3. Кристаллизация с образованием соединений,

плавящихся инконгруэнтно

Инконгруэнтным называется плавление, при котором образуется расплав, не отвечающий по составу исходному соединению и твердая фаза. Кристаллизация инконгруэнтных соединений сопровождается реакцией ранних выделений с расплавом (перитектическая реакция). Рассмотрим особенности перитектической кристаллизации на примере системы фостерит - SiO₂ (cм. рис.). Расплав, обогащенный форстеритом (точка Х₁), начнет кристаллизоваться по достижению линии плавкости. При этом, начинает выделяться форстерит, а состав расплава обогащается кремнеземом по принципу эвтектики. Температура ,при этом, понижается, и, когда она достигнет 1557˚С в точке R, выделившиеся кристаллы форстерита начинают реагировать с остаточным расплавом. обогащенным SiO₂. В результате этой реакции часть форстерита превращается в клиноэнстатит. В конечном счете при полном израсходовании расплава возникает агрегат форстерита-клиноэнстатита.

Если состав исходного расплава будет отвечать составу клиноэнстатита (точка Х₂), то кристаллизация так же начнется с выделения форстерита. При достижении расплавом состава, отвечающего точке R, начинается реакция кристаллов форстерита с расплавом и весь форстерит преобразуется в клиноэнстатит. Расплав будет полностью израсходован и кристаллизация закончится.

РИС

Если расплав будет несколько обогащен кремнеземом по отношению клиноэнстатиту (точка Х₃), то вначале опять же выделяется форстерит, который в точке R полностью прореагирует с расплавом и превратится в клиноэнстатит. При этом останется избыток расплава, имеющий состав точки R. Кристаллизация будет продолжаться с выделением клиноэнстатита. Крмсталлизация закончится в точке Е, где одновременно образуются клиноэнстатит и кристобалит (температура 1543˚С).

Кристаллизация естественных расплавов происходит в присутствии флюидных компонентов, которые снижают температуры кристаллизации, поэтому вместо клиноэнстатита будет возникать энстатит (ромбический) пироксен и кварц. Рассмотренная система объясняет частое присутствие каемок ромбического пироксена вокруг оливина и вообще обрастание фемических минералов друг другом вследствие взаимодействия ранних выделений с остаточными расплавами. Порядок обрастания может быть выражен таким непрерывно-прерывистым рядом: оливин - ромбический пироксен - моноклинный пироксен - амфибол - биотит.

4. Кристаллизация трехкомпонентных систем

Естественные горные породы являются многокомпонентными системами и поэтому изучение трехкомпонентных систем значительно лучше моделируют процессы породообразования. Трехкомпонентные системы изображаются в виде равностороннего треугольника, вершины которого соответствуют составам каждого из трех компонентов. Точки на сторонах отвечают составам из двух, а точки внутри треугольника - из трех компонентов.

Температуры начала кристаллизации показываются изометрическими линиями. Нибольшее значение для понимания кристаллизации основной магмы имеет система альбит-анортит-диопсид. Температуры кристаллизации чистых компонентов: альбита - 1100˚С, анортита - 1550˚С, диопсида - 1391˚С. Альбит и анортит образуют твердые растворы, а каждый по отдельности и их твердые растворы образуют эвтектику с диопсидом. Эта эвтектика изображается в виде линии Е₁Е₂, которая называется котектической и делит треугольник на два поля: поле диопсида и поле плагиоклазов.

Рассмотрим вначеле ход кристаллизации расплава, обогащенного диопсидом (точка Х₁). Эта точка соответствует составу 50% диопсида и 50% плагиоклаза № 50. При понижении температуры до 1275˚С из расплава начинается кристаллизоваться диопсид, что вызовет обогащение расплава плагиоклазовыми компонентами и точка Х₁ будет удаляться от диопсидовой вершины до пересечения с котектической линией. При достижении последней начинается одновременная кристаллизация диопсида и плагиоклаза. Причем состав последнего будет более основным, чем плагиоклаз исходного расплава. При дальнейшем понижении температуры состав расплава будет меняться по котектической линии по направлению к Е₂. При этом продолжает выделяться диопсид, а кристаллы плагиоклаза, непрерывно реагируя с расплавом, будут изменять свой состав, обогащаясь альбитом. Кристаллизация закончится в точке 3, когда весь расплав будет израсходован с образованием агрегата диопсида и плагиоклаза № 50.

Путь кристаллизации расплавов, состав которых лежит в плагиоклазовом поле (точка Х₂) и, следовательно, обогащен плагиоклазом № 50, будет существенно иным. В начале кристаллизации начинает выделяться плагиоклаз, более основного состава, чем состав расплава. По мере охлаждения плагиоклаз будет менять свой состав, обогащаясь альбитом. Фигуративная точка в связи с этим будет перемещаться по кривой, каждой точке на которой соответствует свой состав плагиоклаза. Когда температура еще более понизится и состав расплава достигнет котектической линии, одновременно с плагиоклазом меняющегося состава начнет выделяться диопсид. Кристаллизация закончится в точке 3, когда последние капли расплава будут израсходованы и образован агрегат диопсида и плагиоклаза № 50. Из анализа системы следует один очень важный вывод: расположение котектической линии показывает, что в процессе кристаллизации параллельно с обогащением плагиоклаза альбитовой составляющей происходит резкое уменьшение содержания диопсида. Отсюда вытекает, что состав плагиоклаза и содержание диопсида связано между собой: основные плагиоклазы образуют эвтектику с большим содержанием фемического минерала, а кислые - с меньшим.

Здесь была рассмотрена кристаллизация системы альбит-анортит-диопсид в сухих условиях, т.е. без участия воды. Исследования этой системы в условиях давления водяного пара 5000 атм (глубины порядка 16 км) показали, что температура кристаллизации плагиоклазов понижается на величину около 300˚С (температура кристаллизации альбита - 750˚С, анортита - 1234˚С, диопсида - 1282˚С). Поле плагиоклазов сильно сокращается и диопсид практически всегда выделяется первым.