Кордиерит




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


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Кордиерит

Кордиерит

19.08.2017


Состав и характер изоморфизма

Кордиерит (назван в честь французского горного инженера и геолога Пьера Луи Антуана Кордье) - каркасный алюмосиликат с общей формулой X2[Al4Si5О18]*n(H2O, CO2), где X - двухвалентные катионы: Mg, Fe2+, Mn, n - количество молекул H2O и CO2 в каналах структуры кордиерита (см. ниже). Содержание MnO, как правило, не превосходит 1 мас.%. Кроме того, в кордиерите обычны примеси Fe3+, Na, К, Be, Li. В редких случаях сумма оксидов щелочных элементов (Na2О+K2О) может достигать 1 мас.%. В кордиерите и его полиморфной модификации индиалите может присутствовать CaO. Помимо H2O и ионов щелочных металлов, каналы в структуре кордиерита способны вмещать молекулы CO2, N2, CH4, Ar, He, H2S, углеводороды CnH2n+2.
Структура и свойства твердого раствора

Cтруктypa кордиерита сходна со структурой кольцевого силиката -берилла. Место ионов бериллия в ней занимают атомы Al и Si. Главным ее мотивом являются шести членные кольца из [(Si, Al)O4] -тетраэдров (T2) (рис. 1.108). Соединения между кольцами вдоль оси с осуществляется общими атомами кислорода из тетраэдров, тем самым образуя полые каналы. В узких частях (в области сочленения колец) каналы имеют диаметр -2.5 А, а в широких - около 6 А. По осям а и b колонки скрепленных колец соединены дополнительными [АlO4]-тетраэдрами (Ti) и [ХО6]-октаэдрами, где X - Mg, Fe, Mn (рис. 1.108). Таким образом, структура кордиерита становится похожей на каркас алюмокремнекислородных тетраэдров. По этой причине кордиерит рассматривают как каркасный алюмосиликат, а не как кольцевой силикат. Подобно полевым шпатам и другим каркасным алюмосиликатам, заряд алюмокремнекислородного каркаса кордиерита нередко компенсируется щелочными и щелочноземельными катионами, таким как Li, Na и Be. Щелочные катионы, как правило, располагаются внутри каналов, а Be - в тетраэдрах (рис. 1.109).
Кордиерит обладает ромбической (псевдогексагональной) симметрией (Cccm). Однако при повышении температуры он переходит в гексагональную модификацию (P6/тсс) - индиалит. Переход в индиалит связан с разупорядочением Al и Si в структуре по девяти тетраэдрическим подпозициям ЗТ1 и 6Т2 (рис. 1.108). В индиалите два атома Al и один атом Si разупорядочены по T1, а два атома Al и четыре атома Si - по T2. Несмотря на то, то переход кордиеритоиндиалит связан с процессами упорядочения, он является переходом первого рода (со скачком значении теплоемкости, энтальпии и энтропии в точке перехода). Температура перехода для состава Mg2Al4Si5O18 составляет 1450°С, но снижается при замещении Mg <-> Fe2+. Процесс упорядочения проходит через образование доменных структур. В гидротермальных условиях температура перехода кордиерита в индиалит составляет всего 650-700°C. Это происходит потому, что молекулы H2O заполняют каналы в структуре минерала (рис. 1.109).

