Кристаллизация с образованием твердых растворов
Свойствами твердых растворов обладают все породообразующие минералы, дающие изоморфные ряды (плагиоклазы, пироксены, оливины, амфиболы и т. д.).
Для систем, кристаллизующихся с образованием твердых растворов, характерны следующие признаки.
1. В процессе кристаллизации происходит непрерывная реакция между выделившимися кристаллами и расплавом, вследствие чего изменяются составы расплава и кристаллов в направлении обогащения менее тугоплавким компонентом.
2. Прибавление к легкоплавкому компоненту тугоплавкого вызывает повышение температуры начала кристаллизации расплава.
3. Температура определяет не только количественные соотношения между твердой и жидкой фазами, но и состав их.
4. Состав кристаллов, выделившихся в начальную и конечную стадии кристаллизации, а также температурный интервал процесса кристаллизации зависят только от состава исходного расплава.
5. Первые кристаллы, выделившиеся из расплава, всегда богаче тугоплавкими компонентами, чем исходный расплав; последние кристаллы отвечают по составу исходному расплаву.
Рассмотрим кристаллизацию двух минералов, образующих непрерывную серию твердых растворов на примере плагиоклазов (рис. 2). Кривая солидуса показывает изменение состава твердой фазы по мере падения температуры, а соответствующие изменения состава жидкости фиксируются кривой ликвидуса. Если исходный расплав (точка а) имеет 50 % альбита (Ab) и 50 % анортита (An), кристаллизация его начнется при температуре 1450 °С, то есть при достижении точкиана кривой ликвидуса. При этой температуре из расплава выделится небольшое количество кристаллов составаb(около 90–95 %An). Выделение этих кристаллов приведет к изменению состава расплава, который по сравнению с исходным становится богаче альбитовым компонентом. При понижении температуры этот расплав взаимодействует с выделившейся твердой фазой, постепенно изменяя ее состав по кривой солидуса, в то же время меняя и свой состав по кривой ликвидуса. При температуре 1350 °С в равновесии будут находиться кристаллы плагиоклаза № 70 (точкаd) с расплавом, содержащим 30 % анортита (точкас). При дальнейшем понижении температуры состав кристаллов и расплава будет изменяться по отрезкам солидусаdfи ликвидусасе, пока весь расплав не затвердеет в точкеf. В этой точке кристаллы плагиоклаза приобретут состав, соответствующий исходному (50 %Anи 50 %Ab). В этот момент последние капли расплава содержат 12 % анортита (точкаена ликвидусе).
Рис. 2.Диаграмма кристаллизации плагиоклазов
(по Г. С. Йодеру, 1962).
В процессе медленного охлаждения расплава получаются плагиоклазы, в которых не остается следов от реакций, предшествовавших их образованию. Если охлаждение происходит быстро, полное равновесие между твердой фазой и жидкостью не наступает, образуются кристаллы плагиоклаза с зональным строением. У плагиоклазов с общим составом, отвечающим лабрадору, центральные части кристаллов могут быть представлены плагиоклазом с 80 % An, а внешние зоны – с 12 %An. Зональные плагиоклазы характерны для пород, кристаллизовавшихся в гипабиссальных или поверхностных условиях, менее благоприятных, чем глубинные. Присутствие воды в расплаве понижает температуры солидуса и ликвидуса.