоклазового компонента в плагиоклазах и анортитового компонента в щелочных полевых шпатах увеличивается с температурой Давление оказывает обратный эффект на растворимость ортоклазового компонента в плагиоклазах и анортитового компонента в щелочных полевых шпатах.
Диаграмма на рис. 1.104 позволяет также оценивать температуру кристаллизации распавшихся пертитовых щелочных полевых щитов или антипертитовых плагиоклазов. Для этого необходимо определить состав полевого шпата до распада. Это можно сделать двумя способами: (1) с помощью растрового анализа минерала на электронном микрозонде, (2) определением состава минерала-хозяина ламеллей и их точных количественных соотношений. Анализ, нанесенный на диаграмму, попадет на одну из изотерм.

Приведем пример. Реинтегрированный состав (то есть состав до образования ламеллей) зерна пертитового щелочного полевого шпата из лейкократового гранита - продукта частичного плавления высокотемпературных метапелитов из Южной Зоны гранулнтового комплекса Лимпопо (ЮАР) - следующий (мас.%):
SiO2 = 68.79, Al2O3 = 22.20, Na2O = 6.63, CaO = 2.52, K2O = 6.47, FeO = 0.01, MnO = 0.01.
Формула этого полевого шпата в пересчете на 8 атомов кислорода: Ca0.11Na0.54K0.35Al1.10Si2.89О8, что соответствует содержанию 11 мол.% анортита, 54 мол.% альбита и 35 мол.% калишпата. Фигуративная точка этого состава попадает в поле анортоклаза, располагаясь между изотермами 1000 и 1100°C (рис, 1.104).