H2O и CО2 - это главные флюидные компоненты в каналах структуры кордиерита. Суммарное содержание молекул этих газов слабо зависит от состава равновесного флюида. He зависит оно и от железистости кордиерита. При постоянном соотношении СО2/(Н2О+СО2) во флюиде абсолютные количества CO2 и H2O в кордиерите увеличиваются с давлением и уменьшаются с температурой. А вот распределение CO2 и H2O между флюидом и кордиеритом не зависит от температуры. Однако растворимость CO2 в кордиерите ниже, чем растворимость H2O. Это связано с более крупным размером молекул CO2 и отсутствием у них дипольного момента. Молекулы H2O, обладая дипольным моментом, создают с каркасом структуры кордиерита водородные связи, энергии которых близки к энергиям водородных связей между молекулами H2O в воде. В результате термодинамическое поведение водосодержащего кордиерита в его равновесиях с другими минералами становится аналогичным поведению водных минералов. Различия в свойствах молекул H2O и CO: приводит к их сепарации - CO2 перераспределяется во флюид, а H2O предпочтительно входит в кордиерит. Тем не менее, в гранулитах известны находки кордиеритов, содержащих более 2 мас.% CO2 и лишь доли процента H2O. Поскольку распределение CO2 и H2O между флюидом и кордиеритом не зависит от температуры, одним из ведущих факторов, способствующих обеднению кордиерита водой, является силикатный расплав, в который активно перераспределяется вода из кордиерита.
В кордиерите наблюдается полная смесимость миналов Mg2Al4Si5O18 и Fe2Al4Si5O18, а твердый раствор кордиерита близок к идеальному.
Оптические свойства и диагностические особенности в шлифах

Оптические свойства кордиерита зависят, главным образом, от его железистости. Однако дополнительные компоненты, входящие в каналы структуры кордиерита также оказывают заметное влияние. Так, экспериментальные работы Дж. Т. Ииямы показали четкие зависимости оптических свойств кордиерита от содержания в нем H2O. Кордиерит оптически анизотропный, двуосный отрицательный, 2V=40-90°. Очень редко 2V>90°, что, связано с высокими концентрациями CO2. Показатели преломления: np = 1.522-1.560, nm = 1.524-1.574, ng = 1.527-1.578. Максимальное двулучепреломление 0.011-0.018, оптический рельеф низкий. Для кордиеритов, обогащенных CO;, значения двулучепреломления составляют 0.017-0.018. Магнезиальный кордиерит в шлифах бесцветен; железистый имеет голубоватые, зеленовато-желтые окраски и заметно плеохроирует от желто-зеленого по Np, голубого по Nm, до фиолетового по Ng. В железистых кордиеритах вокруг включений радиоактивных акцессорных минералов очень часто образуются плеохроничные дворики - ореалы, в которых минерал плеохроирует от бесцветного до желтого (рис. 1.110а). В магнезиальных кордиеритах плеохроичные дворика не образуются. Спайность у кордиерита умеренная по (010) и слабая по (001) и (100). Характерно двойникование по {110} и {310}, двойники простые, секторальные и полисинтетические (рис. 1.110б).

Благодаря близкому двулучепреломлению и оптическому рельефу, неизмененный магнезиальный кордиерит в шлифах похож на кварц (особенно при толщине шлифа большей, чем стандартная). Лишь диагностика угла оптических осей и волнистое погасание кварца помогает отличить эти два минерала. В ряде случаев помогает наличие плеохроизма у кордиерита. Полисинтетически сдвойникованные кордиериты в шлифах похожи на кислые плагиоклаз (рис. 1.110б). Однако у кордиеритов часто проявлены секториальные двойники, что выражается в их клиновидной форме в шлифах. Baжной диагностической характеристикой кордиерита в шлифах являются плеохроничные дворики и продукты изменения - агрегат мусковита и хлорита, называемый пинитом. Пинит имеет сероватый ил зеленоватый оттенки в зависимости от железистости кордиерита.
Пределы стабильности кордиерита

Главная реакция, определяющая стабильность магнезиального кордиерита в зависимости от температуры и давления, в P-T координатах имеет относительно пологий положительный наклон и смещается вправо с увеличением давления или при субизобарическом снижении температуры (рис. 1.111):
0.5Mg2Al4Si5О18 = MgSiО3 + Al2SiО5 + 0.5SiО2.

