геохимия
.docx23Планетыотличаютсяпоразмеру, плотности, массе, расстояниюотСолнцаидругимпараметрам. Ониделятсянадвегруппы: внут-ренние (Меркурий, Венера, Земля, Марс) ивнешние (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). ИхразделяеткольцоастероидовмеждуМарсомиЮпитером. ПомереудаленияотСолнцапланеты, вплотьдоЗемли, увеличиваютсяистановятсяболееплотными (3,3–3,5 г/см3), авнеш-ниепланетыуменьшаются, начинаясЮпитера, именееплотные(0,71–2,00 г/см3). Вовнутреннихпланетахвыделяютсясиликатнаяиметаллическаяфаза, последняявыраженауМеркурия (62 %). ЧемближекСолнцупланета, тембольшеонасодержитметаллическогожелеза. Внешниепланетысложеныгазовымикомпонентами (Н, Не, СН4, NH3идр.). Планетыимеютпоодномуиболееспутнику, заис-ключениемМеркурияиВенеры. ХимическийсоставпланетприведенпоД. Ротери (2005). Меркурий. Осьвращенияперпендикулярнаплоскостиегоорбиты, поэтомувременагодаотсутствуют. Периодвращениявокругосисов-падаетспериодомвращениявокругСолнца. Меркурийповернутод-нойсторонойкнему. Поверхностьпокрытакратерами. Имеютсяузкиеидлинныехреб-ты. Кораандезитовая, какнаЛуне, возраст 3,9–4,4 млрдлет. Ядромассивноеметаллическоесрадиусом, равным 3/4 радиусапланеты. АтмосфераразреженнаяисодержитО, Na, He, K. Внеезаходятгазо-выеструиотСолнца, состоящиеизНиНе. Из-завысокойтемперату-рынаосвещеннойсторонегорныепородывыделяютватмосферуна-трий. Исследовалпланетуаппарат «Маринер-10». Венеравращаетсявпротивоположнуюсторону, посравнениюсЗемлей. Силатяжестипочтитакаяже, какнаЗемле. Отсутствуетсме-навременгода. Поразмерам, плотности, атакжедавлениюитемпе-ратуренавысоте 50 кмонасходнасЗемлей, асолнечнойэнергиипо-лучаетвдваразабольше. АтмосферасостоитизСО2 (96,5 %), N2 (3,4) вулканическогопроисхождения, около 0,1 % приходитсяна H2, O2, H2O, CO, COS, SO2, S2, H2S, SF6, HCl, HF, Ne, Ar, Kr, Xe. Предположительнооблакасостоятизпаровикапелексернойкислоты. Процессобразованиясер-нокислоготуманазамедленный. Заденьобразуется 25 капельна 1 см3сдиаметром 1,5 мкм. Внижнихслояхатмосферыиз-завысокойтем-пературыкислотаразрушается. Оксидуглеродареагируетссернымангидридомиобразуетуглекислыйисернистыйгаз. Уповерхностипланетыоксидуглеродаотнимаетусернистогогазакислородсобра-зованиемгазообразнойсеры. Внаэлектризованнойатмосферезареги-
24стрировано 50 молнийвсекундуводномместе, анавсейЗемледлясравнения – 100. Атмосферноедавлениев 100 развышеземного. Навысотеоблаковатмосферапланетывращаетсясоскоростью 100 км/с, ниже 10 км – 1 м/с, наповерхности – неболее 1 м/с, ноэтаскоростьвалитсногиз-завысокойплотности. Господствуетзападноенаправ-лениеветра. Дневноеосвещениеаналогичнопасмурномудню. Поверхностныйгрунтсостоитна 50 % из SiO2. Внемотождеств-леныэлементы Al, Mg, Ca, Fe, K, Mn, Ti, S, Cl, U. Породыблизкиекгранитоидам. Горызанимают 8 % всейповерхности, максимальнаявысотадо 11 км (г. Максвелла). Преобладаетнизменнаяиволнистаяравнинасмножествомкратеровдиаметромдо 280 км, плоскогорьянавысотахпримерно 3500 м. Луна – спутникЗемли. ПоворотвокругосисовпадаетсповоротомвокругЗемли (27,3 суток). Атмосфераотсутствует. Наповерхностиреголит (пыль) мощностьюдонесколькихметров. Реголитсостоитизосколковмагматическихпород, шлакообразныхчастицизастывшихкапельрасплавленноймагмы, спекшихсядругсдругомиобразовав-шихгубчатуюмассу. «Материки» занимают 85 %, «моря» (понижен-ныеместа) 