Перечень вопросов к курсу «Геохимия»
Перечень вопросов к курсу «Геохимия»
Перечень вопросов к курсу «Геохимия»
Предмет, задачи и разделы геохимии
Геохимия изучаетповедение химических элементов в ходе геологических процессов,формыихпереносаинахождениявгорныхпородахиминералах, поведениеионоввкристаллическихрешеткахминераловиэнергетику геохимическихпроцессов.Ещесовсемнедавнополагали,чтогеохимия–это химия Земли. Но с того времени, как была взята первая проба лунного грунта, геохимия стала рассматриваться как наиболее изученная часть космохимии. Космохимия–наукаохимическомсоставеЗемли,планетиВселеннойв целом, в то время как геохимия – наука о законах распределения и взаимном сочетании химических элементов в земной коре, наука, изучающая химические процессыземнойкоры–миграциюхимическихэлементов,ихконцентрациюи рассеяние, химический состав Земли и ее оболочек. Поопределениюизвестногороссийскогогеохимика В.Ф. Барабанова, геохимия –наукаобисторииисудьбахатомовиихсоединений.Среди наук геологического цикла, предмет которых- природное вещество.Петрография, Минералогия, Геохимия.
Понаправлениямисследований в современнойгеохимииможно выделить следующие направления: геохимию крупных систем (океан, мантия, земная кора, осадочная оболочка) атмогеохимию, гидрогеохимию, биогеохимию, литогеохимию, геохимию процессов (эндогенных,экзогенных рудных, метаморфогенных), прикладную геохимию и т. д. Специальныеразделыгеохимии, связанные с отдельными элементами и различными видами и типами полезныхископаемых (например, геохимия нефти и газа, геохимиярадиоактивных элементов разделыгеохимии,связанные с аналитической геохимией, геохимией изотопов, ядерной геохимией, геохимиейредких и рассеянных элементов геохимиейландшафтов, геохимией элементов в окруж. среде ( почвахводах, воздухе). Этот список постоянно расширяется. Прикладные аспекты, роль в развитии минерально-сырьевой базы.
История геохимии
1.19 век, 90-годы работы американского ученого Ф.У.Кларка(1988г работа «Данные геохимии» (1924). Цифры близки к современным (6000 анализов кора -10 миль) Менделеев (Независимому существованию 60 хим элементов был положен конец).
2.20 век В.И. Вернадский 20годы МГУ Rb,Li,Cs,Tl,In«Парагенезисы элементов в Земной коре»Сформулировал новые идеи о состоянии элементов, исследования по радиоактивностиА.Е.Ферсманэнергетика геохимических процессовВ.М.Гольдшмитв работе по контактовым роговикам сформулировал первые принципы кристаллохимии, расчеты по балансу вещества;«Распространенность элементов в природе» классическая работа по геохимии (положил основы геохимической классификации элементовЦентры – Германия и Россия, после войны – СССР и США, Англ, Франция
1956 г. журнал Геохимия МГУ, ЛГУ. Направления в геохимии были связаны с с появлением новых методов и запросами промышленности (геохимия изотопов, геохронология, космохимия). -что такое химические элементы. -как они образуются. -как долго живут
Нуклеосинтез. Образование химических элементов в природе
Химические элементы образуются в ходе ядерных процессов (процессов нуклеосинтеза), протекающих на разных стадиях эволюции Вселенной.•Ядра элементов образуются в недрах звезд в равновесных условиях. Не +р———Li+yреакция обратимая,теоретически можно рассчитано кол-во элементов которые могут образоваться таким образом.Эта зависимость обратная. Т.е. теория хорошо обьясняет распространенность легких ядер, но бесполезна для тяжелых, следовательно недостаточно равновесных процессовобразования тяжелых ядер обьясняется неравновесные процессами (захват элементарных частиц и легких ядер). Рождение химических элементов. С историей развития этих звезд связано рождение всех других химических элементов путем последовательной смены следующих ядерных процессов: 1) сгорание водорода с образованием гелия («протон-протонный» цикл) (из каждых 5*106 протонов образуется одно ядро гелия). 2) сгорание гелия с образованием изотопов с массовым числом, кратным четырем: l2C, 16O, 20Nе, 24Mg; («слияние ядер гелия»). 3) процессы с а-частицами (ядра гелия, выбитые из ранее созданных изотопов мощным излучением, связанным с ростом температуры звездных недр) и ядрами 16О и 20Nе, приводящие к образованию четных изотопов: 24Mg, 28Si, 32S, 36Cl, 40Са; 4) равновесный процесс захвата p,n, протекающий при высоких температурах4*109 К. Он обеспечил наличие «железного максимума» (54Мn, 56Fе, 56Со, 58Ni) на кривой космической распространенности элементов;5) s-npouecc, при котором происходил захват существующими элементами медленных нейтронов с образованием все более тяжелых элементов до Bi209 включительно. 