Водосодержащий магнезиальный кордиерит стабилен до давлений порядка 11 кбар, обладая более широким полем стабильности, чем безводный кордиерит (рис. 1.111). CO2 также расширяет пределы стабильности кордиерита по давлению.
С понижением температуры в присутствии воды кордиерит разлагается с образованием ассоциаций хлорит+Al2SiO5+кварц или тальк+Аl2SiO5+кварц (при давлениях более 8 кбар). Интересной особенностью второй реакции является то, что она идет с выделением H2O (рис. 1.111).
Железистый кордиерит с ростом температуры разлагается на железистую шпинель (герцинит) и кварц по реакции:
Fe2Al4Si5O18 = 2FeAl2O4 + 5SiO2.

С понижением температуры и в присутствии воды железистый кордиерит замещается ассоциацией хлоритоида и кварца:
Fe2Al4Si5O18 + 2H2O = 2H2FeAl2SiO7 + 3SiO2

или же хлорита (дафнита), силиката глинозема и кварца:
Fe2Al4Si3O18 + H20 = Fe2Al2Si05(OH)4 + Al2Si05 + 3SiО3.

Природные ассоциации

Кордиерит - это типичный минерал бедных CaO, но богатых Al2O3, FeO и MgO метаморфических пород (метапелитов). Благодаря большому мольному объему, кордиерит является барофобным минералом, сменяясь при высоких давлениях ассоциациями более плотных железо-магнезиальных минералов, таких как гранат, ортопироксен, сапфирии. Стабильность кордиерита в природных ассоциациях определяется общей магнезиальностью метаморфических пород. Дело в том, что кордиерит является самым магнезиальным минералом из всех минералов (граната, ортопироксена, биотита и других) метапелитов. Поэтому ассоциации кордиерита, как правило, характеризуют породы с высоким соотношением MgO/(MgO+FeO).

Кордиерит появляется еще в низах амфиболитовой фации, где он стабилен в ассоциациях с хлоритом, хлоритоидом, андалузитом мусковитом. Очень редки ассоциации со ставролитом. При температурах 650-700°С и давлениях 3-4 кбар ассоциация относительно железистого кордиерита и калиевого полевого шпата образуется за счет реакций биотита с силикатами глинозема (главным образом, силлиманитом) и кварцем. В ходе подобных реакций появляется и гранат. Наиболее распространенной ассоциацией Fe-Mg кордиерита в метапелитах гранулитовой фации является дивариантная ассоциация с гранатом, силлиманитом (кианитом) и кварцем:
3(Mg,Fe)2Al4Si5О18 = (Mg,Fe)3Al2Si3О12 + 4Al2SiО5+5SiО2.

Эта реакция сопровождается очень большим объемным эффектом (-0.64 кал/бар) и потому лежит в основе одного из самых важных геобарометров для метаморфических пород. Распределение Fe и Mg между кордиеритом и гранатом близко к идеальному, а соответствующее обменное равновесие:
3Mg2Al4Si5O18 + 2Fe3Al2Si3O12 = 2Mg3Al2Si3O12 + 3Fe2Al4Si5O18

обладает большим тепловым эффектом (-6100 кал), а, следовательно, является эффективным геотермометром. С повышением давления магнезиальности сосуществующих кордиерита и граната увеличиваются (рис. 1.112).
Этот эффект позволил А.А. Маракушеву на примере метаморфических пород Алданского щита выделить фации глубинности метапелитов. При давлениях более 10-11 кбар ассоциация кордиерита и фаната становится нестабильной, и вместо нее появляется ассоциация глиноземистого ортопироксена с силлиманитом или кианитом по реакции:
(Mg,Fe)2Al4Si5O18 + (Mg,Fe)3Al2Si3О12 = 5(Mg,Fe)SiО3 + 3Al2SiO5.

В ортопироксен-силлиманитовых гнейсах кордиерит, как правило, присутствует как продукт регрессивного метаморфизма, образуя каймы между ортопироксеном и силикатом глинозема. Он также образует короны вокруг граната на его контактах с силлиманитом и кварцем. Для пород более богатых SiO2, в отсутствии первичного силлиманита (кианита), типичны коронарные структуры вокруг зерен граната, представляющие собой симплектитовые срастания кордиерита и ортопироксена (рис. 1.113). Они образуются при реакции фаната с кварцем:
2(Mg,Fe)3Al2Si3O12+ 3SiO2 = 4(Mg,Fe)SiO3 + (Mg,Fe)2Al4Si5O18.