15 % ипредставленыбазальтовойпородой. Химическийсоставотражаетвысокотемпературныеусловияегообразования. Ис-следованныепородыизверженные, оникристаллизовалисьпритем-пературе 1210–1060 °Сссиликатногорасплава, обогащенногожеле-зом. Ведущиеминералы: пироксен, плагиоклаз, ильменит, оливин. Малоизвестныедляземныхусловийминералы: пироксенманганит(обогащен Mn), ферапсевдобрукит (Fe, Mo, Ti), транквилитит (TiZrO4) идр. Впородахсреди O, Si, Fe, Ca, Mg, Al, Ti повышенноеколичествоFe, Ti, Zr иредкихземель. Выделяютсяэлементыгруппыжелеза (V, Cr, Mn, Co, Ni), молибдена (Y, Zr, Nb, Ta). МарсобращаетсявокругСолнцапротивходачасовойстрелкиикаждые 780 днейнаходитсянаминимальномрасстоянии (противо-стояние) сЗемлей – 55 млнкм, намаксимальном 102 млнкм. Осьвращениянаклоненакплоскостиорбитыподуглом 65 °. Атмосфераразреженная, давлениев 160 разменьше, чемнаповерх-ностиЗемли. УполюсовоблакаголубыеисостоятизСО2, неботускло-розовогоцвета. АтмосферасостоитизСО2на 95 %, подругимисточни-кам – на 75 и 50 %, N2 (2,5), Ar (1,6), O2(0,1–0,4), CO (0,06), Н2О (0,03 %), оченьмало Ne, Kr, Xe. Имеютсяпарыводы, аэрозолиобразуютсязасчетпылевыхбурь. Скоростьветраоколо 100 м/с. ЛедсостоитизСО2ичас-тичноН2О. Ядромалое (5–9 % массыпланеты), литосферамощная. Вы-деляютдревнююкратерированнуюкоруибазальтовые «моря» вдепрес-
25сиях. Высотагордо 27 км, онизанимают 2 / 3 поверхностипланеты. ВгрунтеМарсасодержится Fe – 12–14 %, Si – до 20, Ca – 4, Al – 2–4, Mg – 5, S – 3 %, атакжедругиеэлементы. Юпитер – самаябольшаяпланетаСолнечнойсистемыиблизкаяпоразмерам (в 10 разменьшедиаметраСолнца) имассекнебольшойзвезде, имеетнизкуюплотность. Совершаетоборотвокругсвоейосиза 10 часов. Имеет 16 спутников. Ватмосфереобразуютсянеподвижныевихревыеобразованияиоглушительныераскатыгромаимолнии. Атмосферана 90 % состоитизН2ина 10 % изНеснезначительнойпримесьюметана, аммиака, воды. Магнитноеполев 50 разсильнеезем-ного, поэтомувокругпланетыимеютсямощныепоясазаряженныхчас-тиц. Характерныполярныесиянияимощныерадиоизлученияввидешу-мов. Поверхностьпредставленаметаллическимводородом (80 %) втвер-дойфазеигелием (20 %). Наглубине 0,02 радиусапланетынаходитсяжидкийслоймолекулярноговодорода. ЯдроЮпитеражелезосиликатное. Внутреннееизлучениепланетына 60 % больше, чемпритокэнергииотСолнца. Привысокойтемпературеидавленииатомводородаразрушает-сяиведетсебякакметалл, создаваямагнитноеполе. СатурнуступаетЮпитерупомассеиразмерамссамойнизкойплотностью (0,71 г/см3) средипланет. Имеет 17 спутников. Толщинавсехколецвокругпланеты 2 км. Этокамни, покрытыельдомвпоперечникедо 10 м, ширинавсехколец 400 тыс. км. Атмосферасостоитизводорода(97 %) игелия (3 %), аммиака, метана, этанаиацетилена. Скоростьветрадостигает 1800 км/ч, чтов 20 разбольшештормовоговетранаЗемле. Мощностьгазовойатмосферы 1000 км. Поверхностьпредставленаокеа-номизН2иНе. Ядрорасплавленноесиликатно-металлическое. УраниНептунпохимическомусоставусходнысЮпитеромиСа-турном. УрандвижетсявСолнечнойсистемележанабоку, иосьвраще-ниялежитпочтивплоскостиегоорбиты. Атмосферыпланетсостоятизводорода (80–83 %), гелия (15–18), метана (3), аммиака, этана, ацетилена, воды. Отмеченыперистыеоблакаизметана, которыепридаютголубойцветпланетам. Недраэтихпланетна 20 % состоятизНеиН2, на 80 % изболеетяжелоговеществажелезо-силикатногосостава.