6) г-процесс — процесс быстрого нейтронного захвата, при котором происходит образование также тяжелых и сверхтяжелых элементов в трансвисмутовой области (Z>83). 7) р- процесс протонного захвата, при котором образовались богатые протонами нуклиды; 8) х-процесс, но существу неизвестный, определивший образование легких малораспространенных элементов.Т.е., в звездах происходит термоядерный синтез, в основном превращение Н в Не, но при этом образуются и тяжелые элементы вплоть до трансурановых.Док-во – тяжелые ядра 254Cf – был обнаружен в продуктах взрыва водородных бомб. Следствие - современная радиоактивность Земли, и тем более радиоактивность ранней Земли является закономерным следствием ядерной эволюции вещества в звездных космических условиях. В планетах, метеоритах идет не синтез, а распад (синтез только локально на поверхности тел – космогенные изотопы. Вещество звезд второго и более поздних поколений, рассеянной материи (газо-пылевых туманностей), планетных систем является, с точки зрения происхождения химических элементов, гетерогенным, представляя собой смесь продуктов ядерных реакций, протекавших на разных стадиях предшествующей истории; последний этап нуклеосинтеза в районе Солнечной системы произошел незадолго (за 200 - 400 млн. лет) до формирования твердой фракции ее вещества. (4.55 млрд. лет назад). 129Jбета распад— 129Хe(ксенон не захватывается космическим веществом, а йод сорбируется, следовательно, по количеству радиогенного ксенона можно рассчитать абсолютный возраст (`200 млн. Лет). Процессы смешения продуктов нуклеосинтеза оказываются в высшей степени эффективными и приводят к тому, что в главной своей массе протопланетное вещество Солнечной системы достаточно хорошо перемешено но при этом некоторая (очень небольшая по массе) фракция метеоритного вещества отличается изотопными аномалиями, прямыми свидетелями гетерогенности нуклеосинтеза.
Метеориты
Строение мантии
Процессы, идущие в мантии, оказывают самое непосредственное влияние на земную кору и поверхность земли, являются причиной движения континентов, вулканизма,землетрясений, горообразования и формирования рудных месторождений. Всё больше свидетельств того, что на саму мантию активно влияет металлическое ядро Земли.
13. Строение и состав земной коры
Строение земного шара. Главным объектом геологических, в том числе и минералогических, исследований является земная кора*, под которой подразумевается самая верхняя оболочка земного шара, доступная непосредственному наблюдению. Сюда относятся: нижняя часть атмосферы, гидросфера и верхняя часть литосферы, т. е. твердой части Земли.
Наибольшим признанием в настоящее время пользуется гипотеза В. М. Гольдшмидта о строении земного шара. Последний, по его представлениям, состоит из трех главных концентрически расположенных зон (геосфер):
наружной - литосферы;
промежуточной - халькосферы, богатой окислами и сернистыми соединениями металлов, преимущественно железа,
центральной - сидеросферы, представленной железо-никелевым ядром.
Литосфера в свою очередь подразделяется на две части:
верхнюю оболочку - до глубины 120 км,сложенную в основном обычными силикатовыми породами,
нижнюю - эклогитовую оболочку (120-1200 км), представленную силикатовыми породами, обогащенными магнием.
Состав земной коры.
Наиболее распространенными элементами являются: О, Si, Al, Fe, Ca, Na, К, Mg, Н, Ti, С и Cl. На долю остальных 80 элементов приходится всего лишь 0,71% (по весу)
Полиморфизм силикатов
В зависимости от температуры и давления кремнезем может быть также в виде одной из 7 модификаций.
Полиморфные превращения являются фазовыми переходами, то есть, аналогичны плавлению, кристаллизации и испарению. Так как, полиморфные превращения зависят от температуры и давления, многие из них являются геотермометрами и геобарометрами. Рассмотрим влияние температуры и давления на кристаллическую решетку кремнезема. Повышение температуры приводит к усилению теплового движения узлов решетки, что в свою очередь вызывает увеличение симметрии.
