Натриево-кальциевые полевые шпаты - плагиоклазы

Плагиоклазы представляют собой изоморфный ряд между натриевым- щелочным (альбит, анальбит, мональбит) и кальциевым - щелочноземельным (Р-анортит, I-анортит) конечными членами, в котором одновременно с замещением Na на Са эквивалентная часть Si замещается на Аl. Состав плагиоклаза принято характеризовать его номером, соответствующим содержанию анортитовой составляющей (An₀-An₁₀₀).

Происхождение названия

Название минерала происходит от гречческого "плагиос" - косой, наклонный и "оазис" - излом, подчеркивает что угол между плоскостями спайности (001) и (010) существенно отличается от прямого (от 86°24' в альбите до 86°50' в анортите).

Английское название плагиоклазов -Sodium-calcium feldspars (plagioclases)

Содержание

• Разновидности
• Кристаллографическая характеристика
• Физические свойства
• Химические свойства
• Диагностические признаки
• Происхождение минерала
• Месторождения
• Практическое применение
• Физические методы исследования
• Кристаллооптические свойства в тонких препаратах (шлифах)

Формула плагиоклаза

(Na,Ca)[(Al,Si)₄O₈]

Разновидности

По химическому составу плагиоклазовый ряд традиционно подразделяют на альбит (An_0-10 ), олигоклаз (Аn _10-30), андезин (Аn_30-50), лабрадор (Аn _50-7о), битовнит (An_10-90) и анортит (An_90-100).

Среди гомогенных плагиоклазов по структурному состоянию выделяют высокотемпературную и низкотемпературную серии. Кристаллические структуры крайних членов ряда существенно различаются: в альбите, NaAlSi₃O₈. Si и Аl упорядочиваются по 4 неэквивалентным позициям, в анортите CaAl₂Si₂O₈  они чередуются в Si,Al-каркасе и строго упорядочены, что приводит к удвоению элементарной ячейки по оси с, 7х2=14А (отличия высокотемпературной объемноцентрированной структуры определяются смещением атомов Са). В промежуточных членах ряда альбитовые 7 А домены чередуются в разных пропорциях с анортитовыми 14 А доменами (рентгеновские рефлексы последних, ответственные за удвоение ячейки, проявляются в них как слабые сателлитовые отражения). Структура низкотемпературного альбита сохраняется лишь до состава An₅, расширяя область олигоклаза, что позволяет выделить составы An_5-10 как альбит-олигоклазы.
Как и в щелочных полевых шпатах, в плагиоклазах установлены явления фазового распада. Выделяют три области распада: перистериты (peristerites) (в области альбита-олигоклаза, Аn₂-Аn₁₅, с образованием пластин толщиной X = 1000-5000 А по плоскости (081), близкой к (010), соответствующих по составу альбиту и олигоклазу An₂₅, иногда An_20-35), область Бёггилъда (в андезине - лабрадоре, An₄₈-An₅₈, с образованием двух фаз "е"-плагиоклазов An₄₅ и An_50-60) И область Гуттенлошера (Huttenlocher intergrowth) (в лабрадоре-битовните, An₁₀-An₉₀, с образованием пластин X = 125-850 А “e’’-плагиоклаза An₆₅ и I-анортита).
Структурные и субсолидусные фазовые взаимоотношения в плагиоклазах сложны, дискуссионны и интерпретируются неоднозначно.
Распавшиеся плагиоклазы нередко обнаруживают иризацию. Альбит- олигоклазы и олигоклазы с голубым или молочно-белым жемчужным отливом по аналогии с K,Na-полевыми шпатами выделяют как лунные камни - moonstones. Голубая и сине-зеленая иризация характерна для лабрадора. Авантюриновые альбит-олигоклазы и лабрадоры, обнаруживающие желто-оранжевый или соответственно красновато-розовый, малиновый отлив, выделяют как солнечные камни - sunstones.

Кристаллографическая характеристика

Сингония. Триклинная

 

Агрегаты. Кристаллы внешне такие же, как и у калиевых полевых шпатов. Часто плагиоклазы образуют неправильные зерна, вкрапленные в породу, зернистые агрегаты, сахаровидные массы, иногда друзы (альбит). Типично образование полисинтетических (многократно повторяющихся) двойников - кристалл состоит из множества очень тонких (сотые - десятые доли миллиметра) пластинчатых кристалликов.