ГидротермальныепроцессыМагматогенныепроцессызаканчиваютсяпроявлениемгидротер-мальнойдеятельности, т. е. происходитобразованиеминераловподвоздействиемнагретыхвод, которыеотделяютсяотмагмыпомересниженияеетемпературывходекристаллизации. Магматогенныево-дыслетучими HСl и HF образуюткислыегидротермы, которыесоз-даютусловиядляформированиятипичныхминералов Si (кварц, хал-цедон), Cu, Pb, Zn, Hg, Au, Fe, Co, Ni, As, Sb, Bi, Sn, W, Mo, U, режеMn, характерныминералы N, K, Ca, Mg, Ba. Формапереносарудныхэлементов: ионная, коллоидная, комплексная. Основныепричиныотложенияминераловизгидротермальныхрастворов: температура, давление, щелочно-кислотныеиокислитель-но-восстановительныеусловия. Минералыотлагаютсявформежил. А. И. Перельманприводитсистематикугидротерм (табл. 10). Кислородныегидротермы (I–IV классы) сернокислыеисоляно-кислыес pH 0,5–3,5, богатые Fe, Al, местами Cu, Zn, Pb (Тихоокеан-скийпояс, Камчаткаидр.). Водысодержат O2, иногда H2S, Eh дости-гает 1 Виболеезасчет HF, HCl. Глеевыетермы (V–VIII классы) известнывальпийскойзоне, посоставууглекислые, азотныеидр. Классы V и VI представленыхло-
119риднымирастворамис pH 2,0–3,5 ивыщелоченнымиизпородэле-ментами Fe, Mn, Sr, Ba, Pb, Zn, Cu идр. Кклассу VII относятсяазот-но-углекислыетермы, обогащенные As, B, Li, Rb, местами Sb, Hg идр. К VIII классупринадлежатазотныетермысульфатно-гидро-карбонатно-натриевогосоставаиобогащены SiO2, Ge, Be, F, W и Mo. Eh местамиотрицательный (от –0,08 до –0,1 В). Таблица 10 Систематикасовременныхгидротерм (А. И. Перельман, 1989) Окислительно-восстановительныеусловияЩелочно-кислотныеусловияокислительныевосстановительныеглеевыевосстановительныессероводородомСильно-кислыеСильнокислыекисло-родныеСильнокислыеглеевыеСильнокислыесероводо-родныеСлабокислыеСлабокислыекислород-ныеСлабокислыеглеевыеСлабокислыесероводо-родныеНейтральныеислабоще-лочныеНейтральныеислабо-щелочныекислородныеНейтральныеислабо-щелочныеглеевыеНейтральныеислабо-щелочныесероводород-ныесульфидные (ис-точникиКарловыВары) Сильнощелоч-ныеСильнощелочныеки-слородныеСильнощелочныеазот-ныетермыСильнощелочныесеро-водородно-сульфидные(Тбилисскиетермы) Сероводородныеисульфидныегидротермы (IX–XII классы) со-держат H2S, HS–, S2–, возможны CO2и CH4. Водыхлоридно-гидро-карбонатно-натриевыесазотом. Отложенияминераловсвязанысдвумятипамижил: заполнениеоткрытыхтрещин, метасоматическоеобразование. Попервомутипужилыобразуютсяпутемзаполненияоткрытыхтрещинминералами, которыеотлагаютсяизрастворов (секреционныеотложениянастенках). Возможновозникновениеполосчатыхжил, когдаобразованиеоднихминераловсменяетсявовремениотложе-ниямидругих. Еслинарастаниеидетвокругобломковпородывтре-щине, образуютсякрустификационные (crust – корка) жилы. Примно-гократномдроблениивмещающихпородсобразованиемжильногоматериалаипоследующемновомотложенииминераловвозникаютбрекчиевидныежилы. Встроениижилразличаютвнутреннююосевуючастьибоковыенаросты – зальбанды. Приметасоматическомобразо-ваниигидротермальныхжилрастворы, просачиваясьвдольтонкихкапиллярныхтрещин, взаимодействуютсминераламивмещающихпород, растворяют, разъедают (резорбируют) их, инаместеотлагают-сядругиеминералы.