Zr – Hf
Mo – Re
K - Rb
Al- Ga
Благодаря близости ионных радиусов гафний, рубидий, рений, галлий, будучи редкими элементами, практически полностью поглощаются минералами своих более распространенных элементов-хозяев. Их собственные минералы неизвестны.
изоморфизм,прикоторомзамещающиедругдругаатомы,имеющие
одинаковыеразмеры,обладаютразличнойвалентностью, называется гетеровалентным.
Правило электростатическойнейтральности,т.е.сохранениянейтральногозаряда соединения,можетбытьсоблюденоблагодарякомпенсациивалентности другимионом.
Например,вплагиоклазах
Са+2+Al+3(суммарнаявалентность равна пяти) → Na++ Si4+ (суммарная валентность также равна пяти).
Широкораспространенывзаимныезамещенияэлементов,мало
отличающихсяпоразмераматомов.
(Mg— Fe, Ni-Co, Si- Ge)
Полярный (направленный) изоморфизм
Связанный (компенсационный) изоморфизм
Примеры
Наибольшее значение имеют изоморфные соединения породообразующих силикатных минералов:
-плагиоклазов, оливинов, амфиболов, пироксенов, слюд, гранатов
В оливине, представляющем собой железомагниевый силикат [(Mg, Fe)2Si04], атомы железа и магния могут замещать друг друга в разных пропорциях.
Замещение в широких пределах возможно у пироксенов и амфиболов
В гранате кальций, магний, двухвалентное железо и марганец замещают друг друга, так же как трехвалентный алюминий, трехвалентное железо и в какой- то степени хром. (ряд альмандин-спессартин- андрадит-уваровит)
В слюдах – (биотит, флогопит, мусковит) Кальций, магний, двухвалентное железо и марганец замещают друг друга в гранате, так же как трехвалентный алюминий, трехвалентное железо и в какой- то степени хром.
В оливине[(Mg, Fe)2Si04] атомы железа и магния могут замещать друг друга в разных пропорциях.
31. Устойчивость изоморфных смесей
Высокотемпературная устойчивость
Ферсман ввел понятие автолизии – самоочистки минералов при многократнойперекристаллизации
- При выс Т и Р изоморфная емкость минералов больше , охлаждение приведет к распаду твердогораствора и образуются взаимные прорастания минералов:
Пертиты (альбит-ортоклаз)
Халькопирит- пирротин
Станнин-сфалерит
Галенит-аргентит
2. устойчивость (зона гипергенеза)
Вобстановке избыткакислородаивлагиэлементыповышаютвалентность,проходявсе стадииокисления.
- четырехвалентныйуранпревращаетсявшестивалентныйи,являясьвтакойформехорошорастворимым,выносится изразрушающихсяпородповерхностнымиводами.Втожевремя четырехвалентныйторий,скоторымчетырехвалентныйураноченьблизокпоповедениювглубинныхпроцессах,остаетсявроссыпях (в виде монацита, циркона, торианита),таккакнеменяетсвою валентность.
- - Co,Ni, Fe,V - полные аналогив высокотемпературныхпроцессах, в зоне гипергенеза из-за изменения валентности разделяются
Состояние изоморфного замещения является неотъемлемой характеристикой большинства хим элементов
Исключениемскорее является моноэлементное чистое состояние.
32. Геохимия магматических процессов.
33. Магматический процесс как отражение дифференциации вещества Земли.
Магматические процессы охватывают земную кору и часть верхней мантии. Наиболее характерны они для земных глубин. Многие явления магматизма и, в частности, кристаллизации изверженных пород связаны с понижением температуры. Другой важнейший термодинамический параметр – давление колеблется от 1 бар на земной поверхности до 10 кбар в абиссальной области. Разделение магмы на составные части по химическому составу или дифференциация магмы происходит различными путями.
I. Считается возможным разделение магмы разного состава – ультраосновной, основной и кислой.
II.Кристаллизационная дифференциация– обусловлена различием в температуре кристаллизации породообразующих минералов. Это явление обосновано английским ученым Н. Боуэном, который сгруппировал породообразующие минералы в две серии. В первой (прерывной) помещены темноцветные минералы оливин, пироксены (ромбический и моноклинный), роговая обманка и биотит; а во второй (непрерывной) сери и – полевые шпаты: плагиоклазы (от основных к кислым) и калиевый полевой шпат. В каждой серии последовательность кристаллизации минералов связана с понижением температуры магматического расплава, которая убывает от оливина к биотиту. Из схемы реакционной серии Боуэна (плакат) видно как последовательная совместная кристаллизация влияет на разделение магматических пород по химическому и минеральному составу, а также позволяет судить об основных минеральных ассоциациях породообразующих минералов.
