Нефелин и кальсилит

Нефелин (от греч. «нефели» - облако, из-за образования облако-подобного геля при растворении в кислотах) и кальсилит (название отражает состав: «к» - К, «аль» - Al, «см» - Si) - каркасные алюмосиликаты, формулы которых NaAlSiO4 и KAlSiO4, соответственно. Эти минералы, относящиеся к группе фельдшпатоидов, образуют ограниченные твердые растворы между собой. Выше 800°С при давлении ниже 2 кбар взаимоотношения нефелина и кальсилита осложнены появлением тетракальсилита (или богатого калием нефелина) - K3NaAl4Si4O16.
В 20-х годах XX века польский минералог И.А. Морозевич, изучая массивы нефелиновых сиенитов Мариупольского массива на Украине, пришел к выводу, что нефелин в этих интрузивных породах на 25% сложен калиевым компонентом при очень незначительной вариации состава твердого раствора. Аналогичный вывод сделал позднее М. Бергер с соавторами, он даже предложил рассматривать нефелин не как твердый раствор миналов KAlSiO4-NaAlSiO4, а как соединение Na3KAl4Si4O16. Однако изучение нефелинов вулканических пород показали, что вариации состава нефелина куда более широкие, вплоть до почти чистого кальсилита, что отражает изоморфизм NaoK. На фазовой диаграмме KAlSiO NaAlSiO4 (рис. 1.106) видно, что состав «нефелина Морозевича-Бергера» соответствует минимуму на ликвидусе системы, объясняя очень ограниченные вариации состава нефелинов в интрузивных породах, которые формируются при более низких температурах, чем их вулканические аналоги.

В природных нефелинах всегда отмечается избыток SiO2. Например, нефелины из фонолитов комплекса Вультуро (Италия) содержат до 12 мол.% избыточного кремнезема. Избыток SiO2 в нефелинах коррелируется с содержанием Na2O, что дало основание рассматривать появление избыточного кремнезема в твердом растворе нефелина как результат гетеровалентного изоморфизма по схеме Na+Al <-> D+Si (? - вакансии в структуре), смещающего состав нефелина в сторону альбита. Coдержание альбитовой составляющей в нефелине возрастает с температурой и при 800°С достигает 33 мол.% (рис. 1.107). Нефелины вулканических пород содержат также до 8-9 мас.% CaO. Вхождение кальция в структуру нефелина обуславливается гетеровалентным изоморфизмом по схеме 2Na <-> (D+Ca) и смещением состава нефелина в сторону анортита. Неизмененные нефелины в магматических породах могут содержать до 4 мас.% Fe2O3. При остывании нефелин теряет избыток Fe2O3, что выражается в образовании многочисленных ориентированных включений магнетита, гематита и эгирина в его кристаллах. В нефелин может входить 0.05-0.55 мас.% H2O, молекулы которой располагаются в крупных позициях А структуры этого минерала.

В отличие от нефелина, замещение К на Na, а также присутствие вакансий и Ca в кальсилите существенно более ограничены. Для высокотемпературных кальсилитов характерен изоморфизм 2Al <-> Mg+Si, который не известен в нефелине.

Нефелин кристаллизуется в гексагональной сингонии (Р63). При температуре 810°C он переходит в разупорядоченный высокотемпературный нефелин, а при 1254°С в кубическую модификацию - карнегиит (рис. 1.106). При низких температурах кальсилит имеет симметрию Р63mс, а при высоких температурах он испытывает фазовый переход в фазу с ромбической симметрией.
Структура нефелина представляет собой связанные шестичленные кольца из тетраэдров, где половина Si замещена на Al. Возможно упорядочение Si и Al по этим тетраэдрам. Наиболее упорядоченные нефелины характерны для метаморфических пород (метаморфизованные соляные отложения), а наиболее разупорядоченные - для вулканических пород.
Нефелин и кальсилит неизоструктурны. В нефелине из-за искажения каркаса содержатся две позиции щелочных катионов, по которым происходит упорядочение Na и К.. В крупной позиции с координацией 12 (позиция А) присутствуют катионы К, вакансии и молекулы Н2О. Катионы Na в эту позицию практически не входят. Они располагаются в искаженной позиции с координацией 7-8 (позиция В). Наряду с Na эта позиция способна вмещать Ca. Сильное упорядочение щелочных катионов в структуре нефелина, растворение альбитовой и анортитовой составляющих обуславливают очень сильное отклонение твердого раствора нефелина от идеальности. В калиевой области системы NaAlSiO4-KAlSiO4 такое упорядочение ведет к образованию тетракальсилита - богатой калием фазы со структурой нефелина (рис. 1. 106). В структуре кальсилита выделяется лишь одна дитригональная позиция, в которой катионы размещены равномерно. В структуре тетракальсилита, подобно кальсилиту, также нет упорядочения К и Na.

Показатель преломления нефелина n = 1.532-1.544. Нефелин -минерал одноосный, отрицательный, имеет низкий рельеф, низкие интерференционные окраски (0.003-0.005), прямое погасание, отрицательное удлинение. В шлифах характерны идиоморфные прямоугольные разрезы, что отличает его от кварца, похожего в шлифах нефелин. В случае ксеноморфных зерен нефелин от кварца легко отличим по оптическому знаку. Кроме того, в шлифах нефелин легко идентифицируется по характеру вторичных изменений: по нему развиваются агрегаты цеолитов (натролита, томсонита и филлипсита), канкринит, содалит или анальцим. Как указывалось выше, нефелина характерны ориентированные вростки магнетита, гематин и эгирина.
Оптические свойства кальсилита близки к свойствам нефелина Показатель преломления n = 1.532-1.543. Так же как и нефелин кальсилит является одноосным оптически отрицательным минералом с низкими интерференционными окрасками (0.006) и низким рельефом.