120Жилыбываютнавысоко- (гипотермальные, 300–400 °С), средне- (мезотермальные, 150–300 °С) инизкотемпературными (эпитермаль-ные, менее 150 °С). Поисточникамрастворовиобластиминералообразованиявсегидротермальноеминералообразованиеделятнаплутоногенное, вул-каногенное, телетермальное. Приплутоногенномтипеминералообразованиягидротермысвя-занысглубокимимагматическимиочагами, частовблизиотматерин-скойинтрузии (плутона). Ониформируютвысокотемпературнуюми-нерализацию (рис. 15). Кэтомутипуотносятсявысокотемператур-ныекварцевыежилы. Пространственноигенетическионитесносвя-занысгрейзенамииимеютаналогичнуюминерализацию: касситерит, вольфрамит, молибденит, берилл, висмутин, жильныйкварц, флюо-рит, иногдатопаз, взальбандахжил – частомусковит, калишпат. Рис. 15. Схемаминерализациижилпомереихудаленияотисточникагидро-термальныхрастворовисниженияихтемпературы (И.Т. Бакуменкоидр., 2001 г.) Присреднетемпературнойплутоногеннойминерализацииобра-зуютсякарбонатныеикварц-карбонатныежилысминералами Ag, Co, Ni, Bi, U; полиметаллическиеместорождения (Zn, Cu, часто Ag). По-лиметаллическаяминерализациявгидротермальнойстадииместаминакладываетсянаскарны. Золото-кварцевыеместорожденияЯкутииформировалисьприсредне- ивысокотемпературнойминерализации. Вулканогеннаягидротермальнаяассоциацияминераловформиру-етсязасчетнизкотемпературныхгидротерм, связанныхсмагматиче-скимиочагамивблизиповерхности, иногдасвыходаминаповерх-НизкаятемператураСредняятемператураВысокаятемпература
121ность (вулканы). Участвуютювенильныеиметеорныеводы. Нередкообразуетсяхалцедон, имеетсявольфрамит, касситерит. Телетермальныенизкотемпературныегидротермыпредставля-ютсобойрастворы, далекоушедшиеотисточникаихобразования. Приуроченыкзонамглубинногоразлома, гделокализуютсямелкиемагматическиетела. Формируютсяместорожденияртути, сурьмы, мышьякасвключениемсеребра.Гидротермальноеминералообразованиесопровождаетсяинтен-сивнымизменениемвмещающихпород (околожильное, околорудноеизменение) ихарактеризуетсяследующимиосновнымитипамигид-ротермальныхметасоматитов: •длякислыхпородприсреднейинизкойтемпературе – окремне-нием, серицитизацией, березитизацией; •длясреднихищелочныхпородпринизкойтемпературе – про-пилитизацией, лиственитизацией, магнезиализацией, карбонатизаци-ей, фосфатнымметасоматозом, хлоритизацией; •дляультраосновныхпород – серпентинизацией, оталькованием, нефелинизацией, алунитизацией. Унекоторыхметасоматитовстрогаяприуроченностькопреде-ленномутипупородотсутствует. Известныпереходныетипыметасо-матитов, атакженаложениемоднихтиповнадругие (рис. 16). Вторичныекварциты (окремнение) образуютсяпривзаимодей-ствиикислыхрастворов, богатыхлетучимикомпонентами (SO2, HF, HCl), салюмосиликатнымипородамиуповерхностисвыносомщело-чейиконцентрациейкремнезема, глиноземаиоксидатитана. Впо-рядкепонижениятемпературыобразуютсякорунд, андалузит, диас-пор, алунит, каолинит, серицит, пирофиллит. Серицитизацияпротекаетпринизкойтемпературесобразовани-еммелкочешуйчатогомусковита – серицита («серикос» – шелковис-тый) вовмещающихполевошпатовыхпородахвокруггидротермаль-ныхжил. Эточастныйслучайпропилитизации, новпородах, которыемалосодержат Ca и Mg, Березитизация, или «сульфиднаягрейзенизация» протекаетприсреднихтемпературахспреобразованиемкислыхпород (граниты, гранодиориты, гранит-порфиры, кварцевыепорфиры) подвлияниемперегретыхсульфидныхрастворовс HS–, H2S. Происходитразложе-ниецветныхминераловичастиполевыхшпатовсобразованиемсветлыхслюд, кварцаипирита. Выносятся Mg, Ca, Na,вмусковите