III. Дифференциация расплава по плотности называется ликвация. Этот процесс приводит к расслоению единого расплава на части отличающиеся по плотности: в нижней части как более плотные (или тяжелые) формируются породы ультраосновного и основного состава. Часто они сопровождаются ликвацией сульфидно-оксидной массы от силикатной. Так образуются ликвационные месторождения Cu-Ni руд. Выше этой части формируются породы среднего состава, а в верхней части – кислого. Яркий пример такого формирования – Бушвельдский интрузивный массив в ЮАР.
IV. При движении магмы от магматического очага к месту кристаллизации часто происходит захват и переплавление магмой встречаемых ею пород. Это явление называется ассимиляцией, и оно тоже может стать причиной дифференциации магмы.
34. Относительная распространенность магматических пород
А. И. Перельман: ультраосновные (дуниты и др.), основные (базальты и др.), средние (диориты и андезиты),кислые (граниты, гранодиориты и др.).
Сейчас классов магматических пород больше, чем возможных исходных магм. Это обусловлено магматической дифференциацией: удалением летучих компонентов или выделением кристаллов, всплыванием легких (например, санидина) или опусканием тяжелых (например магнетит), а также разделением - ликвацией в расплавленном состоянии.
Кроме того, внедряясь в застывшие магматические или осадочные горные породы магма обменивается с ними веществом. Ключом к дальнейшему рассуждению послужила неравномерность распределения магматических пород. Широкое распространение гранитов и базальтов привело к предположению о существовании двух исходных магм, которые так и были названы - гранитная и базальтовая. Оказалось, что наиболее распространены магматические породы с содержанием SiО2 52,5% - основные, базальты и 73% - кислые, граниты.
Ф.Ю. Левинсон-Лессинг считал, что существует базальтовая и гранитная родоначальные магмы и приводил следующие аргументы.
1. Граниты и базальты по своей распространенности на Земле намного превосходят все остальные магматические породы.
2. Наличие двух магм соответствует представлению о разделении земной коры на более легкую верхнюю оболочку, богатую кремнием, алюминием и щелочными металлами и тяжелую нижнюю оболочку, богатую магнием и железом.
3. Невозможность образования громадных масс гранитов за счет дифференциации базальтовой магмы. По мнению Ф.Ю. Левинсона-Лессинга, конечным продуктом кристаллизационной дифференциации базальтовой магмы должен быть не гранит, а сиенит, состоящий на 50% из альбита, на 26% из анортита и на 24% из диопсида. При этом количество сиенита не может превышать 10% общего объема базальтовой магмы.
4. В ходе дифференциации базальтовой магмы вместе с гранитами должны были бы образовываться ультраосновные породы, которых, как известно, значительно меньше, чем гранитоидов.
Продуктами кристаллизации силикатных расплавов сложена почти вся земная кора под океанами и значительная часть континентальной коры.
35.Условия зарождения и кристаллизации магматических расплавов.
Магма представляет собой гетерогенный силикатный расплав.Содержит около 5 % воды, в неизмененных магматических породахредко превышает 1 %. При высоком давлении летучие компонентынаходятся в подвижном состоянии. Как многокомпонентная системамагма хорошо растворяет породообразующие оксиды редких элементов (Li2O, Rb2O, BeO, ZrO2, Ga2O3, Nb2O5 и др.).Чем больше компонентов в силикатном расплаве, тем ниже температура его остывания и меньшая вязкость, что ведет к повышениюреакционной способности силикатного расплава и скорости диффузиикомпонентов реакции. Например, гранитный расплав застывает притемпературе 1100–900 °С, однако при высоком давлении паров водыможет находиться в жидком состоянии при температуре 700 °С.
На ранних стадиях выкристаллизовываются темноцветные минералы (пироксен, амфибол, биотит), позже – светлыеполевые шпаты, кварц.
Разделение магмы на составные части по химическому составу или дифференциация магмы происходит различными путями.
В ходе кристаллизации магмы выделяют ряд процессов, которыеприводят к формированию минеральных видов. Ниже рассмотрим этипроцессы.
Кристаллизационная дифференциация – неоднократное отделение все более поздних и более кислых продуктов от болееранних основных и ультраосновных.. Геохимические данные остаются неизменными даже в расплаве и свидетельствуют об их родственном образовании, что подтверждают изотопные отношениянекоторых элементов.
