Генетические факторы изоморфизма

Явления изоморфизма по-разному протекают в различных геологических условиях. На них сказываются химические условия и температура процессов минералообразова-ния, давление.

Химическая обстановка. Естественным условием изоморфизма является неко­торое критическое содержание химического элемента (будущей изоморфной примеси) в среде минерал ©образования. В этом отношении показательна изоморфная пара ве­ществ ]У^2(8Ю4) и N12(8104). В экспериментах, задаваясь разными исходными соот­ношениями магния и никеля, удается получать вещества любого состава между чи­сто магниевой и чисто никелевой солями. В природе встречается Л^2(8Ю4) —минерал из ультраосновных горных пород. Содержание никеля в нем ничтожно (не более 0,6% N10). Объяснить это довольно просто: никель является редким химическим элементом, его примесь в ультраосновной магме очень мала. Другое химическое явление можно проиллюстрировать на примере магнезиально-железистых слюд типа флогопита, име­ющих переменный состав, выраженный формулой К(М^, Ре2+)з(А1813Ою)(ОН)2. Со­отношения между магнием и железом в них различны и определяются их содержа­нием в среде минералообразования. Но есть особые месторождения этого минерала— карбонатиты. Они формируются в условиях резкой недосыщенности среды алюми­нием. Недостаток алюминия компенсируется железом, и образуется своеобразная слюда тетраферрифлогопит, формула которой K(Mg, Ре2+)3(Ре3+81зОю)(ОН)2.

Температура. Как правило, при более высоких температурах изоморфные заме­щения проходят легче. Классическим примером являются калиевые полевые шпаты ЩА^зОв). Кристаллизуясь из магмы, они захватывают натрий и имеют состав (К, ^)(А181зОв)- При понижении температуры происходит распад вещества, так как радиусы ионов натрия (0,098 нм) и калия (0,133 нм) сильно отличаются и их разница намного превосходит геометрический предел изоморфизма (15%). Единый кристалл состава (К, Ыа)(А181зОв) распадается на две фазы состава К(А181зОв) и №(А181308).

Давление. Влияние давления на изоморфные превращения различно и сложно. Оно было изучено В.С.Урусовым, который доказал зависимость давления от объем­ного эффекта изоморфизма, т.е. от того, возрастает или уменьшается удельный объем минерала при изоморфном процессе. В первом случае повышение давления ограничи­вает изоморфную смесимость веществ, во втором—облегчает ее.

Зависимость изоморфизма от геологических факторов была подмечена давно. Инту­итивно обобщая многочисленные наблюдения, В. И. Вернадский вывел 21 ряд изоморф­ных химических элементов для разных геологических условий, исходя из которых по характеру изоморфных примесей можно судить об условиях образования минерала, и наоборот (табл. 3).

Кристаллизационные явления. Разные

плоские сетки в пространственной ре­шетке одного и того же минерала неодинаково адсорбируют вещество и растут с раз­личными скоростями. Точно так же они по-разному поглощают изоморфные при­меси. В результате образуются кристаллы с неодинаковым количеством изоморфных примесей в разных пирамидах, секторах и зонах их роста. Внешне это может про­являться, например, в мозаичной окраске кристаллов. Именно в таком неоднородном захвате изоморфных примесей кроется причина закономерного, по граням, распре­деления желтой и голубой окраски в кристаллах ювелирного топаза, секториальной окраски драгоценного аметиста и других камней-самоцветов. Особо отметим, что бы­страя кристаллизация вещества, вероятно, сопровождается большим вхождением изо­морфных примесей, чем при медленном росте кристалла в равновесных условиях.

К числу сложных кристаллизационных явлений следует отнести особый, по В. А.Франк-Каменецкому, изоморфизм. Он заключается в "сборке" растущего в неко­торых условиях кристалла из соразмерных и сходных по основному мотиву структуры микроблоков разных минералов. Это широко распространённое в природе явление уже выходит за границы обычного изоморфизма. Оно установлено в некоторых минералах-силикатах, сернистых соединениях и карбонатах.