122фиксируетсякалий. Формируютсязолоторудныеместорождения, W, Mo, Cu, ассоциациисерицита, кварца, пирита, анкерита. Рис. 16. Схемаразвитияметасоматозавсистемеинтрузив – надинтрузивнаязо-навконтрастныхсредах (поВ. А. Кудряшовуидр.): 1 – известняки, 2 – доломиты, 3 – скарны, 4 – граниты, 5 – 7 – продуктыметасоматическихпроцессов (5 – калишпатизированныегранитыикалишпаты, 6 – альбитизированныеграниты, 7 – грейзенизированныепороды), 8 – 16 – грейзены (8 – слюдяно-кварцевый, 9 – кварцевый, 10 – то-пазовыйитопаз-кварцевый, 11 – слюдяной, турмалин-слюдяной, 12 – топаз-флюоритовый, 13 – слюдяно-флюоритовый, 14 – флюоритовый, 15 – слюдяно-селлаит-флюоритовый, 16 – селлаит-флюоритовый), 17 – жилывыполненияПропилитизация– метасоматическоегидротермальноеизменениеосновныхисреднихвулканическихпород (андезиты, дациты, базаль-ты) взонемалыхисреднихглубин. Вобластяхактивноговулканизмагидротермальныерастворымогутбытьоткислыхдощелочных.. Про-исходитзамещениепироксена, роговойобманки, плагиоклаза, биоти-таиортоклазанахлорит, серицит, эпидот, альбит, кальцит, пирит, одуляр, цеолиты. Реакциюпреобразованияплагиоклазаипироксена
123поддействиемгазообразнойиперегретойводысобразованиемваж-нейшихминераловпропилитаможнопредставитьследующимобра-зом: 4 [NaAlSi3O8 · CaAl2Si2O8] + 5 (Mg, Fe)SiO3 + 5 H2O →лабрадорпироксен→ 2 Ca2Al3Si3O12(OH) + (Mg, Fe)5Al2Si3O10(OH)8 + 4 NaAlSi3O8 + 4SiO2эпидотхлоритальбиткварцОбразуютсяразнообразныеместорождения, связанныесгидро-термальнымрудоотложением. Лиственитизация – процессизмененияосновныхиультраоснов-ныхпородподвлияниемперегретыхуглекислыхрастворов. Происхо-дитразложениеоливина, пироксенов, роговыхобманоксобразовани-емталька, кварцаимагнезиально-железистыхкарбонатов – доломита, анкерита, брейнеритаидр. Полевыешпатыпревращаютсявмусковитилисерицит, режевхромовуюслюду – фуксит. Привысокихпарци-альныхдавлениях CO2разложениеидетдочастичногообразованияпирофиллита Al2Si4O10(OH)2. Типичнымдляэтогопроцессаявляетсяобразованиеталькаикарбонатовмагнияижелеза. Примагнезиальномметасоматозевосновныхпородахпироксениамфиболзамещаетсяоливином. Вэндоконтактнойзонегранитовпроисходитотложениебиотитов, роговойобманкиидругихмагнези-альныхминералов, припонижениитемпературы – хлоритизацияалю-мосиликатныхминералов. Карбонатизация – взаимодействиепородсизвестнякамииихпреобразование. Врезультатемогутпротекатьследующиепроцессы. Доломитизацияизвестняковпроисходитврезультатевоздействиярастворов, содержащихвповышенныхконцентрацияхионы Mg2+ иSO42–: 2 CaCO3 + Mg(SO4)+ 2 H2O → CaMg(CO3)2 + CaSO4 · 2 H2O известнякдоломитгипсПодвоздействиемрастворовс Fe2+или Mn2+процесспротекаетполнеесобразованиемсидерита FeCO3илиродохрозита MnCO3. Вре-зультатеэтогомогутобразовыватьсякрупныепромышленныеместо-рожденияжелезныхимарганцевыхруд. Взаимодействиесизвестня-камигидротермальныхсульфидныхрастворовприводиткобразова-ниювизвестнякахбогатыхметасоматическихсульфидныхместорож-дений, например, свинцово-цинковыхруд. Ониотлагаютсявизвест-някезасчетвыносачасти CaCO3. Карбонатныйметасоматозссиликатнымсвязываетмеждусобойпроцессскарнообразования. Например, отложениевизвестнякефор-стерита Mg2SiO4, шпинели MgAl2O4, гроссуляраиливезуавина.
