Энстатит минерал

Название  минерала энстатит произошло от греческого "энстатес" — противник — по тугоплавкости минерала (Кеннгот, 1855).

Английское название минерала - Enstatite

Синонимы:

Викторит — victorite, из железного метеорита Диса (Меуньер, 1870); хладнит— chladnite (Шепард, 1846) или шепардит, чепардит — shepardite (Розе, 1864), из метеорита Бишопвил (наиболее магнезиальная разность); протобастит — protobastite (Стренг, 1861); спадит — spadite — гидратированный энстатит — MgSiO₃ •  2H₂O(Дана, 1937); алюмоэнстатит — alumoenstatite — энстатит с повышенным содержанием Аl; хромэнстатит — chromenstatite; ортоэнстатит — orthoenstatite; пекгамит — peckhamite (Смит, 1880) из метеорита Эстервил, смесь энстатита и оливина.

Содержание

• Химический состав
• Кристаллографическая характеристика
• Форма нахождения в природе
• Физические свойства
• Химические свойства
• Диагностические признаки
• Происхождение минерала
• Месторождения
• Практическое применение
• Физические методы исследования
• Кристаллооптические свойства в тонких препаратах (шлифах)

 

Формула энстатита

MgMg[Si₂O₆]

Химический состав

Химический теоретический состав чисто магнезиального энстатита Mg₂[Si₂O₆] : MgO—40,16, SiO₂ — 59,84. Обычные содержания: MgO не менее 31,6%; FeO — до 7—8%; Fe₂O₃ — до 1—1,5%, редко до 3,5%; SiO₂ — от 44,69% до 59,92%; Аl₂O₃ — до 5,5%; СаО — до 3% (предполагается, что содержание СаО больше 1,5% говорит о примеси моноклинных пироксенов); содержание MnO не превышает 0,40% (в среднем 0,10—0,12%). Щелочей нет или очень мало; редко Na₂Одо 0,98% и К₂O до 0,60% (хим. анализ 8); для энстатитов из включений ультраосновных пород в базальтоидах и кимберлитах характерно постоянное содержание Na₂O 0,15—0,25%. Иногда отмечается не более 0,10% Р₂O₅ и сотые и десятые доли процента СO₂, SO₃, F. Содержание Н₂O^- непостоянно (до 0,90%); Н2O⁺ (с учетом потери при прокаливании) — от полного отсутствия до 3%. Максимальное содержание Ti, Cr, Ni, V в энстатитах (в %): TiO, — 0,39 (из включений ультраосновных пород в базальтах Гавайских островов) [43]; Сг203 — 1,07 (из ультраосновных пород в кимберлитах Якутии); NiO — 0,26 (из ультраосновных пород Венесуэлы); СоО — 0,10 (из лимбургитов Восточного Забайкалья); V₂O₅ — 0,18 (из базальтов Прибайкалья).  Спектральным методом в некоторых энстатитах фиксируются (в 0,0n—0,00n%) Cu, Zn, Zr; Be; Cs (0,002%); Sc (0,002— 0,004%). В энстатите из метеорита Нортон-Каунти (бедного кальцием ахондрита) содержатся (в 10^-6 г/m): Sc — 5,3, Се — 0,3, Eu — 0,002. В энстатитах из ксенолитов эклогитов и перидотитов в кимберлитах Якутии содержится 0,028—0,030 г/т урана. В чисто магнезиальных энстатитах с Памира методом ЭПР установлены атомарный водород и молекулы метана.

Кристаллографическая характеристика

Сингония Ромбическая D_2h¹⁵ - Pbca. а₀ = 18,225, b₀ = 8,816, с₀ = = 5,174 А, а₀ : b₀ : с₀ = 2,0666 : 1 : 0,5755 (для синтетического); 2 = 8. Для энстатита, рентгенограмма которого принята за эталонную: а₀ = 18,266, b_о = 8,782, с₀ = 5,192 А. Колебания параметров элементарной ячейки энстатитов: а₀ = 18,210—18,300, b₀ = 8,768—8,856, с₀ = 5,151—5,205 А. Отмечается тенденция к увеличению параметров элементарной ячейки с возрастанием содержания Fe²⁺ и количества и размещения Аl по структурным позициям.

Класс симметрии. Ромбо-бипирамидальный.

 

Кристаллическая структура

 

Главные формы: для энстатита Дана (1892) указывает следующие формы (в установке и с буквами по Гольдшмидту): с(001), b(010), z(120), m(110), n(210), р(520),  d(021), f(052), h(104), γ (207), k(102), q{203), t(101), g(201),  o(111), х(221), е(122),  i(121), е(433), u(322), y(342), р(211), π (231),  r(522).

Кристаллическая структура энстатита рассмотрена в описание пироксена. Известно несколько полиморфных разностей энстатита: ромбические — орто- и протоэнстатит, моноклинные — клиноэнстатит (низкий и высокий)

Ортоэнстатит — orthoenstatite (ромбический, собственно самого минерала)— низкотемпературная самая стабильная форма, устойчивая ниже 566°. С ней изоструктурны бронзит, гиперстен и эвлит (допускает не более 3 мол.% CaSiO₃). Структура орто-формы отвечает структуре клиноэнстатита, сдвойникованной в масштабе элементарной ячейки.