Нефелин и кальсилит являются самыми стабильными минералами из всех каркасных силикатов как в отношении давления, так и в отношении температуры. Пределы стабильности нефелина распространяются до давления порядка HO кбар, выше которого он распадается нa жадеит и фазу NaAlO2. Однако при давлениях порядка 190 кбар снова образуется фаза с формулой NaAlSiO4, но со структурой CaFe2O4. Кальсилит стабилен до давления 170 кбар (при 1000°C), разлагаясь далее на фазу KAlO2 и стишовит. Выше указывалось, что оба минерала испытывают фазовые переходы в фазы с более высокой симметрией, которые плавятся конгруэнтно при температурах 1524°C (NaAISiO4) и 1730°С (KAlSiO4). Нефелин и кальсилит не стабильны в присутствии кварца, реагируя с ним с образованием альбита и калиевого полевого шпата, соответственно. При давлениях 18-21 кбар в температурном интервале 900-1200°С нефелин реагирует с альбитом с образованием жадеита. В присутствии СаСО3 и NaCl нефелин разлагается, образуя канкринит и содалит.

Несмотря на обширную область стабильности по температуре и давлению, ни нефелин, ни кальсилит не известны в мантийных парагенезисах и в метаморфических породах высокого давления. Нефелин распространен исключительно в щелочных породах магматического и метаасоматического происхождения. Он никогда не встречается с кварцем и ортопироксеном. Среди интрузивных пород нефелин наиболее широко распространен в нефелиновых сиенитах. Наиболее крупными массивами нефелиновых сиенитов являются Ловозерский и Хибинский массивы на Кольском полуострове, Ильмено-горский и Вишневогорский массивы на Урале, Мариупольский массив в Украине, массив Ларвик в Норвегии, комплекс Пиланиесберг в ЮАР. Нефелин - это породообразующий минерал плутонических ультраосновных щелочных пород - ийолитов, уртитов, якупирангитов, мельтейгитов. Он присутствует также в мелилитовых плутонических породах (мелилитолитах).
Типичные вулканические породы, содержащие нефелин, - фонолиты, нефелиновые базальты, нефелиниты, тефриты, базаниты. Нефелин присутствует в некоторых калиевыx вулканических породах, таких как лейцититы, а также мелилититы, К. Тилли показал, что нефелин из вулканических пород богаче Na2O по сравнению с нефелином из плутонических пород. Дальнейшие исследования показали, что обогащение нефелинов вулканических пород натрием, как правило, сопровождается их обогащением SiO2. Иначе говоря, нефелины вулканических пород богаче альбитовой составляющей.
Нефелин является характерным минералом фенитов - метасоматических, главным образом, эгирин-полевошпатовых пород, развивающихся в контактовых ореолах массивов нефелиновых сиенитов карбонатитов или щелочно-ультраосновных пород по гранитами гнейсам и песчаникам. Образование фенитов (фенитизация) происходит в результате привноса флюидов, обогащенных Na3O и K2O. Метаморфические породы, содержащие нефелин, очень редки. Они представляют собой продукты метаморфизма тех же нефелиновых сиенитов или соленосных осадочных пород. Такие породы встречены в метаморфических комплексах Канады и Бразилии.
Кальсилит присутствуег в интрузивных магматических щелочных породах, как правило, в составе агрегатов с калиевым полевым шпатом по лейциту (псевдолейциту). Предполагается, что эта ассоциация могла возникнуть за счет распада первичного лейцита им реакции 2KAlSi2O6 = KAlSiO4 + KAlSi3O8. Таковы, например сынныриты, описанные впервые в 1962 г. А.Я. Жидковым в Забайкалье Это плутонические порфировидные лейкократовые породы среднем состава щелочного ряда, сложенные калиевым полевым шпатом, псевдолейцитом, кальсилитом, нефелином и клинопироксеном. H этих породах встречены парагенезисы кальсилита, содержащем 6-11 мол.% нефелинового минала, с калиевым щелочным шпатом содержащим до 2 мол.% альбитового компонента. Содержание кальсилита в таких породах составляет 2-3 об.%. Кальсилитсодержащие вулканические породы редки. Кальсилит описан в мафуритах (калиевые вулканические породы, содержащие наряду с кальсилитом оливин и авгит) Восточной Африки, Италии, Бразилии. В калиевый вулканических породах кальсилит ассоциирует с оливином, клино-пироксеном, нефелином, лейцитом, мелилитом, вулканическим стеклом. Кальсилит (в составе псевдолейцитовых агрегатов) описав в якупирангитах комплекса Батбиерг (Гренландия). Известны уникальные находки кальсилитсодержащих ассоциаций среди гнейсов гранулитовой фации метаморфизма в Южной Индии, образование которых связано либо с метаморфизмом первично магматическтих богатых калием, недосыщенных кремнеземом пород, либо с десиликацией гнейсов в результате их взаимодействия со щелочными флюидами при относительно низких давлениях (порядка 3-4 кбар).