|
В процессе магматической кристаллизации происходит определенное разделение химических элементов. Так, например, первые выделившиеся кристаллические структуры активно поглощают из магмы железо и магний. Поэтому остаточный расплав все больше обогащается кремнием и кристаллизуются все более богатые этим элементом минералы. Спокойное течение кристаллизации часто осложняется другими процессами. Например, ранние железо-магниевые силикаты более тяжелые, чем магма, и поэтому они могут опускаться на дно магматической камеры, способствуя разделению исходной магмы на тяжелую, обогащенную железом и магнием, и легкую, с высоким содержанием кремния и алюминия. В магму обрушиваются глыбы твердых пород и изменяют ее состав. Мощные геологические движения прерывают процесс кристаллизации и выдавливают оставшийся расплав в другое место или способствуют его излиянию на поверхность. Но в любом случае при образовании магматических горных пород происходит закономерная сортировка атомов.
До сих пор мы говорили только о главных восьми химических элементах. Но в магме содержатся все элементы таблицы Д. И. Менделеева, только в неодинаковом количестве. Малораспространенные элементы входят в кристаллохимические структуры силикатов в виде особых (изоморфных) примесей, если элемент имеет подходящий ионный радиус. Например, ион двухвалентного бария с радиусом 0,134 нм может встать на место одновалентного калия с радиусом 0,133 нм. Поэтому не удивительно, что в калиевых полевых шпатах всегда присутствует примесь бария. Когда в исходном расплаве много бария, то образуются сильно обогащенные этим элементом полевые шпаты, вплоть до чисто бариевого. Так как калий одновалентен, то его замещение двухвалентным барием сопровождается одновременным замещением кремния алюминием:
Ва»+, А3* - К+. Si+4
Поэтому формула бариевого полевого шпата, редкого минерала цельзиана Ва lAlaSi208I.
А вот ионный радиус одновалентного лития очень близок к радиусу двухвалентного магния. Поэтому в структуре слюды возможно замещение:
L+, А13+ 2Mga+
Так образуются литиевые слюды — ценное минеральное сырье.
Явления изоморфизма играют очень важную роль в химии силикатов. Изучению этих явлений посвятил свою диссертацию Д. И. Менделеев. Проблема изоморфизма была глубоко исследована В. И. Вернадским, который установил для разных условий группы элементов, способных к взаимному замещению, — изоморфные ряды. В результате явлений изоморфизма при магматической кристаллизации происходит сортировка малораспространенных химических элементов. Например, определенный набор химических элементов создается в горных породах основного (базальтового) состава, где много железа и магния, но понижено содержание кремния. Другая группа элементов содержится в породах кислого (гранитного) состава, где много кремния и алюминия, но мало железа и магния. Одновременно с главными элементами в кристаллохимических структурах улавливаются малораспространенные элементы. В базальтах это ионы металлов с радиусами/ близкими к радиусам ионов магния и двухвалентного железа (никель, кобальт и др.)- В гранитах это ионы с относительно большими радиусами (барий, литий, свинец и др.).
Важным фактором геохимического разделения атомов при образовании кристаллического вещества земной коры является преобладание атомов кислорода и кремния. Химические элементы, обладающие слишком большими или слишком малыми радиусами ионов, не могут входить в кристаллическое вещество горных пород. Они скапливаются в магматическом остатке — в том, что осталось от магмы после кристаллизации породообразующих силикатов. К таким элементам относятся (в скобках указана величина ионного радиуса в нм) С+4 (0,020); В3+ (0,020); Ве2+ (0,034); S+e (0,034); S2" (0,174); CI" (0,181); Sc2" (0,198) и др.
|