Технология геолого-генетического анализа явления адаптации примесных элементов в процессе минерагенеза
Методология адаптивного анализа объектов неживой природы включает в себя:
• выделение объекта неживой природы,
• определение факторов внешней среды, к которым данный объект адаптируется,
• нахождение адаптивных параметров объекта, с помощью которых объект адаптируется к факторам внешней среды.
В случае анализа распределения примесных элементов в минералах объектом нижнего уровня является атом химического элемента, а его основными адаптивными параметрами, как показано выше, являются температура Дебая и расстояние до инертного газа. Посредством функций указанных атомных параметров химический элемент реагирует соответственно на воздействие температуры массива и давления в массиве.
Адаптация химического элемента включает в себя, помимо реагирования на температуру среды и на давление в массиве, возможность его перемещения путем твердофазной диффузии, которая обеспечивает уход атома химического элемента из неблагоприятной среды и последующий его минерагенез в благоприятной среде.
Технология геолого-генетического анализа явления адаптации химических элементов в процессе их минерагенеза включает в себя построение диаграмм и собственно анализ этих диаграмм.
1. Строятся следующие диаграммы:
2. Содержание химического элемента в минерале – Масса атома химического элемента.
3. Содержание химического элемента в минерале – Радиус атома химического элемента.
4. Содержание химического элемента в минерале – Температура Дебая химического элемента.
5. Содержание химического элемента в минерале – Электроотрицательность химического элемента.
6. Содержание химического элемента в минерале – Адаптивность химического элемента.
7. Содержание химического элемента в минерале – Расстояние до инертного газа химического элемента.
8. Коэффициент концентрации химического элемента в минерале – Масса атома химического элемента.
9. Коэффициент концентрации химического элемента в минерале – Радиус атома химического элемента.
10. Коэффициент концентрации химического элемента в минерале – Температура Дебая химического элемента.
11. Коэффициент концентрации химического элемента в минерале – Электроотрицательность химического элемента.
12. Коэффициент концентрации химического элемента в минерале – Адаптивность химического элемента.
13. Коэффициент концентрации химического элемента в минерале – Расстояние до инертного газа химического элемента.
При создании диаграмм используется таблица 1.
В процессе анализа диаграмм необходимо выяснить причину накопления примесных химических элементов в минералах, в горных породах. Необходимо выявить матричные элементы и установить участие в минерагенезе тех матричных элементов, которые отсутствуют в составе минерала или горной породы, однако они присутствовали в ходе минерагенеза и оказывали существенное воздействие на процесс минералообразования.
Например, в результате анализа коэффициента концентрации химических элементов в центре зерна клинопироксена относительно его края, на диаграмме «Коэффициент концентрации химического элемента в минерале – Температура Дебая химического элемента» установлено участие в процессах минерагенеза атомов водорода и ионов гидроксильной группы. В то же время водород не входит в состав формулы клинопироксена (рис. 7).
Рис. 7. Влияние, на коэффициент концентрации примесных химических элементов в клинопироксене, элементов матрицы клинопироксена (атомов, ком-
плексов атомов) и температура Дебая (Ɵ) матричных и примесных элементов. На диаграмме обнаруживается влияние на минерагенез атомов водорода (H) и ионов гидроксильной группы (ОН-), отсутствующих в формуле клинопироксена. На диаграмме показаны массы атомов примесных элементов
Таблица 1 Параметры химических элементов и их содержание в земной коре
| Элемент | Кларк, % | Масса атома, а.е.м. | Радиус атома, Å | Электроотрицательность | Температура Дебая, °К | Расстояние до инертного газа | Адаптив- ность, вольт |
| Н | 0,88 | 1,54 | 2,1 | - | |||
| Li | 0,006 | 1,33 | 0,9 | - | |||
| Be | 0,0006 | 1,02 | 1,8 | 0,77 | |||
| B | 0,0003 | 10,8 | 0,73 | 2,01 | 0,92 | ||
| C | 0,087 | 0,6 | 2,5 | 3,55 | |||
| N | 0,03 | 0,54 | -3 | 5,94 | |||