Гравитационная дифференциация – процесс расслоения неоднородного магматического расплава под влиянием гравитации, определяется по вязкости магмы. При прочих равных условиях минералыгравитационной дифференциации более характерны для ультраосновных, основных и средних щелочных магм.
Ликвационная дифференциация – разжижение, разделение единого расплава на две несмешивающиеся жидкости в результате неоднородности охлаждения и гравитации. Например, разделение сульфидного и силикатного расплава. Из-за разности их свойств дальнейшаядифференциация может вызвать явление гравитационной дифференциации. Сульфидыкак тяжелые минералы могут осаждаться и формировать рудную залежь.
Ассимиляция и контаминация. При внедрении магмы во вмещающие породы происходит поглощение и растворение обломков этих пород в магматическом расплаве, т. е. ассимиляция. Если ассимилировано большое количество породы, заметно отличающейся по химическому составу от расплава, происходит его «загрязнение», т. е.контаминация. Например, ассимиляция магмой известняков, но контаминация магмы известняками. Эти явления впоследствии при кристаллизации расплава будут сказываться на составе минералов, характере парагенной ассоциации химических элементов. Например, известняки будут формировать не кислый плагиоклаз, а основной.
Десиликация – внедрение расплава, богатого кремнеземом, в породы, бедные кремнеземом (известняки, ультраосновные породы), иизвлечение SiO2 из расплава за счет связывания его Mg, Ca, Fe вмещающих пород. Это обедняет расплав SiO2, в избытке появляетсяAl2O3, который выделяется с образованием корунда__ Высвобождающийся кремнеземвыпадает, образуя опал и халцедон.
Автометаморфизм (самоизменение, самопревращение) – группапроцессов, происходящих при застывании магмы. Воздействие напродукты магматической кристаллизации более поздних (остаточных)порций расплава той же магмы или обособившихся из этой магмы летучих компонентов, гидротермальных растворов. Выделяют собственно магматическую (Т > 600 °С), пневматолическую (Т 600–375 °С)и гидротермальную (Т < 375 °С) стадии. Сюда входят серпентинизацияперидотитов, альбитизация спилитов, грейзенизация аляскитов, пропилитизация вулканических пород основного и среднего состава.Длямагмы характерны два типа массопереноса: диффузия и конвекция.Важное значение в массопереносе имеют газовые растворы – флюиды.В связи с этим различают С- структуры и Н-структуры.
Углеродные структурывстречаются в глубинных разломах и зонах с углеродной спецификацией флюидов. Вследствие эволюцииэтих систем образуются карбонатиты, кимберлиты, щелочные породыс высоким содержанием карбонатов, углеводородов и графита. С нимисвязаны месторождения алмазов, Ta, Nb, Zr, Tr.
Для водородных структур характерна H2O в флюидах и меньшаяглубина залегания магм. Образуются породы кислого и основного состава и рудные месторождения. В чистом виде такие структуры несуществуют. Для летучих компонентов основных магм характеренCO2, для кислых – H2O.
36. Состав магмы и геохимические условия магматических очагов. Роль летучих в магме.
Магма - расплавленная масса преимущественно силикатного состава, образующаяся в глубинных зонах Земли. Обычно М. представляет собой сложный взаимный раствор соединений большого числа химических элементов, среди которых преобладают кислород, Si, AI, Fe, Mg, Ca, Na и К. Иногда в М. растворено до нескольких процентов летучих компонентов, в основном воды, меньше — окислов углерода, сероводорода, водорода, фтора, хлора и пр. Летучие компоненты при кристаллизации М. на глубине частично входят в состав различных минералов (амфиболов, слюд и прочих).
Большая разница между магмой, охлаждающейся на больших глубинах, находится в соответствии со свойствами летучих компонентов, главным образом воды. Растворимость воды в силикатных расплавах, по-видимому, в некоторых пределах возрастает с повышением давления, так как молекулярный объем водяного пара значительно больше при низком давлении, чем парциальный молекулярный объем воды в расплаве. Магмы, достигающие поверхности, могут вследствие этого потерять большую часть своих летучих компонентов.
Присутствие летучих компонентов в кристаллизующейся магме или лаве резко отражается на ее свойствах и влияет на ход кристаллизации.
1. Присутствие летучих компонентов резко снижает температуру начала кристаллизации. Установлено, что 1% растворенной в расплаве воды понижает температуру кристаллизации примерно на 50º, то есть при содержании 8–10% воды температура должна понизиться на 400–500 º.
2. Присутствие летучих компонентов резко понижает вязкость силикатного расплава, и, следовательно, способствует росту кристаллов.
