В работе освещены общие условия равновесия минералов при гидратации, обосновывается новый графический метод расчёта минеральных равновесий при различных соотношениях давления на минералы и давления водного флюида.

Рассмотрены особенности метаморфической (глубинной) гидратации минералов, делается вывод об осуществлении её в условиях низкого давления водного флюида при широких вариациях давления на минералы. Приводится сводка экспериментальных и расчётных данных по равновесиям гидратации, производится пересчёт их применительно к глубинному минералообразованию и определяются границы метаморфических фаций.

Книга рассчитана на геологов, минералогов, петрографов и геохимиков.

Табл. 37. Библиогр. 280. Иллюстр. 62.

Степень гидратации минералов и их парагенезисов служит основным показателем условий метаморфизма горных пород. Минеральные метаморфические фации (гранулитовая, амфиболитовая, зеленосланцевая и др.) как в первоначальной систематике Эскола (Eskola, 1920), так и в последующих руководствах (Тернер, 1951; Ramberg, 1952; Елисеев, 1959) разделяются в основном по признаку неодинаковой гидратированности минералов и минеральных ассоциаций. Поэтому петрологическое значение процесса гидратации очень велико, и термодинамическое исследование его является необходимым при разработке теоретических основ метаморфизма.

В руководстве по метаморфизму известного экспериментатора Уинклера (Winkler, 1965) высказывается мнение о том, что в процессе метаморфизма, в отличие от метасоматоза, «вполне подвижные компоненты, которым Д. С. Коржинский (Korzhinskii, 1959) придаёт большое значение, не играют существенной роли». С этим нельзя согласиться. Метаморфические системы — типичные системы с вполне подвижными компонентами, в которых осуществляются процессы гидратации-дегидратации и карбонатизации-декарбонатизации минералов исключительно при вполне подвижном поведении H₂O и CO₂. Состояние их определяется термодинамическим потенциалом Д. С. Коржинского Z ^m = f(T, P_S , μ_H2O , μ_CO2, n₁…n_i), который широко используется в этой работе.

К настоящему времени накопился огромный эмпирический материал по гидратации минералов, полученный, с одной стороны, на основе анализа парагенезисов минерала в горных породах, с другой, — путём экспериментального изучения минеральных равновесий и термодинамических расчётов.

В результате выявилось значительное расхождение геологических и экспериментальных данных об условиях гидратации минералов как по температуре, так и в части последовательности реакций. Анализ этого расхождения представляется одним из направлений в познании своеобразия глубинного метаморфизма горных пород.

В предыдущей работе (Маракушев, 1965) для рассмотрения метаморфических минеральных фаций была предложена диаграмма P_S— μ_H2O (давление на минералы — химический потенциал воды), которая наиболее непосредственно наряду с давлением нагрузки отражает степень гидратированности минералов и их парагенезисов. Эта диаграмма находится в определённом соответствии с диаграммой P_S—T в силу того, что реакции дегидратации минералов всегда эндотермичны. На её основе было дано обобщение петрографических материалов по метаморфическим комплексам различной глубинности. Настоящее исследование является продолжением указанной работы и содержит более углублённый термодинамический анализ метаморфической гидратации минералов.

В начале работы кратко рассматриваются общие условия равновесия между минералами и водным флюидом, причём особенно применительно к системам, в число независимых параметров состояния которых входит давление (P_H2O) или химический потенциал воды (μ_H2O) и давление на твёрдые фазы (P_S). При этом основное внимание уделяется разработке удобного графического метода расчёта минеральных равновесий при различном соотношении указанных параметров (P_S, μ_H2O , P_H2O). Специальные главы посвящены равновесиям гидратации при участии в них минералов переменного состава и выявлению особенностей гидратации в глубинных метаморфических зонах. В работе приводится сводка экспериментальных данных по гидратации минералов и делается попытка их экстраполяции применительно к метаморфизму на основе физико-химического анализа минеральных парагенезисов. Исходя из данных по гидратации, рассчитаны термодинамические свойства минералов и с их помощью некоторые минеральные равновесия, важные для петрологии. В результате намечаются схемы минеральных фаций и субфаций, отражающие как экспериментальные и расчётные, так и петрографические данные об условиях образования водных минералов и их ассоциаций.

ВВЕДЕНИЕ

Книги на ту же тему

1. Инфильтрация воды в базальтовый слой земной коры, Яковлев Л. Е., 1999
2. Основы термодинамики для минералогов, петрографов и геологов, Керн Р., Вайсброд А., 1966
3. Физико-химические основы анализа парагенезисов минералов, Коржинский Д. С., 1957
4. Моделирование фазовых равновесий при кристаллизации базальтовых магм, Арискин А. А., Бармина Г. С., 2000
5. Растворы, минералы, равновесия, Гаррелс Р. М., Крайст Ч. Л., 1968
6. Диаграммы фазового равновесия в металлургии, Райнз Ф., 1960
7. Генезис метаморфических пород, Винклер Г., 1969
8. Природа метаморфизма, Питчер У.С., Флинн Г. У., ред., 1967
9. Экспериментальное и теоретическое моделирование процессов минералообразования, 1998
10. Петрология изверженных и метаморфических пород дна океана, Буллард Э., Канн Д., Мэтьюз Д., ред., 1973
11. Экспериментально-методические исследования рудных минералов, Власов К. А., ред., 1965
12. Применение методов физической химии в петрологии и геохимии, Брандт С. Б., ред., 1972
13. Введение в электронную микроскопию минералов, Сергеева Н. Е., 1977
14. Методы статистической термодинамики в физической химии. Учебное пособие, Смирнова Н. А., 1973
15. Химическая термодинамика, Мюнстер А., 1971
16. Физические методы исследования минералов осадочных пород, 1966
17. Проблемы прикладной геохимии (Материалы Второго международного симпозиума «Методы прикладной геохимии»), Таусон Л. В., ред., 1983
18. Основы физической геохимии: учебник. — 2-е изд., испр. и доп., Жариков В. А., 2005
19. Справочное руководство по петрографии осадочных пород. В 2-х томах (комплект из 2 книг), Татарский В. Б., Рухин Л. Б., ред., 1958
20. Минералогия для студентов, Батти Х., Принг А., 2001
21. Техническая термодинамика. Тепломассообмен, Мирам А. О., Павленко В. А., 2011