124Фосфатныйметасоматоз –образованиеапатитавбогатыхизве-стьюпородахприучастиифтораихлораХлоритизация – процессгидротермальногоизмененияпородпринизкойтемпературесобразованиемхлоритазасчетбиотита. Серпентинизация, оталькование – гидротермальноеизменениеультраосновныхпородсобразованиемсоответственносерпентинаиталька. Нефелинизация– процесспривносанатрия, вызывающийизвле-чениеглиноземовизпироксеновиамфиболовсвозможнымобразова-ниемнефелина. Алунитизация – протеканиевусловияхокисленияиприсутствиявводе SO3собразованиемсернойкислоты. Приэтомсераосуществ-ляеталунитизациюалюмосиликатныхпородсобразованиемалунитаKAl3(SO4)2(OH)6исвыносомсульфатовщелочейи SiO2. Месторождениягидротермальногогенезисадаютдо 70 % миро-войдобычи Mo, W, до 100 % оловаи 50 % меди. Взаимодействиетермальныхпоровыхрастворовспородойпри-водиткформированиюметасоматическойзональности – последова-тельнойсменеметасоматитов (гидротермалитов) отнаиболееизме-неннойвнутреннейзоныквнешнейинеизменнойпороде. Совокуп-ностьодновременнообразовавшихсяметасоматитов («зональнаяко-лонка») называютметасоматическойфацией. Совокупностьфаций, возникшаяврезультатеодногопетрогенетическогоилигенетическиединогогеологическогопроцесса, представляетсобойметасомати-ческуюформацию (В. А. Жариков). В. И. Рехарский (цит. поА.И. Перельману, 1989) выделилгидро-термально-метасоматическиеформации, расположенныесверхувнизотраннихвысокотемпературныхкпозднимнизкотемпературным: I. Гидротермально-метасоматическиеформации, связанныепреимущественносгранитоиднымипородамиМагнезиально-скарновая−Fe, B, флогопитИзвестково-скарновая−Fe,Cu, Co, V, Mn Фельдшпатовая−Ta, Nb, TR, U, Th, Ti, Be, Li, Полевошпат-кварцевая−Mo, W, Sn, Cu Грейзеновая−W, Mo, Sn, Be, Li, Bi Турмалин-кварцевая(турмалин-хлоритовая) −Sn, Cu, W, Bi, Au, As Пропилитовая−Au, Ag, Cu, As, Pb, Zn
125Вторично-кварцитовая−Cu, Zn, Pb, Au, Ag Кварц-серицитовая−Cu, Mo, Zn, Pb Березитовая–Pb, Zn, Au, Ag, U, Mo, Bi, Sn, W, Be, Co, As, Sb, Hg Аргиллизитовая–Hg, Sb, Sn, Au, Ag, As, U, Mo, Zr, Pb, Zn, Cu II. Гидротермально-метасоматическиеформации, связанныепреимущественносультраосновнымииосновнымипородами: Серпентинитовая−Cr, асбестУралитовая−Ni,Cu, Pt, флогопитТальк-карбонатная−Ni,Cu, Au, тальк, магнезитБрусит-валлериитовая−Cu, Ni, Co, Pt Лиственитовая−Hg, Au, Cu, Zn, PbIII. Гидротермально-метасоматическиеформации, связанныепреимущественносультраосновнымищелочнымипородами: Альбититовая−Zr, Hf, Nb, Ta, TR, Th, U Камафоритовая (апатит-магнетитовая) −Fe, Ti, P, Zr, Ta, Nb, Cu Карбонатитовая−Nb, Ta, Zr, TR Карбонат-флюоритовая−флюоритОруднениечастонакладываетсянаметасоматитыилиразви-ваетсяодновременносним. Поэтомумногиеавторырассматриваютрудообразованиекакчастьобщегопроцессаметасоматоза («рудонос-ныеметасоматиты»). СогласноГ. Л. Поспелову, гидротермальныеме-сторождениявозникаютвзастойныхилиполузастойныхусловиях. Проблемаисточникарудныхэлементовявляетсядискуссионной. Метасоматическиепроцессывсегдасвязанысхимическимиреак-циями, направленныминавыравниваниесоставагорнымипородамиметаморфизирующихрастворов. Таккакэтирастворычастонесутссобойполезные (рудные) компоненты, тохарактеризменениягорныхпородширокоиспользуетсякакгеохимическийкритерийприпоискахместорожденийполезныхископаемых. Интенсивностьметасоматиче-скихпроцессовтемвыше, чемконтрастнеесоставраствораипородыивышепористостьитрещиноватостьизменяющейсяпороды. Изучениеэлементов-примесейвметасоматитахимеетважноепрактическоезначение. Например, более 95 % Cu наземледобываетсяизхалькопирита (CuFeS2), вкоторомустановленыповышенныесо-