Физические свойства плагиоклазов

Оптические

• Цвет белый, желтый, розовый, зеленый, черный. Часто бесцветные. Характерные цвета иризации - белый, голубой, желтовато-белый (олигоклаз-перистерит, беломорит, лабрадор) или золотистая окраска, обусловленная включениями чешуек гематита (авантюриновый олигоклаз, солнечный камень).
• Черта бесцветная.
• Блеск стеклянный на плоскостях спайности. Просвечивают по краю.
• Прозрачность. Прозрачные или полупрозрачные.

Механические

• Твердость 6-6,5.
• Плотность от 2,62 (альбит) до 2,76 (анортит).
• Спайность по (001) совершенная, по (010) ясная, по (110) слабо выражена. Спайность совершенная в двух направлениях (под углом около 860) .Угол между плоскостями спайности отличается от прямого на 3,5 - 40. С этим свойством связано и название минерала - от греческого "плагиоклаз" - косораскалывающийся (в отличие от калиевых полевых шпатов).
• Излом ступенчатый, неровный.
• Хрупкий.

Химические свойства

В отличие от всех остальных полевых шпатов (кроме цельзиана) анортит относительно легко растворяется в НСl с образованием желатиноподобной кремнекислоты, битовнит - хуже, лабрадор - плохо. Альбит, олигоклаз и андезин растворяются только в HF. Все плагиоклазы раз-лагаются также расплавленной содой Na₂CO₃.

Прочие свойства

ИК-спектроскопия используется для определения состава плагиоклазов и их термальной истории. Характеристическими являются полосы А в области длин волн 15,4-16,7 ммк и В в области 18,2-20,0 ммк (в России, где обычно используются частоты, это соответствует м₁ = 650-600 см^-1 v₂ = 550-500 см-1). Согласно, полоса поглощения v, зависит от состава плагиоклазов, меняясь от 649 см^-1 в альбите до 620 см^-1 в анортите в низкотемпературной серии, и от степени их упорядоченности.

Температуры плавления меняются от 1100 (альбит) до 1550° (анортит).

Диагностические признаки

Химический состав плагиоклазов может быть определен по показателям преломления, практически не зависящим от структурного состояния. Показатель n_p является диагностическим для всего плагиоклазового ряда, показатели n_g и n_m - для плагиоклазов состава An _20-100.

Происхождение и нахождение

Различное: магматическое (кислые - в кислых горных породах, средние - в средних, основные - в основных, альбит - в щелочных горных породах), пегматитовое (встречаются гигантские выделения олигоклаза), гидротермальное (только альбит), метаморфическое, экзогенное - при диагенезе (альбит).

Плагиоклазы являются главными породообразующими минералами магматических (вулканогенных и интрузивных) пород, от кислых до основных, метаморфических и метасоматических образований, пегматитов и гидротермалитов. Формируются в осадочных породах. Являются характерными минералами Луны. Нередко образуются совместно с калиевыми, калиево-натриевыми и бариевыми полевыми шпатами.
Принадлежность плагиоклаза к высокотемпературной или низкотемпературной серии определяются по “диаграмме Слемонса”.

Изменение минерала

Плагиоклазы в коре выветривания менее устойчивы, чем Калиевые-полевые шпаты, и изменяются раньше него. Наиболее устойчив альбит, наименее - кальциевые плагиоклазы. При гипергенном изменении альбит-олигоклаза и олигоклаза образуется галлуазит, по андезину, лабрадору и битовниту- монтнориллонит, реже галлуазит (в отличие от Калиевых полевых шпатов, по которому развивается каолинит).
Галлуазит замещает олигоклаз без образования каких-либо промежуточных фаз, нарастая на него эпитаксически в такой же ориентировке, как каолинит по микроклину. Первоначально образуются пластинчатые кристаллиты галлуазита, от которых с краев отходят радиально расходящиеся лучи, закручивающиеся в типичные для галлуазита трубчатые кристаллы; в каждом луче галлуазитовые слои ромбовидной формы черепицеобразно перекрывают друг друга так, что оси b в них составляют с осью луча угол 90, или 60, или 30°.

