В статье автор исследует, как и при каких условиях происходит выветривание горных пород: оливин, пироксены.
Ключевые слова: выветривание, оливин, пироксены
Выветривание — это фундаментальный процесс в геологическом цикле, который следует рассматривать как не менее важный, чем процессы метаморфизма, вулканизма, диагенеза, эрозии и т. д., которые гораздо более широко изучаются в большинстве областей науки о Земле. Действительно, можно было бы привести доводы в пользу того, что выветривание полезных ископаемых следует рассматривать как наиболее важный процесс в геологическом цикле, поскольку он самым непосредственным образом влияет на живой мир в целом и на жизнь человека в частности. Таким образом, выветривание ответственно за образование почв, на которых в конечном счете зиждется почти вся земная жизнь. зависит, играя центральную роль в контроле естественного плодородия почв за счет обеспечения многих питательных веществ, которые позволяют растениям расти.
Оливин выветривается в различных ситуациях, главным образом с микроскопической или микроморфологической точки зрения. Отмечается, что обычно оливин разрушается или замещается на ранних стадиях выветривания и, следовательно, обычно не обнаруживается в больших количествах в почвах, за исключением необычных обстоятельств. Также в свежих породах оливин часто уже изменен в результате магматических и метаморфических превращений в ортопироксены, серпентины или тальк, а в результате дейтерийных или гидротермальных процессов — в смеси водных филлосиликаты и железооксидные минералы. В последнем случае наиболее распространенным продуктом является иддингс, который может быть оптически однородным и кристаллографически ориентированным по отношению к исходному оливину. Превращение оливина в иддингсит было подробно изучено Эгглтоном с помощью просвечивающей электронной микроскопии ионно-лучевых образцов. Был предложен двухэтапный процесс. На первой стадии оливин распадается на тонкие пластинки, состоящие из метастабильной гексагональной фазы и вытянутых параллельных к оси оливина. Это превращение открывает каналы для растворения, которые заполняются решетчатыми кристаллами сапонита, которых совпадает с оливином, и кристаллитами гетита. Таким образом, считается, что это раннее преобразование имеет эпитаксиальную или топотаксическую природу. На втором этапе вода более свободно перемещается по каналам для получения раствора, что обеспечивает дальнейший рост зародышей смектита и гетита, образовавшихся в ходе ранних изменений, и в значительной степени, но не полностью, сохраняет первоначальную ориентационную связь с исходным оливином.
В данном случае изменение, несомненно, было вызвано дейтерической/гидротермальной активностью, хотя считалось, что выветривание приводит к образованию сходных минеральных ассоциаций.
Эта точка зрения была подтверждена в более позднем исследовании, посвященном выветриванию оливина в базальте до образования иддингссайт. Были исследованы три различных базальта. В каждом из них процесс гидроизоляции, по-видимому, начался до выветривания, но завершается в результате более позднего выветривания. Образование иддингсита снова включает травление вдоль пластинчатых зон, параллельных, и образование смектита и ориентированного гетита в пределах этих зон. Однако важным открытием является то, что некоторые элементы, такие как Al и Na, были привнесены извне оливина, подвергшегося выветриванию кристаллы, свидетельствующие о том, что этот процесс на самом деле не является изохимическим. На более поздних стадиях разложения диоктаэдрический смектит и галлуазит ассоциируются с выветрившимся оливином.
Начальные стадии изменения оливина были более подробно исследованы Банфилдом. Было обнаружено, что в измененных базальтовых андезитах оливин состоит из мелких сростков форстеритерического оливина и лайхунита, окисленной фаялитовой фазы, в которой структурное трехвалентное железо уравновешивается структурными вакансиями, что приводит к искажению оливина структура. Там, где сростки расположены на большом расстоянии друг от друга, лайхунит может выступать в качестве барьера для выветривания, что приводит к преимущественному растворению.
В контексте профиля выветривания в целом нет никаких сомнений в том, что смектитовые минералы, образующиеся из оливина в выветрившихся породах, довольно эфемерны. Как только эти продукты удаляются из относительно замкнутой, близкой к равновесной ситуации, которая существует в выветрившейся породе, и помещаются в более открытую, далекую от равновесия ситуацию, которая преобладает во всем сапролите и почве, они быстро исчезают. Таким образом, количественно в контексте профиля выветривания в целом эти ранние продукты выветривания могут быть относительно незначительными [1,2].
Было обнаружено, что в выветрившихся породах пироксен и амфибол превращаются в силикаты с водным слоем аналогично тому, что описано для оливина, а именно посредством механизма, включающего высокую степень структурного наследования вторичной фазой первичного минерала. Так, Эгглтон показал, что в глинистом углублении в выветренном скарне пироксеновый геденбергит преобразовался в нонтронит, сохраняя полную оптическую целостность и постоянный объем. Рентгеновская и электронная дифракция показала, что две фазы были кристаллографически когерентными и топотаксическими. Был предложен механизм, включающий разрыв пироксеновых цепей в результате изменений, происходящих в результате потери Ca, Mg и Si, окисления Fe и гидратации. Затем произошло повторное соединение тетраэдрических кремниевых и октаэдрических трехвалентных цепей за счет движения в пироксеновой цепи с образованием нетронитовых звеньев, подобных тальку. Эгглтон и Боланд провели дальнейшие исследования по превращению энстатита в тальк в основной породе. Дальнейшее выветривание приводит к потере ориентации и постепенному замещению талька смектитом, а иногда и смектит-хлоритом. Бэшем ранее описал превращение авгита и гиперстена в псевдоморфозы вермикулита в выветренном габбро, где ось с вермикулита была ориентирована под прямым углом к оси с пироксена. Был сделан вывод, что пироксен-носитель оказывает тесное структурное воздействие на разработка водянистого минерала. В ходе исследования того, что было принято за естественное выветривание пироксеноида из гидротермальной жилы. Банфилд и другие ученые пришли к выводу, что изменения в виде ямок травления начались на границах зерен и плоских дефектах между сросшимися родонитом и пироксмангитом. Эти углубления для травления заполнены богатым Zn марганцевым смектитом (Zn образуется из связанного с ним выветрившегося сфалерита), который сначала хорошо ориентирован, но затем, по мере увеличения углублений для травления, становится беспорядочно ориентированным.
Аналогичным образом, при изучении выветривание амфиболов Банфилдом и Баркером установлено, что реакции были сосредоточены в тонкоизмельченных пластинках гедрита и антофиллита, которые изоволюметрически и топотактически превращались в смектит. Предполагалось, что реакция представляет собой контролируемый диффузией твердофазный процесс, включающий лишь частичную деполимеризацию структуры амфибола и не содержащий промежуточного материала аморфного типа [1,2].
Литература:
1. Миловский А. В. Минералогия и петрография / А. В. Миловский. — 5-е изд., перераб. и допол. — М.: Недра, 1985. — 432 с.
2. Общая и полевая геология: учеб. для вузов / А. Н. Павлов, И. А. Одесский, А. И. Иванов [и др.]. — М.: Недра, 1991. — 463 с.