126держания Re, Zn, Se, Te, Ge, Au, Ni, Co, Ag, Cd, Tl, As, Sb, Pt, Pd, Rh идругихэлементов. Стоимостьэлементов-спутниковвнекоторыхру-дахвдва-триразапревышаетстоимостьсамоймеди. Врядеслучаевизрудизвлекаетсятолькомедь. Вгидротермальныхрудахизвестнысамородные Au, Ag, Bi, Te, Sn, Sb, As, присутствиекоторыхнепротиворечитфизико-химическимпараметрамгидротермальныхсистем. М. И. Новгородоваобнаружилавзолоторудныхииныхместорождениях «экзотические» самородныеметаллы Al, Zn, Cr, Cd, In, Co, карбидыисилицидыметаллов. Формымиграцииодногоитогожеэлементаразнообразнывгид-ротермахотпростыхдокомплексныхионов. Ониосаждаются, поА.И. Перельману, наследующихгеохимическихбарьерахгидротер-мальныхсистем: окислительном, сероводородном, глеевом, щелоч-ном, кисломитермодинамическом. Такимобразом, термодинамикамагматическойкристаллизацииопределяетсяприродойприсутствующихионов, ихконцентрацией, атакжетемпературой, давлениемиструктуройобразующихсятвердыхфаз. Изменениеэнергиииэнтропииприводиткудалениюионовизрасплаваиихупаковкувупорядоченныйструктурныйкристалл. По-следовательностьобразующихсяструктуропределяетсясодержаниемкремнияиалюминиявмагмеивеличинойтемпературы. Онииграютрольсортировочныхмеханизмовдляионов. Катионможетвойтивкристаллтольковтомслучае, еслиегоразмерыпозволяютемуэтосделать. Онможетокружитьсебяанионамивсоответствиисосвоимкоординационнымчислом. Редкиеэлементывмагматическойкри-сталлизацииведутсебяследующимобразом. Когдаредкийэлементобладаетблизкимионнымрадиусомиболеевысокимзарядом, чемглавныйэлемент (илитакимжезарядом, номеньшимрадиусом), про-исходитзахватегокристаллом. ТакВа2+захватываетсяминераломка-лия. Еслиредкийэлементобладаетблизкимионнымрадиусом, номеньшимзарядом, чемглавныйэлемент (илитакимжезарядом, нобольшимрадиусом), ондопускаетсявкристаллглавногоэлемента. Такимспособомлитийдопускаетсявминералымагния. Затвердениемагмыхотяиуправляетсяпростейшимипринципамифазовыхравно-весийифракционнойкристаллизации, однакоспособновидоизме-нятьсявразличныхусловиях, существующихвкореиверхнейман-тии.
ГЕОХИМИЯМЕТАМОРФИЧЕСКИХПРОЦЕССОВДлязоныметаморфизмахарактеренкомплекспроцессовприпо-вышенныхтемпературеидавлениисучастиемхимическиактивныхвеществ, которыеприводяткминеральнымструктурнымпреобразо-ваниямгорныхпород. Вгеохимическомотношенииметаморфическиепородыизученыслабее, чеммагматические. Метаморфизмпреобразовываетосадоч-ныеимагматическиепородыподвлияниемболеевысокихтемпера-тур, давленийиактивностижидкихрастворов, чемнаповерхностиЗемли (Н. Л. Добрецов). Ассоциацииновообразованныхминераловвметаморфическихусловияхобразуютновыеструктуры, которыесоответствуютизме-нившимсяусловиям. Такимобразом, метаморфизмприводиткчас-тичнойилиполнойперекристаллизациипородысобразованиемно-выхструктуриновыхминералов. Почтивсесолевыеотложенияобна-руживаютпризнакичастичнойилиполнойперекристаллизацииприпогружениинаглубину. Водаявляетсяосновнымвеществомвдейст-виихимическиактивныхрастворовприметаморфизме. Онаможетпривноситьивыноситьматериал, растворятьипереосаждать. Поэто-мувзонеметаморфизмаможетпротекатьметасоматоз. Действиево-дыусиливаетсявприсутствииуглекислогогаза, борнойкислоты, фтористогоихлористоговодорода, другихвеществ, частомагматиче-скогопроисхождения. ВопросымиграциихимическихэлементовсводойдетальнорассмотреныД. С. Коржинским. Взависимостиотди-намикисредывыделяетсядватипаметасоматозавзонеметаморфиз-ма: диффузныйиинфильтрационный. Придиффузномметасоматозепоровыерастворынеподвижнывслучаеотсутствияперепадовдавления. Приэтомведущимфакторомметаморфическогометасоматозавыступаетконцентрациярастворен-ноговещества. Ионымигрируютчерезнеподвижныепоровыераство-рывнаправлениипониженияконцентрации. Фильтрационнаямиграцияпроисходитвзонахдробления, рас-сланцевания, помикротрещинамизонамтектоническихнарушений. Понятиеодифференциальнойподвижностикомпонентовприметасо-матозеввелД. С. Коржинский – наиболееподвижныеэлементысбольшимионнымрадиусомиотносительномалымзарядом. Рядсни-женияподвижностихимическихэлементовследующий: S→SO3→K→Na→F→Ca→O2→FeO→P→Ba→Mg→Si→Al→Fe2O3.