В коре выветривания по габбро Новобурановского никелевого месторождения (Кемпирсайский рудный узел, Северно-Западного Казахстана) наблюдались зональные желваки боксита, образовавшиеся при замещении битовнита. Непосредст-венно по плагиоклазовой породе образуется зона “рисоподобного” галлуазита-10А (свернутые трубочки диаметром 0,05-0,1 мкм, длиной 0,2-0,3 мкм) блочно-мозаичного строения, переходящая в зону гиббсита. Во внешних частях гиббситовой зоны вновь образуется галлуазит в виде ромбовидных пластинчатых новообразований галлуазита-7А, переходящих в спирально-закрученные трубки (0,2-0,3 мкм шириной и 3-5 мкм длиной). Последовательное замещение битовнита неупорядоченным галлуазитом-10А, его растворение и замещение гиббситом, новообразование упорядоченного галлуазита-7А связывается с нейтрализацией щелочных (pH ~ 10) растворов и их дальнейшим подкислением.
На острове Пинос, вблизи г. Новая Герона (Куба), лабрадор (An_50-58) кварцевого монцонита замещается гиббситом. Гиббситом замещаются и пойкилитовые включения плагиоклаза в ортоклазе монцонита. Лабрадор выветрелой дайки габбро в ультрабазитовом массиве Маяри-Баракоа (никелевое месторождение Пунта Горда в районе Моа, пров. Оринте, Куба) замещается в основном гиббситом, но на поверхности замещаемого плагиоклаза обнаруживаются сферолиты (0,1-0,2 мкм) галлуазита. Лабрадор выветрелой дайки амфиболизированного габбро на никелевом месторождении Соль Либано (Куба) замещается гётитом с примесью галлуазита, тогда как гиббсит здесь отсутствует. Лабрадор (An_41-53) анортозита Волыни (Украина) замещается монтмориллонитом. Монтмориллонит развивается также по лабрадору в коре выветривания на Головинском лабрадоритовом месторождение (Украина); последующее его замещение гиббситом в верхних частях профиля объясняется подкислением щелочных растворов.
В палеогеновых корах выветривания на острове Ольхон (озеро Байкал) не наблюдалось селективности в растворении полевых шпатов, и на поверхности одного и того же плагиоклаза (или микроклина) нарастают разные глинистые минералы. В нижней зоне кор по кислым породам (лейкократовые микроклиновые граниты) олигоклаз-андезин An₃₀ замещается ди- и триоктаэдрическим монтмориллонитом, в средней зоне микроклин и плагиоклаз - галлуазитом и диоктаэдрическим монтмориллонитом, а в приповерхностной зоне при полной деструкции плагиоклаза возникают галлуазит и каолинит. Во всех зонах коры по основным породам (амфиболиты) андезин-лабрадор An₅₀ замещается ди- и триоктаэдрическим монтмориллонитом (амфибол - триоктаэдрическим) и в средней и приповерхностной зонах (при полном разложении плагиоклаза) появляется каолинит. Минеральный состав глинистых минералов определяется химическим составом пород и сменой pH циркулирующих растворов.

Межплоскостные расстояния плагиоклазов характеризуются наличием рефлексов, которые при индицировании в 14 А ячейке, могут быть разделены на четыре типа: “а” - (h + к - четн., / - нечетн.), “b” - (h + к - нечетн., l - нечетн.), “с” - (h + к - четн., l - четн.) и “d” - (h + к - нечетн., l - четн.). Сильные "a"-рефлексы на слоевых линиях, проявляющихся при вращении или качании вокруг оси с, соответствующие 7 А ячейке, характерны для всех плагиоклазов. Более слабые “b”-рефлексы, проявляющиеся посередине между слоевыми линиями при вращении или качании вокруг оси с, указывают на наличие Si/Аl-упорядоченности анортитового типа и 14 А ячейку и отсутствуют в структуре альбита. Одновременное присутствие "а"- и "b"-рефлексов характерно для объемно-центрированного анортита. Они наблюдаются в отожженных и закаленных после отжига плагиоклазах состава An_60-100. Наличие слабых “с”-рефлексов и еще более слабых "d"- рефлексов указывает на смещение атома Са к стенке полости, занятой крупным М-катионом, в (Al,Si)0-Kapкace и характерно только для примитивного анортита (с также равно 14 А). Все четыре типа рефлексов присутствуют в структуре примитивного анортита и наблюдаются в медленно охлажденных плагиоклазах состава An_60-100. С возрастанием содержания Na-компонента “b”-, “с”- и “d”-рефлексы ослабевают, становятся диффузными и не проявляются в кислых плагиоклазах состава An_100-40 An_0-60.
Медленно охлажденные плагиоклазы с суммарным составом от олигоклаза ~ An₅ до битовнита ~ An₇₅ (в интрузивных или метаморфических породах) обнаруживают распад на домены с альбитовой и анортитовой структурами, когерентно связанные в частично-упорядоченной общей решетке. На их рентгенограммах наблюдаются “е”-рефлексы, представляющие собой пары симметрично расщепленных "b"-отражений анортита, соответствующие антифазному прорастанию мелких доменов, геометрически связанных в структуру, характерную для твердых растворов объемно-центрированного анортита (I-анортита) и одновременно свидетельствующих о перераспреде-лении Аl в позицию Т₁0, как это характерно для твердых растворов со структурой низкого альбита. Структурная интерпретация “e’’-рефлексов совместима и с гипотезой о прорастании доменов низкого альбита с доменами примитивного анортита (Р-анортита), наиболее стабильными при низких температурах. Обособление “e’’-рефлексов и их диффузность усиливаются с возрастанием содержания Ab-компонента в пределах An_50-15, при этом “с”- рефлексы наблюдаются только в образцах с содержанием An-компонента более 50%. "f"-рефлексы, представляющие собой пары симметрично расщепленных “a’’-отражений, наблюдаются в пределах An_50-75 . Таким образом, состав An ₅₀ является областью разрыва между Na- и Са-доменами для всего плагиоклазового ряда, но в областях перистеритов, Бёггильда и Гуттенлошера наблюдаются “е”-суперструктуры с парами "е₁" - и "е₂" -отражений, соответствующим более натриевым и более кальциевым разностям продуктов фазового распада.

