Семинар "Геохимия щелочных пород" 

школы "Щелочной магматизм Земли"-2008

Чисто щелочные силикаты в агпаитовых массивах: связи "состав √ структура √ свойства √ генезис"

Пеков И.В*^,**., Зубкова Н.В.*, Пущаровский Д.Ю.*

*МГУ, Москва; **ГЕОХИ РАН, Москва

Известны 12 природных чисто щелочных силикатов (ПЧЩС), т.е. таких минералов, в которых кроме Si, O (и нередко H) присутствуют только щелочные металлы (табл.). В структурном отношении ПЧЩС замечательны тем, что в них, при простом составе и столь небольшом видовом разнообразии, реализуются практически все известные в силикатах топологические типы Si,O-комплексов: каркас (грумантит), различные слои (натросилит, макатит, канемит, магадиит), ленты (ревдит), кольцо (мегациклит), изолированные тетраэдры (чесноковит), и цепочка (потенциально новый минерал, условно названный здесь К-2674). 10 из 12 ПЧЩС содержат воду, причем, если для природных силикатов в целом OH-группы в вершинах Si-тетраэдров являются редкостью, то для водных ПЧЩС это, напротив, характерная черта, а чесноковит √ вообще единственный минерал, где две вершины каждого Si-тетраэдра представлены OH-группами.

Сильные структурные различия при практически одинаковом наборе химических компонентов обусловливают узость полей устойчивости и делают ПЧЩС чуткими индикаторами параметров минералообразования. С точки зрения генетической кристаллохимии у ПЧЩС информативны отношение (Na+K):Si, содержание воды и отношение OH:Si в тетраэдрах (табл.). С уменьшением величины (Na+K):Si не только растет степень конденсации Si,(O,OH)-мотива (что очевидно), но и снижается ^тетр(OH):Si-отношение.

Важным индикаторным свойством этих минералов является степень устойчивости в низкощелочных обстановках. У водных ПЧЩС наблюдается ее обратная корреляция с величинами (Na+K):Si, ^тетр(OH):Si и содержанием воды, и прямая √ со степенью конденсации Si,(O,OH)-мотива. Стабильность их структур зависит от соотношения долей ковалентных (система Si-O-Si), ионных (система Si-[O,OH]-Na) и водородных (системы с участием только OH-групп и/или молекул H₂O) связей. Так, наименее устойчив при нормальных условиях чесноковит √ минерал с изолированными Si-тетраэдрами, Na:Si=2, ^тетр(OH):Si=2 и 57 мас.% H₂O, а самые стабильные √ высококремнистые низководные ПЧЩС со слоистыми и каркасными тетраэдрическими мотивами: макатит, грумантит, магадиит, кенияит. Природа неустойчивости натросилита иная √ это нарушение Второго правила Полинга через сильный избыток отрицательного заряда на немостиковых атомах O (отметим, что половина катионов Na⁺ находится в нехарактерной пятерной координации, что тоже "напрягает" структуру; очевидно, по этому же причине неизвестны ПЧЩС с высоким содержанием K). Вхождением OH-групп в тетраэдрический мотив водных ПЧЩС как раз и достигается снятие локального дисбаланса валентных усилий.

В щелочных массивах ПЧЩС характерны для поздних образований и маркируют высокоагпаитовые обстановки. Они формируются в широком диапазоне температур, активностей воды (эти два параметра влияют на содержание H) и кремнезема (к этому параметру чувствительны Na:Si-отношение и тип Si,(O,OH)-мотива). В целом, для образования ПЧЩС необходимы сильный дефицит глинозема (в противном случае их вытесняют цеолиты) и углекислоты (ПЧЩС "антагонистичны" карбонатам и в парагенезисах с ними не встречаются). Для ПЧЩС типично сонахождение с виллиомитом, т.е. высокая активность F не препятствует их кристаллизации.

Ревдит, мегациклит и К-2674 демонстрируют топологический триморфизм аниона [Si_nO_2n(OH)_n]: в них реализуются ленты, кольцо и цепочка соответственно. Эти три минерала очень близки между собой также по содержанию воды и величине (Na+K):Si (табл.). Они и встречаются вместе, но не в парагенезисах с более высококремнистыми ПЧЩС: в частности, сростки всех трех фаз зафиксированы на г. Кедыкверпахк, Ловозеро. Аналог чесноковита синтезирован при 20ºС, что четко коррелирует с особенностями его состава и струкутры; появление этого минерала маркирует последнюю стадию эволюции ультранатриевых гидротермальных систем Ловозерского плутона.

Эволюционные ряды ПЧЩС четко отражают смену условий. Так, в уссингитовых жилах г. Кедыкверпахк наблюдается ряд натросилит => ревдит => чесноковит, указывающий на то, что при спаде температуры щелочность не снижается, тогда как в уссингитовых пегматитах соседней г. Аллуайв обнаружен ряд натросилит => макатит => канемит, свидетельствующий об уменьшении величины Na:Si с понижениим температуры. ПЧЩС с (Na+K):Si > 0.5 встречены только в Ловозере, Хибинах и Сент-Илере √ трех массивах, где зафиксированы наиболее высокоагпаитовые постмагматические образования. Напротив, самые высококремнистые ПЧЩС √ магадиит и кенияит √ отсутствуют в Хибино-Ловозерском комплексе, но характерны для других массивов, что отражает различия в режиме кислотности-щелочности на поздних стадиях.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ ╧ 06-05-64024-a и гранта Фонда содействия отечественной науке (ИВП).

            Таблица. Некоторые характеристики природных чисто щелочных силикатов

Щелочные массивы, в которых найдены ПЧЩС: Л √ Ловозеро, Х √ Хибины (Кольский п-ов, Россия), С √ Сент-Илер, СА √ Сент-Амабль (Квебек, Канада), А √ Арис (Намибия), Хе √ Хегау (Германия), ПР √ Пойнт оф Рокс (Нью Мексико, США). Др. ф. √ другие формации, в которых известны ПЧЩС: О √ осадки щелочных озер, Т √ отложения термальных источников, ГП √ гранитные пегматиты. * - силинаит благодаря существенно более высоким, чем у прочих щелочных катионов, силовым характеристикам Li⁺ сильно отличается в кристаллохимическом отношении от прочих ПЧЩС и в настоящем обзоре не обсуждается.