Присутствие в магме воды и других минерализаторов обусловливает возникновение в конце кристаллизации газового раствора. Этот раствор в случае насыщенности его компонентами горной породы вызывает перекристаллизацию породы с образование грубозернистых структур. В другом случае, когда состав раствора отличается от состава горной породы, он вызывает отложение вторичных минералов с образованием различных структур замещения.
Летучие компоненты играют весьма важную роль в двух смыслах. Во-первых, они имеют сравнительно низкие молекулярные веса, а их молекулярные доли в расплаве велики по сравнению с их концентрацией в весовых процентах. Например, молярная доля воды в шести процентном растворе воды в альбите составляет почти половину. Вследствие этого малые количества воды заметно изменяют химические потенциалы других компонентов в расплаве, вызывая значительное понижение точек плавления разных составляющих магму силикатов. Во-вторых, такие компоненты, как H2O, F, Cl значительно понижают вязкость силикатных расплавов. Этот факт объясняется разрывом кислородных мостиков Si-O-Si, когда O замещается (OH) или F.
37. Физико-химические причины разнообразия магматических пород
Разнообразие горных пород объясняется процессами дифференциации магмы. Дифференциация (разделение) магмы - это совокупность различных физико-химических процессов, которые происходят на значительных глубинах и ведут к тому, что разные части единого магматического резервуара обогащаются различными компонентами. Различают магматическую и кристаллизационную дифференциацию.
Магматическая дифференциация (ликвация) представляет собой процесс разделения силикатного расплава на две несмешивающиеся жидкости: тяжелую (обогащенную оксидами или сульфидами железа) и легкую (обогащенную летучими и солями). При охлаждении обоих расплавов они дают различные по составу породы. Это приводит к образованию ликвационных месторождений никеля и меди, важных в промышленном отношении.
Кристаллизационная дифференциация происходит благодаря процессам кристаллизации минералов и обусловлена перераспределением различных компонентов в магме.
Кристаллизация магмы сопровождается накоплением в расплаве кремнезема, щелочей и воды. Большую роль при образовании пород играют процессы ассимиляции[3], особенно в приконтактовых частях крупных магматических тел.
Магматические породы, как уже отмечалось, исключительно разнообразны по химическому и минеральному составу, однако во всех присутствует кислород и кремний[4].
В основу классификаций магматических горных пород положен их химический состав. За основу большинства классификаций принято содержание окиси кремния (SiO2), которое и служит критерием для подразделения пород на группы. Для этого определяют валовой состав породы, т.е. процентное содержание всех элементов, входящих в состав породы, выраженных в виде оксидов. Сумма всех элементов в виде оксидов составляет 100%. Содержание SiО2 является диагностическим критерием для классификации породы.
Процентное содержание окиси кремния в породе служит определенным критерием ее кислотности, в связи с чем термином «кислая порода», стали обозначать породы, богатые SiO2, а «основная порода» - бедные кремнеземом, но обогащенные СаО, МgО, FеО.
29. Кристаллизационная дифференциация и другие механизмы дифференциации магмы
В вопросе № 26.
38.Кристаллизационная дифференциация и другие механизмы дифференциации магмы
39. Закономерности поведения элементов в магматических породах
Закономерности поведения элементов в магматических породах Во-первых, выделяется основная группа элементов, в состав которой входят самые распространенные элементы (Si, Al, Mg, Fe, Ca, Na, K); их количественные соотношения, собственно, лежат в основе петрохимической систематики магматических пород, а взаимные корреляции (обычно положительные для Si с Na и K и отрицательные для Si с Mg и Fe, но положительные для Si с отношением Fe / Mg) определяют закономерности эволюции дифференцированных серий и коррелируют с температурами кристаллизации. Во-вторых, выделяется большая группа преимущественно литофильных элементов, распадающаяся на ряд подгрупп: 1) Li, Rb, Cs, Be, Ba, Y, TR, Th, U, Zr, Hf, Nb, Ta, а также Ga, Tl, Ge, Sn, Pb, Bi, W, F; 2) Sc, Cr, Mn, а также Co, Ni, Zn; 3) Sr, Ti, P, V, распределение содержаний и отношений содержаний которых по-разному, но для всех устойчиво коррелирует с распределением