| O | 49,5 | 0,57 | 3,5 | -2 | 5,88 | ||
| F | 0,028 | 0,64 | -1 | 5,13 | |||
| Na | 2,63 | 1,55 | 0,9 | 0,01 | |||
| Mg | 1,95 | 24,3 | 1,32 | 1,2 | 0,32 | ||
| Al | 7,57 | 1,26 | 1,5 | 0,69 | |||
| Si | 25,8 | 1,16 | 1,9 | 1,8 | |||
| P | 0,09 | 1,11 | 2,1 | -3 | 2,11 | ||
| S | 0,048 | 0,94 | 2,6 | -2 | 3,45 | ||
| Cl | 0,19 | 35,5 | 0,99 | -1 | 2,2 | ||
| K | 2,41 | 39,1 | 1,96 | 0,8 | 0,01 | ||
| Ca | 3,38 | 40,1 | 1,47 | 0,16 | |||
| Sc | 0,0006 | 1,48 | 1,2 | 0,52 | |||
| Ti | 0,41 | 47,9 | 1,36 | 1,5 | 1,73 | ||
| V | 0,014 | 50,9 | 1,34 | 1,6 | 2,18 | ||
| Cr | 0,019 | 1,22 | 1,6 | 2,63 | |||
| Mn | 0,085 | 54,9 | 1,19 | 1,95 | 3,25 | ||
| Fe | 4,7 | 55,8 | 1,16 | 1,8 | 2,91 | ||
| Ni | 0,015 | 58,7 | 1,1 | 1,8 | -8 | 2,51 | |
| Co | 0,0037 | 58,9 | 1,11 | 1,7 | 2,55 | ||
| Cu | 0,01 | 63,5 | 1,12 | 1,9 | -7 | 1,66 | |
| Zn | 0,012 | 65,4 | 1,18 | 1,6 | -6 | 0,68 | |
| Ga | 0,0015 | 69,7 | 1,24 | 1,6 | -5 | 0,69 | |
| Ge | 0,0007 | 72,5 | 1,21 | -4 | 0,75 | ||
| As | 0,0005 | 74,9 | 1,21 | -3 | 3,48 | ||
| Se | 0,00006 | 1,16 | 2,4 | -2 | 2,07 | ||
| Br | 0,00016 | 79,9 | 1,14 | 2,9 | -1 | 2,25 | |
| Rb | 0,029 | 85,5 | 2,1 | 0,8 | 0,01 | ||
| Sr | 0,014 | 87,6 | 1,57 | 0,1 | |||
| Y | 0,0026 | 88,9 | 1,63 | 1,2 | - | ||
| Zr | 0,021 | 91,2 | 1,54 | 1,4 | 0,83 | ||
| Nb | 0,0019 | 92,9 | 1,47 | 1,6 | 0,45 | ||
| Mo | 0,0003 | 95,9 | 1,38 | 1,45 | 1,54 | ||
| Pd | 0,000001 | 1,2 | 1,35 | -8 | 1,29 | ||
| Ag | 0,00001 | 1,28 | 1,9 | -7 | 2,67 | ||
| Cd | 0,00005 | 1,36 | 1,7 | -6 | 0,81 | ||
| In | 0,000015 | 1,42 | 1,7 | -5 | 0,66 | ||
| Sn | 0,0035 | 1,4 | 1,3 | -4 | 1,09 | ||
| Sb | 0,00005 | 1,4 | 1,9 | -3 | 1,24 | ||
| I | 0,00004 | 1,33 | 2,6 | -1 | 2,35 | ||
| Te | 0,000001 | 1,28 | 2,1 | -2 | 2,16 | ||
| Cs | 0,00037 | 2,32 | 0,7 | 0,01 | |||
| Ba | 0,026 | 1,61 | 0,9 | 0,05 | |||
| La | 0,003 | 1,8 | 1,2 | 0,38 | |||
| Ce | 0,0043 | 1,63 | 1,2 | 4,09 | |||
| Nd | 0,0022 | 1,74 | 1,3 | - | |||
| Sm | 0,0006 | 1,72 | 1,3 | - | |||
| Eu | 0,00012 | 1,68 | 1,2 | - | |||
| Gd | 0,00054 | 1,69 | 1,3 | 1,37 | |||
| Tb | 0,00009 | 1,68 | 1,3 | - | |||
| Dy | 0,0003 | 1,67 | 1,3 | - | |||
| Ho | 0,00012 | 1,66 | 1,3 | - | |||
| Er | 0,00028 | 1,65 | 1,3 | - | |||
| Tm | 0,000048 | 1,64 | 1,3 | - | |||
| Yb | 0,0003 | 1,7 | 1,2 | - | |||
| Lu | 0,00005 | 1,62 | 1,3 | 0,47 | |||
| Hf | 1,52 | 1,3 | 0,8 | ||||
| Ta | 0,0002 | 1,46 | 1,5 | - | |||
| W | 0,0064 | 1,41 | 1,8 | 0,96 | |||
| Re | 1,31 | 1,1 | |||||
| Pt | 1E-07 | 1,23 | 1,44 | -8 | 1,28 | ||
| Au | 5E-07 | 1,24 | 2,4 | -7 | 1,68 | ||
| Hg | 0,000007 | 1,33 | 1,44 | -6 | 1,64 | ||
| Tl | 0,000045 | 1,44 | 1,8 | -5 | 2,21 | ||
| Pb | 0,0018 | 1,44 | 1,9 | -4 | 2,64 | ||
| Bi | 0,00002 | 1,51 | 1,9 | -3 | 2,03 | ||
| Th | 0,00096 | 1,75 | 1,15 | 0,58 | |||
| U | 0,00027 | 1,7 | 1,15 | 3,01 |
Участие указанных матричных элементов легко распознается на диаграммах «Содержание химического элемента в минерале – Температура Дебая химического элемента».
Расчет массы или температуры Дебая для матричного элемента, представляющего собой комплекс атомов минерала, производится по
(8, 9):
, (8)
где Мматр – масса матричного элемента,
mi – масса i-го химического элемента, входящего в матричный элемент, k – число атомов i-го химического элемента в формуле минерала, n – общее число химических элементов, входящих в формулу минерала.
Для температуры Дебая:
, (9)
где Ɵматр – температура Дебая матричного элемента,
Ɵi – температура Дебая i-го химического элемента, входящего в матричный элемент, k – число атомов i-го химического элемента в формуле минерала, n– общее число химических элементов, входящих в формулу минерала.
В результате анализа диаграмм необходимо выявить степень участия шести указанных атомных параметров в процессах минералообразования.
Конкретные задачи студенту ставит преподаватель, выдавая задания в виде таблиц содержания химических элементов в минералах и в горных породах.
Задания студентам выдаются индивидуально в виде таблиц, геологических карт, отчетов.
Ниже приведены таблицы с исходными данными для выполнения студентами лабораторных и практических работ. Таблицы взяты из научных статей, указанных в списке литературы.