» » Карбонаты

Карбонаты

02.08.2016

Карбонаты, согласно термодинамическим расчетам, характеризуются возрастанием предельной стабильности (по равновесиям с простыми окислами) в такой последовательности:
Карбонаты

Соответственно происходит сокращение области стабильности окислов металлов в условиях данного режима CO2.
Карбонаты рудных металлов (смитсонит, церуссит и др.) для собственно метаморфических пород не характерны; они встречаются в гидротермальноизмененных горных породах. То же можно сказать относительно карбонатов марганца и железа, хотя следует отметить, что родохрозит (MnCO3) содержится в слабометаморфизованных марганцевых рудах, образованных путем перекристаллизации коллоидных осадков MnCO3 и глинистого материала. В породах, переживших более высокую степень метаморфизма, дополнительно выделяются спессартин, хлорит, родонит CaMn4 [Si5O15].
Сидерит совместно с шамозитом представляет собой типичный минерал осадочных глинистых железных руд. Сидериты (олигониты) и анкериты Ca(Mg, Fe, Мn)(СO3)2 развиты в гидротермальных жилах и гидротермальноизмененных горных породах. Сидерит устойчив лишь в условиях очень слабой степени метаморфизма. Область устойчивости сидерита при метаморфизме расширяется, при этом возрастает содержание магния и наблюдается переход к сидероплезиту и пистомезиту (Mg, Fe)CО3. В состав сидероплезитовых сланцев входят также гранат и куммингтонит. Еще большую устойчивость к метаморфизму обнаруживает анкерит, являющийся обычным минералом карбонатных гранат-куммингтонитовых сланцев.
Магнезит входит в состав крупных тел магнезитовых мраморов. Они известны в докембрийских формациях Китая и Кореи. Их возникновение связывается с магнезиальным метасоматозом исходных карбонатных осадков, подвергшихся воздействию магнийсодержащих растворов глубинного происхождения. В контакте пересечения гранитоидами магнезитов образованы скарны с форстеритом, гиперстеном, шпинелью и магнетитом.
Значительно более широко развит в метаморфитах доломит. Верхний предел устойчивости доломита в метаморфитах определяется образованием периклаза и кальцита:
Карбонаты

Кальцит в ассоциации с периклазом возникает при наиболее высокотемпературном (от 750 до 800° С) метаморфизме доломитовых осадков. Кальцит-периклазовые мраморы могут образоваться в контакте с гипабиссальными базитами (долеритами). При низкой температуре происходит перекристаллизация доломита с образованием доломитовых мраморов. Реакции с кремнисто-глинистым материалом обусловливают возникновение магнезиальных силикатов — форстерита, шпинели, диопсида и др.
При метаморфизме в условиях высокой температуры по доломиту возникает форстерит в ассоциации с кальцитом по следующей реакции:
Карбонаты

Регрессия в метаморфизме (понижение температуры) ведет к неустойчивости этого парагенезиса и возникновению ассоциации доломит—диопсид:
Карбонаты

На следующей стадии понижения температуры (в среднетемпературных условиях) в доломитовых мраморах диопсид вытесняется тремолитом по реакции:
Карбонаты

В результате дальнейшего понижения температуры появляется тальк:
Карбонаты

По минеральному парагенезису кальцит—тальк возникает парагенезис доломит—кварц. Стехиометрическая реакция будет иметь следующий вид:
Карбонаты

Таким образом, намечаются следующие пять фаций доломитовых мраморов (минеральных парагенезисов) в направлении понижающейся температуры: доломит-форстерит-кальцитовая, диопсид-доломитовая, тремолит-кальцит-доломитовая, доломит-тальк-кальцитовая и доломит-кварцевая.
Из карбонатов наиболее распространен в осадочных и метаморфических породах кальцит. Высокотемпературный кальцит может включать в себя карбонат магния (до 30 мол. %) с образованием твердого раствора CaCO3—MgCO3. При понижении температуры происходит распад твердого раствора, что характерно для магнезиально-известковых мраморов, в зернах кальцита которых обособляются пластинки доломита.
Для выяснения геохимического режима метаморфизма важным являются парагенезисы кальцита с алюминатами, алюмосиликатами и силикатами кальция. Ниже они рассматриваются по данным Л.Л. Маракушева.
В системе CaO—Al2O3—SiO2 при различных условиях флюидного режима (РCO2, PH2O) собственно кальциевые минералы представлены кальцитом или арагонитом. При метаморфизме известь CaO и ее гидрат Ca(OH)2 являются неустойчивыми. То же можно сказать относительно алюминатов кальция, подвергающихся карбонатизации, в результате чего образуется стабильная ассоциация кальцита с корундом, а в условиях низкой температуры — кальцита с диаспором α-АЮОН, бемитом γ-А100Н или гиббситом α-Al(OH)3. Если в минералы входит железо, замещающее алюминий, появляются устойчивые алюминаты в парагенезисе с богатыми кальцием высокотемпературными минералами. К ним добавляется браунмиллерит Ca12(Al, Fe)2O15. Последний минерал и майенит (конечный член изоморфной смеси скаполита, см. ниже) образуются при крайне высокотемпературном метаморфизме известковых пород в контактах с долеритами в ассоциации с ларнитом Ca2SiO4, мервинитом и спурритом Ca5Si2O7CO3.
Аллит (Ca3SiO5) легко подвергается карбонатизации, обычно в метаморфических породах не встречается. При очень низком PСО2 стабильным является парагенезис ларнит—кальцит или в условиях PСО2, равного =1*10в5 Па (400 атм) спуррит—кальцит:
Карбонаты