главных элементов; это совершенно определенно указывает на то, что поведение и главных, и этих второстепенных элементов обусловлено проявлением единого механизма. Закономерности распределения содержаний в магматических поро-дах элементов первой и второй групп полностью соответствуют законам их поведения в ходе фракционной кристаллизации систем породообразующих силикатов, что является доказательством определяющей роли кристаллизационной дифференциации как меха-низма магматической эволюции. В третьих, от этих закономерностей резко отличаются закономерности распределения большинства халькофильных и сидерофильных элемен-тов (Cu, Ag, Au, Cd, Hg, In, As, Sb, S, Se, Te, Mo, Re, элементов группы Pt), содержание которых в магматических породах в общей системе вообще не коррелирует с главными элементами (за исключением элементов группы Pt, повышенным содержанием которых отличаются ультаосновные породы); лишь в отдельных дифференцированных сериях иногда наблюдаются разные варианты локальной корреляции, например Cu и Fe, платиноидов с Cr и т. п. Для этих элементов характерны свои связи - между собой и, что наиболее важно, с S, в особенности в тех объектах, в которых наблюдается сульфидная минерализация. Очевидно, что поведение этих элементов в ходе магматического процесса, подчиняясь общим законам эволюции, локально контролируется поведением сульфидной компоненты магматических систем. Наконец, такие элементы, как H, B, C, N, Cl, Br, I, а также He, Ne, Ar, Kr, Xe образуют отдельную группу; их распределение в системе магматических пород также обычно не коррелировано с содержаниями главных элементов и, очевидно, отражает проявление дополнительного механизма - их перераспределения в составе газовой фазы, возможность которого обусловлена летучестью их соединений.
Типы магматических пород, выделяемые в петрологии, могут бытьобоснованы и с геохимических позиций – на основе представлений о радиусахи валентности ионов, их соотношениях. Ценные построения в этой областипринадлежат А.Е. Ферсману и его последователям.В магме господствуют силикатные и алюмосиликатные анионы, которыеможно расположить в ряд по увеличению радиусов и силы кислот. Рядсоответствует последовательности: ультраосновные породы – основные –кислые. Ряд отвечает также возрастанию количества летучих в магме, в томчисле таких сильных анионогенов, как фтор и хлор.С увеличением содержания SiO2 в породах изменяется и катионный состав:уменьшается роль двухвалентных катионов – Mg2+ Fe2+, Ca2+ и возрастает рольодновалентных – Na+ и К+. Растут и ионные радиусы, что свидетельствует обуменьшении энергетических характеристик ионов.
Ультраосновные породы, или гипербазиты (ультрамафиты, ультрабазиты).Генезис пород связан с верхней мантией. Потенциалкислорода низок в ультраосновных расплавах. Содержат углеводо-родные флюиды, обнаружены Н2, недоокисленные формы Ti3+, Cr2+, C,что указывает на восстановительные условия. Магма и минералы из
нее недонасыщены Н2О (оливин, пироксен), резко повышено содержание Mg – 25%, Cr – 0,2, Ni – 0,2, понижено Si – 19, низкое – Al –0,45, Na – 0,57, K – 0,03, Ti – 0,03. В ультрабазитах преобладают Mg иFe, в пикритах, кимберлитах и пироксенитах – Mg, Fe, Ca, повышеносодержание щелочных металлов и других элементов (Na, K, Li, B, C,
Rb, Sr, P, Ti, Zr, Nb, Cs, Ba, Ta, Pb, U, Th). С ультраосновными породами связаны месторождения хромита, платины, титаномагнетита,алмаза (в кимберлитовых трубках взрыва).
Основные породы, или базиты (мафиты – базальты, габброидр.). Происхождение основной магмы связывают с выплавлением измантии. Для нее характерна концентрация Ni, Cr, Co, Mg, Mn, чтоблизко по содержанию культраосновной магме. Специфичны Sc, Ca,V, Cu, Ti, Sb, F, P, Zn, Cd, мало встречается Be, Ta, U, Tl, Th,Cs, Cl,Rb, K, B. Однако основные геохимические типы базальтоидов отличаются по химическому составу, что видно из величиныкоэффициента. Характерные ее элементы имеют четные порядковые номера и валентности, малые радиусы ионов.
Средние породы или мезиты, содержат 53–64 % SiO2. Представлены ассоциацией роговой обманки (частично биотита), средних плагиоклазов, образующих диориты и сочетания роговой обманки, пироксена, калиевого полевого шпата в составе сиенита. Они занимаютнебольшой объем от общего объема магмы.Содержание Al2O3 в диоритах около 16–17 %, FeО + Fe2O3 – 9–10, Mg – 4,5–6,0, CaO – 8–8,5, K2O + Na2O до 5 %.