128Однакоподвижностьэлементовзависитотмногихпричиниме-няетсявсоответствиисконкретнойобстановкой. Мигрирующиеэле-ментыперемещаютсянаразныерасстояния, чтоприводитквозник-новениюметасоматическойзональности. Скоростьмиграциихимическихэлементоввтвердомсостоянииничтожнаипротекаетпутемдиффузиичерезкристаллическиерешет-киминералов. Происходитперемешиваниеатомов, появляютсяде-фектывструктуреминералов, могутобразовыватьсявторичныеплен-кизамещениявзернахминераловбезкакого-либогеохимическогоэффекта (Г. Рамберг, 1952). Сточкизрениятермодинамикиметаморфизмможетбытьпред-ставленкакпревращениеоднойминеральнойассоциациивдругуюсменьшейсвободнойэнергией: A + B + C → L + M + N. Возрастаниедавлениясдвигаетравновесиевнаправленииуменьшенияобъемасистемы, атемпературы – способствуетэндотер-мическимреакциям. Вобщемвидеметаморфизмприводиткпревра-щениюматериалапородывминеральнуюассоциацию, обладающуювданныхусловияхнаименьшейсвободнойэнергией. Кинетикагетерогенныхреакцийразработананедостаточно. Энер-гияактивации – важнейшийфактор, определяющийскоростьреакции, котораяувеличиваетсяприповышениитемпературы, чтоприводиткослаблениюсвязимеждучастицамифазы, облегчаетподвижностьреагирующихчастиц, снижаетэнергиюактивациииускоряетреак-цию. Веществабудутреагироватьтемлегче, чеммельчезернаичемлучшеониперемешаны, т. е. мелкозернистыепородыметаморфизи-руютсябыстрее, чемгрубозернистые. Изменениепородподдействи-емповышающейсятемпературыпроисходитбыстрее, вотличиеотпонижающейся.
ПегматитовыйпроцессПрираскристаллизациимагмычастьлегколетучихкомпонентовнеимеетвозможностиуйтиизрасплаваипостепенноотжимаетсявнезакристаллизовавшуюсячастьрасплаваинасыщаетегообычновконцепроцесса. Такойрасплав, перенасыщенныйлетучимикомпо-нентами, называетсяостаточным, асампроцесс – пегматитовым. Кристаллизациятакогорасплавапротекаетиначе. ГеохимическиеисследованияпегматитовбылиначатыА. Е. Ферсманом (1942). Пегматитовыйпроцессонразделилнапять
110этаповиодиннадцатьгеофаз. Завершающееместоэтогопроцессапо-казановобщемпроцессеэволюциимагматизма: ● B (800–700 °C) – вконтактнойзонеспородойудерживаетгранитилимагнетит; ●C (700–600 °C) – пегматитоваязонаспрорастаниемкварцаиполевогошпата; ● D–E (600–500 °C) – образованиепородыспегматитовымижи-лами, удерживаетшерл, мусковит, берилл; ● F–G (500–400 °C) – флюидно-гидротермальныеусловия, обра-зующиепневматолитовыеминералы – зеленыеслюды, альбит, литие-выесоединенияидр. ● H–I–K–L (400– 50 °C) – гидротермальныепроцессысобразова-ниемзеленыхслюд (жильбертит, кукеит), сульфидов, карбонатов, це-олитов. Впегматитаххимическиеэлементыраспределеныконтрастносперемешиваниемлегкихитяжелых. Ведущиеэлементыпегматитов: H, Li, Be, O, Si, Al, Na, K, Rb,Cs, Tr; главные: B, F, Sc, P, Sn; запре-щенные: Ne, Co, Ni, As, Se, Br, Kr, Ru, Rh, Pd, In, Os, Ir, Pt, Hg, Xe. Другиеэлементыотносятсякслучайным. Такимобразом, пегматитыобогащеныредкими, преимущественнолитофильнымиилетучимикомпонентами. Преобладаютэлементынечетныхпорядковыхномеровснечетнойвалентностью, особенноодно- итрехвалентные. НаиболеераспространеныгранитныепегматитыкакисточникиTa, Li, Cs, оптическогофлюорита, ювелирныхкамней, полевогошпа-та, слюды, пьезокварцаидругогоценногосырья. Пегматитыщелоч-ноймагмысодержатруды Nb и TR. Менеераспространеныпегматитыосновныхиультраосновныхпород. Всеониформируютсянаглуби-нахот 2 до 15 кмиболее. Элементыгранитныхпегматитов, какправило, образуютионы, аналогичныеприроднымгазамипредставляютсобойсистемыниз-когоэнергетическогоуровнясмалымивеличинамиэнергиирешетокминералов. Пегматитыболеехарактерныдлядокембрийскихгранитов, ихменьше – впалеозойскихимезозойских. Известныихобразованиякакнащитах, такивскладчатыхпоясах. Главныеособенностипегматитовогопроцессавминералооб-разовании, показанныенарис. 13, рассмотримболеелодробно.