1. Кристаллизация по типу эвтектики

Как известно, эвтектикой называется некоторое постоянное соотношение двух или более компонентов, при котором они кристаллизуются одновременно при постоянной и самой низкой температуре.

При эвтектических соотношениях компоненты не изменяют в ходе кристаллизации своего состава, не образуют друг с другом химических соединений и твердых растворов.

Эвтектический тип кристаллизации характерен для многих пар минералов и пород в целом. Эвтектику образуют диопсид и анортит, кварц и калиевый полевой шпат, нефелин и калиевый полевой шпат, альбит и диопсид. Многие магматические породы являются анхиэвтектическими (почти эвтектическими). Это граниты, габбро, диориты, нефелиновые сиениты и другие.

Благодаря анхиэвтектическому составу многих пород их количественно-минералогический состав колеблется в нешироких пределах, а температура кристаллизации расплавов соответствующего состава оказывается значительно ниже температур кристаллизации слагающих эти породы минералов. Присутствие летучих (флюидных) компонентов еще более снижает температуру начала кристаллизации эвтектических смесей и может изменять количественные соотношения минералов в них.

Рассмотрим только один типичный случай кристаллизации по типу эвтектики для системы диопсид-анортит.

Рассмотрим ход кристаллизации расплава, имеющего состав 60% анортита и 40% диопсида (точка Х₁). При понижении температуры до линии плавкости ТаnЕ из расплава начинает выделяться анортит (избыточный по отношению к эвтектике компонент) и состав расплава будет меняться по линии плавкости, обогащаясь диопсидом. По дотижении точки Е при температуре 1270°С начнется одновременная кристаллизация анортита и диопсида при их соотношении 42,5:57,5.

рис

В другом случае, когда состав расплава будет отвечать соотношению диопсида и анортита 8:20 (точка Х₂), первым из расплава по достижению линии плавкости начнет выделяться диопсид, а состав расплава в связи с этим будет обогащаться анортитом вдоль линии плавкости. При достижении точки Е кристаллизация заканчивается одновременным выделением анортита и диопсида (42,5% анортита и 57,5% диопсида).

Рассмотренная система имеет большое значение, так как в общих чертах соответствует по составу широко распространенной в природе породе габбро, состоящей обычно из двух минералов: основного плагиоклаза и пироксена.

2. Кристаллизация с образованием твердых растворов

Кристаллизация систем с образованием твердых растворов характеризуется следующими особенностями:

а) в процессе кристаллизации происходит реакция выделившихся кристаллов с остаточным расплавом и состав твердой фазы непрерывно меняется;

б) температура определяет соотношение между жидкой и твердой фазами и их состав;

в) температура начала и конца кристаллизации, состав последних порций расплава и возникших кристаллов определяется составом исходного расплава.

Рассматриваемая система имеет большое значение, поскольку, многие главные породообразующие минералы представляют собой твердые растворы (оливины, ромбические и моноклинные пироксены. плагиоклазы и другие).

Общие принципы кристаллизации по этому типу твердых растворов известны из физической химии, поэтому рассмотрим только один случай системы с твердыми растворами на примере кристаллизации плагиоклазов. Последние представляют собой твердые растворы альбита (NaAlSi₃O₈) и анортита (CaAl₂Si₂O₈). Температура плавления альбита равна 1100˚С, анортита - 1550˚С. Ход кристаллизации плагиоклазов изображается диаграммой с двумя кривыми: кривой начала кристаллизации (ликвидус) и кривой затвердевания (солидус). Точки на ликвидусе отвечают составу расплава, а на солидусе - составу выделившегося минерала.

Рассмотрим ход кристаллизации расплава, содержащего 50% альбита и 50% анортита (см. рис.). При понижении температуры фигуративная точка (1450˚С) достигает линии ликвидус и начинается выделение кристаллов плагиоклаза, содержащих значительно больше анортитовой составляющей, чем исходный расплав (выделяется плагиоклаз № 85). Выделение более основного плагиоклаза, чем состав расплава приводит, к обогащению последнего альбитовой составляющей. При дальнейшем понижении температуры ранее выделившийся кристалл плагиоклаза реагирует с расплавом обогащаясь альбитом. При продолжении процесса бедет происходить постепенное приспособление состава кристаллов к составу остаточного расплава, и кристаллизация полностью закончится после израсходования всего расплава в точке Y. При медленном постепенном течении процесса конечный продукт будет представлен агрегатом плагиоклаза №50, который отвечает составу исходного расплава.

Если падение температуры будет происходить быстро, то ранее выделившиеся кристаллы не будут успевать прореагировать с расплавом и на них будут нарастать новые слои плагиоклаза более кислого состава. Состав конечных продуктов кристаллизации будет обогащен альбитом по отношению к составу исходного расплава. Таким образом, возникают кристаллы плагиоклаза с прямой зональностью.

В случае переохлаждения расплава или изменения давления могут возникать кристаллы с обратной или повторяющейся зональностью.

РИС