Месторождения

Высокотемпературные плагиоклазы установлены во вкрапленниках молодых липаритовых и андезитовых лав Кёльского нагорья и Центрального Зангезура, в андезито-базальтах Казбека, тогда как низкотемпературные плагиоклазы характерны для гранитоидов Центрального Кавказа.
 

 

Практическое применение

Практическое применение имеет лишь лабрадор - он хорошо принимает полировку и используется как облицовочный камень.

 

Физические методы исследования

Старинные методы. Под паяльной трубкой альбит плавится легко в белое стекло, окрашивая пламя в желтый цвет, остальные плагиоклазы вплоть до лабрадора - довольно легко, анортит - с трудом.

Кристаллооптические свойства в тонких препаратах (шлифах)

Оптические свойства плагиоклазов - непрерывная функция состава и степени упорядоченности; каждому плагиоклазу определенного состава и степени упорядоченности отвечает определенная ориентировка оптической индикатрисы (Марфунин, 1962). Оптическая ориентировка плагиоклазов изучалась в.
Поскольку плагиоклазы триклинны и косоугольная система координат (положение осей в ячейке) неудобна для использования, а кроме того, меняется в зависимости от химического состава, в качестве системы координат выбираются взаимно перпендикулярные направления: оптические оси и оси индикатрисы соотносятся с системой взаимно перпендикулярных кристаллографических направлений: перпендикулярна (010) (двойниковая ось альбитового двойника), [001] (двойниковая ось карлсбадского двойника) и перпендикулярна [001] в плоскости (010) (двойниковая ось альбит-карлсбадского двойника). Бурри оптическая ориентировка плагиоклазов выражалась с помощью отсчитываемых от этих координат углов Эйлера. Оптическая ориентировка плагиоклазов в проекции перпендикулярно оси с [001] дана Бекке с помощью координатных углов А, и -0 (сетка Вульфа расположена горизонтально, 1(010) справа, +А отсчитывается от горизонтального диаметра вверх, +0 от вертикального диаметра вправо).
Гораздо удобнее использовать обратную связь: положение отдельных кристаллографических элементов относительно осей оптической индикатрисы. Построены многочисленные диаграммы положения спайности по (001) и (010), выходов двойниковых осей наиболее обычных законов: перпендикулярно (010) (альбитового), [001] (карлсбадского),  перпендикулярно [001] параллельно (010) (альбит-карлсбадского), [010] (периклинового), [100] (эстерельского), перпендикулярно [100] параллельно (010) (альбит-эстерельского) для плагиоклазов разного состава, определяемых с помощью универсального столика Е.С. Федорова.
Оптическая ориентировка плагиоклазов зависит не только от их химического состава, но и от структурного состояния.

Плагиоклазы являются важнейшими породообразующими минералами и весьма широко распространены. Они представляют собой изоморфный ряд, включающий альбит (крайний натриевый член ряда) Na[AlSi₃O₈] - олигоклаз - андезин - лабрадор - битовнит - анорит (крайний кальциевый член ряда) Ca[Al₂Si₂O8]. От альбита к анортиту уменьшается содержание натриевой составляющей и увеличивается содержание кальциевой, а соответственно уменьшается и содержание окиси кремния (см. формулу). По содержанию окиси кремния среди плагиоклазов условно выделяются кислые, богатые SiO₂, (альбит, олигоклаз), средние (андезин) и основные (лабрадор, битовнит, анортит). Кислые плагиоклазы характерны для кислых магматических пород и являются наиболее распространенными.