Подобные коронарные структуры образуются очень быстро в неравновесных условиях, а их рост обуславливается диффузионными процессами переноса компонентов по границам зерен. Расчеты показывают, что предшественником упорядоченного кордиерита в таких структурах мог быть его разупорядоченный полиморф - индиалит.

При регрессивном метаморфизме в условиях амфиболитовой фации, сопровождающимся ростом активности H2O в метаморфическом флюиде, кордиерит замещается ассоциациями биотит+силлиманит (кианит)+кварц или жедрит+силлиманит (кианит)+кварц. Последняя ассоциация является настолько характерным продуктом разложения кордиерита, что в шлифах именно по ее наличию можно судить о том, что в породе присутствовал первичный кордиерит (рис. 1.114). В этой ассоциации в качестве ретроградного продукта разложения кордиерита иногда присутствует ставролит. Например, в комплексе Лимпопо (ЮАР) жедрит-антофиллит-кианит-биотитовые породы образуют широкую зону регрессивной регидратации ортопироксен-кордиерит-гранатовых гранулитов.

Несмотря на то что кордиерит не стабилен при высоких давлениях, находки этого минерала известны в породах высокого давления, связанных с зонами коллизии. Это так называемые белые сланцы -породы с характерной ассоциацией тальк+кианит, образовавшиеся при давлениях более 15 кбар и температурах 600-650°С. Кордиерит в парагенезисе с антофиллитом, кианитом, ставролитом является продуктом ретроградной эволюции таких пород. Подобные ассоциации известны в комплексах высоких давлений в Альпах, горах Даби в Китае, на Тасмании, в каледонидах Норвегии.
Однако в некоторых случаях кордиерит-антофиллитовые породы могут формироваться при умеренных давлениях в результате метаморфизма вулканических пород (спилитов), предварительно подвергшихся сильному выщелачиванию и за счет этого обогатившихся глиноземом, В связи с этим необходимо указать, что известны случаи образования кордиерита в ходе процессов кислотного выщелачивания биотитовых гнейсов.
Как минерал, тяготеющий к условиям высоких температур и низких давлений, кордиерит широко распространен в высокоглиноземистых роговиках - продуктах контактового метаморфизма глинистых пород на их контактах с интрузивами. В этих породах кордиерит появляется в виде крупных, иногда идиоморфных, порфиробластов с секториальным двойникованием. В зависимости от температуры, кордиерит в роговиках находится в парагенезисе с гранатом андалузитом (хиастолитом), биотитом, шпинелью, плагиоклазом, магнетитом, мусковитом, кварцем, щелочным полевым шпатом (анортоклазом).
Кордиерит редок в магматических породах. Он встречается в богатых Al2O3 гранитах S-типа, образование которых связано с чacтичным плавлением метапелитов в условиях амфиболитовой и гранулитовой фаций метаморфизма. Подобные граниты широко развиты в коллизионных зонах (например, лейкократовые граниты Гималаев, граниты восточной окраины Австралийской платформы). B этих гранитах, помимо собственно гранитных минералов (полевых шпатов, кварца и слюд), кордиерит ассоциирует с гранатом, андалузитом и другими минералами, захваченными гранитными магмами из частично расплавленных метапелитов. Кордиерит встречается в гранитных пегматитах в ассоциации с топазом, хризобериллом, силикатами глинозема, корундом, гранатом.
Индиалит обнаружен в породах, подвергшихся высокотемпературному метаморфизму и плавлению при возгорании нижележащих слоев углей, в бухитах (частично расплавленных контактовых роговиках по песчаникам), паралавах (пирогенных расплавах), кcенoлитах метапелитов в вулканических породах. В этих породах индиалит ассоциирует с такими высокотемпературными фазами как кристабаллит, тридимит, корунд, муллит, шпинель, оливин.