Щелочные породыимеют высокое содержание Na2O + K2O, а посодержанию SiO2 могут быть от кислых до ультраосновных (с преобладанием SiO2 53–64 %). В них могут концентрироваться Li, Rb, Сs, Сa,Sr, Ti, Zr, Hf, Th,.Nb, Ta, U, Ga, Tl, P, F, Cl. В щелочных магмах высокаяконцентрация летучих F, Cl, CO2, S, P и др.
40.Кислые породы (генезис, типы гранитов)
Кислые породы, или ацидиты (граниты, гранитоиды и др.), с содержанием SiO2 более 64 %. Гранитоиды относятся к полигенетическим породам. Магма кислых пород формируется за счет «былых биосфер» (В. И. Вернадский), дифференциации основных или среднихмагм, путем «гранитизации» (Д. С. Коржинский). По Ф. А. Летникову,трансмагматические растворы гранитизируют гнейсы.Однако, как бы ни образовывались кислые породы, к какому геохимическому типу ни относились, они имеют ряд общих геохимических черт. В отличие от пород протокристаллизации в кислых породахнакапливаются нечетные элементы, ионы с валентностью I и III (Na+, K+, Rb+, Cs+, Cl–, F–, Al3+ идр.). Характерны большие радиусы ионов,низкие энергии решеток минералов. Минералыгранитоидов имеютнизкую изоморфную емкость, содержат меньше примесей, чем минералы основных пород.
Кислые породы (генезис, типы гранитов). Граниты местами обогащаются Pb, Ni, Co, V, Zn, F,
Se, Cr, Ti, Zr, Y, Yb, Sn, Mo, Ga, Li, Rb, Cs
41. Гранитный магматизм как рудообразующий процесс
Геохимия метаморфизма
Метаморфизмом называется совокупность изменений горных пород под воздействием различных факторов:температуры давления (ориентированного –одностороннего, и гидростатического- всестороннего). Глубинных трансмагматических растворов (флюидов). При их воздействии в горных породах происходят в минеральные и структурные преобразовании.
Факторы метаморфизма.
Метаморфизм горных пород происходит под влиянием трех главных факторов: температура, давление, концентрации ряда веществ в горных породах (флюиды).Эти факторы оказывают влияние на любые горные породы, находящиеся на различной глубине, при этом время не особенно важно.Примеры: лавы раннего протерозоя (2,2 млрд. лет) в Прибайкалье почти неотличаются от голоценовых лав (6–4 тыс. лет) Эльбруса; глины кембрия (550 млн. лет) в Прибалтике выглядят почти так же, как и современные глинистые отложения.
Типы и виды метаморфизма
Типы метаморфизма. Усиление действия факторов метаморфизма приводит к плавлению наиболее легкоплавких компонентов породы, а потом и полному плавлению – выплавление гранитной эвтектики – при давлениях 2–3 кбар составляет порядка 500° С. В земной коре эти термодинамические условия достижимы в орогенных зонах – на глубинах около 10 км, под, под щитами платформ – на глубинах около 55 км. Этот процесс носит название ультраметаморфизма. В результате его действия могут образоваться граниты, а сам процесс называют анатексисом (от греч. «тексис» – плавление, «ана» – высшая ступень). Т.е., Ультраметаморфизм - метаморфизм, протекающий с частичным плавлением исходной породы. Метасоматоз - метаморфизм, при котором происходит привнос или вынос вещества и замещение одних минералов другими. Роль летучих компонентов. В присутствие летучих компонентов ускоряет метаморфические процессы во много раз, хотя их количество в кристаллических породах незначительно и редко превышает 2–3%. Контактовый метаморфизм(главный фактор – температура). Процессы контактового метаморфизма протекают тем интенсивнее, чем выше температура и чем большую роль играют летучие компоненты.Основные магматические породы в период своего становления имеют большую температуру, чем кислые (граниты), но они не дают обширных контактовых зон, так как они более бедны летучими компонентами. Основные интрузии приводят к образованию узких контактовых зон, в которых изменения зачастую сводятся лишь к обычной закалке. Динамометаморфизм – метаморфизм, обусловленный давлением(главный фактор - давление). Динамометаморфизм заключается в динамических преобразованиях горных пород и минералов. Динамометаморфизм играет важную роль в петрологии и структурной геологии. Кластический метаморфизм приводит к разрывным деформациям пород с дроблением (катаклаз). В геохимическом аспекте роль динамометаморфизма ничтожна.1. Динамические процессы метаморфизма не приводят к значительным миграциям элементов. Они могут лишь замедл