Спуррит распространен и образуется в условиях высокой температуры в контакте известняков с базитами (долериты, габброиды). При падении температуры и повышении парциального давления РСО2, спуррит переходит (замещается) в тиллеит:
Карбонаты

При снижении температуры и возрастании PСО2 происходит стабилизация тиллеита и расширение его парагенезисов с вытеснением ларнита до некоторого предела, после чего вместо тиллеита образуется распространенный в контактолитах парагенезис кальцит волластоиит по следующей реакции:
Карбонаты

Последний минерал в свою очередь разлагается (приблизительно до 600° С) на кальцит и кварц, что характерно для областей регионального метаморфизма:
Карбонаты

Выделяются следующие четыре метаморфические фации: спурритовая (лариитовая), тиллеитовая, волластонит-кальцитовая и кварц-кальцитовая.
При равновесии кальцита с кальциево-магнезиальными силикатами выделяются следующие фации: мервинитовая Ca3MgSi2O8 (выше 1000°C), кальцит-акерманитовая (монтичеллитовая) Ca2MgSi2O7 (устойчивая до 900° С) и кальцит-диопсидовая CaMgSi2O6 (ниже 900°С).
Кальциевые алюмосиликаты и силикаты кальция и алюминия к процессу карбонатизации сравнительно устойчивы, за исключением геленита Ca2Al2SiO7 и кальциевого пироксена CaAl2SiO7, которые ограничены областью очень высокой температуры и низкого давления PСО2. Устойчивость гроссуляра Ca3Al2Si3O12 ограничивается карбонатными ассоциациями цоизит-кварц — кальцит, плагиоклаз—кварц—кальцит (при повышенном давлении на твердые фазы) и волластоиит—плагиоклаз—кальцит (в области низкого давления), а при понижении температуры основной плагиоклаз ограничивается цоизит-кианитовым и кианит-кальцитовым равновесиями. В установлении устойчивости плагиоклаза важной является реакция распада анортита на глинистые минералы (каолин и др.) и кальцит или цоизит, в результате которой может возникнуть тонкий агрегат этих минералов (равновесные пары), называемый соссюритом — «соссюритовое равновесие», Понижение химической активности CO2 вызывает расширение устойчивости основного плагиоклаза и при некоторых значениях PСО2 она может совместиться с полем соссюрита, что в природе часто наблюдается.
При довольно высоком давлении CO2 многие богатые кальцием силикаты будут неустойчивыми. К ним относятся ломонтит CaAl2Si4O12 4H2O, вайракит CaAl2Si4O12 2H2O, пренит Н2Ca2Al2Si3O12 и лавсонит CaAl2Si2O8 2H2O. На основании расчета при PCО2 = 10в5 Па (1 бар) и PН2О = 10в8 Па (1000 бар), устойчивость карбонатных парагенезисов оказывается очень ограниченной и соответственно высокую стабильность приобретают вышеназванные силикаты кальция, относимые к абиссофобным минералам. Понижение РСО2 вызывает значительное расширение поля устойчивости гроссуляра и волластонита.
Влияние CO2 во многом определяет соотношения минеральных парагенезисов. Метаморфизм, осуществляющийся при очень низком давлении CO2, видимо, имеет место на ранних стадиях развития эвгеосинклиналей, когда имеются условия легкой миграции CO2, в частности вдоль приповерхностных субвулканов, зон «открытых» разломов и т. д. В этой обстановке образуются такие минералы, как ломонтит, вайракит, лавсонит. В условиях зелено-каменного метаморфизма, когда возникают эпидотсодержащие горные породы с актинолитом, хлоритом и другими минералами, широко распространен пренит.
Скаполит [греч. «скапос» — стержень, дано по столбчатому облику кристаллов]. Сингония тригональная. Минералы этой группы распространены среди метаморфических пород; PT-условия их образования соответствуют условиям формирования фаций выше амфиболитовой. Считают, что скаполиты возникают также магматическим путем. Обычно они образуются по плагиоклазу. Представляют изоморфную смесь твердых растворов: 3Nа[АlSi3O8]*NaCl (мариалит) — 3Са [Al2Si2O8]CaCO3 (мейонит). Химическая формула скаполита: (Na, Ca, К)4[Аl3(Аl, Si)3*Si6O24]*(Cl, F, OH, CO3, SO4]. Изоморфизм, аналогичный плагиоклазам, т. е. гетеровалентный. В зависимости от отношения Na к Na + Ca, т. е. от мольной доли Na, различают четыре разновидности скаполитов:
Карбонаты