Протоэнстатит — protoenstatite (ромбический) (синон.: мезоэнстатит — mesoenstatite, мезотальк — mesotalk), является высокотемпературной модификацией, устойчивой при температурах 1000—1300° и давлении до 4 кбар. Плавится инконгруэнтно при 1557°; по Смиту, при 1557° переходит в форстерит и расплав. При комнатной температуре превращается в смесь низкого клиноэнстатита и энстатита. Структура протоэнстатита считается наименее упорядоченной, характеризующейся однообразным распределением Mg. Ее неустойчивость при низкой температуре объясняется крайне неправильной координацией Mg в позиции М(2); структура протоэнстатита допускает не более 2 мол. % CaSiO₃ и не более 13% FeSiO₃.

Низкий клиноэнстатит — low clinoenstatite (моноклинный), структурно аналогичен диопсиду с той лишь разницей, что М-позиции заняты Mg, а не Mg и Са. Низкий клиноэнстатит может возникнуть за счет высокого клиноэнстатита в результате закалки и за счет ортоэнстатита при наличии бокового сжатия. В условиях гидростатического давления не стабилен. При снятии одностороннего напряжения клиноэнстатит превращается в ортоэнстатит. При отсутствии бокового напряжения стабилен лишь ниже 556°. Так как возможно несколько путей образования низкого клиноэнстатита, его присутствие нельзя считать за показатель какого-то определенного этапа охлаждения образца.

Высокий клиноэнстатит — high clinoenstatite (моноклинный), представляет собой незакаленную высокотемпературную модификацию низкого клиноэнстатита, стабильную при температуре выше 980°. С ним изоструктурны высокий клиногиперстен и, возможно, высокий пижонит. Поле стабильности высокого клиноэнстатита лежит между полем протоэнстатита и точкой инконгруэнтного плавления или он может быть развит повсеместно как метастабильная фаза.

Редкие полиморфные разности, полученные только экспериментально:
Гексагональная форма MgSiO₃ синтезирована при давлении около 500 кбар и температуре около 1000°, возможно существование ее в земной мантии.

Моноклинная форма протоэнстатита получена при обжиге монокристалла талька.

Исследования полей устойчивости различных полиморфных модификаций в силу разных экспериментальных исходных условий не всегда дают сходные результаты. Условия, последовательность и механизм превращения полиморфных модификаций MgSiO₆-фаз изучались при различных режимах нагревания и охлаждения с использованием для диагностики высокотемпературных прецизионных рентгеновских и термоаналитических методов. Характерен следующий общий порядок превращений: низкий клиноэнстатит при температуре около 600° переходит в энстатит, который при 1130° превращается в высокий клиноэнстатит. Низкий клиноэнстатит может метастабильно при 1250° перейти прямо в высокий клиноэнстатит. Этот порядок сохраняется при содержании менее 8 мол.% CaSiO₃. Высокий клиноэнстатит переходит в протоэнстатит при температуре до 1368° (при максимальном содержании CaSiO₃). Все полиморфные превращения в фазах энстатитового состава взаимосвязаны, при этом кристаллографические направления а, b и с остаются неизменными, а изменяются только связи Mg—О и необязательно связи Si—О. Сосуществование прото-, орто- и клиноэнстатитов в метеоритах позволяет считать, что превращения протоэнстатит ортоэнстатит происходят относительно медленно по типу превращений порядок — беспорядок, превращения же протоэнстатит клиноэнстатит представляют быстрые переходы мартенситового типа.
Полиморфное превращение энстатита в низкий клиноэнстатит при стрессовых деформациях зафиксировано в природных основных и ультраосновных породах. Низкий клиноэнстатит с его полем гидростатической стабильности, отвечающим уравнению Т = 566° + (4,5°/кбар) Р, рассматривается как геопьезометр. Эксперименты по деформации монокристаллов показывают, что образование клиноэнстатита при этом происходит путем сдвигов элементарной решетки по (100) [001] под углом 12,8° ± 1,3° (теоретически 13,3°). При нагревании наблюдается обратный процесс: тонкие пластинки клиноэнстатита вновь приобретают первоначальную форму ромбической фазы. Термодинамические расчеты показывают, что температура равновесия превращения увеличивается примерно на 300° на 1 кбар сдвигового напряжения по (100). Картины взаимных превращений хорошо видны при наблюдениях в электронном микроскопе. MgSiO₃ в форме клиноэнстатита при давлении около 200 бар переходит в β - Mg₂SiO₄ + SiO₂ (стишовит), а при давлении около 280 бар и температуре 1000° — в шпинелевую фазу Mg₂SiO₄ и стишовит. Дальнейшее увеличение давления приводит к перестройке вещества в гексагональную фазу MgSiO₃.

Форма нахождения в природе

 

Облик кристаллов. Хорошо образованные кристаллы редки, призматические, иногда несколько уплощенные по (100) таблитчатые.

Часты двойники  по (104) пластинчатые; по (011) звездчатые под углом около 60°. Возможны двойники по (023) и (043).

В энстатите из включений гранатовых энстатититов в кимберлитах трубки Мир (Якутия) встречаются пойкилитовые зерна темно-коричневой хромшпинели. Во включениях ультраосновных пород в базальтовых лавах минерал содержит пластинки амфибола, красной шпинели, клинопироксена. Энстатит обнаружен в виде ориентированных включений призматических, несколько уплощенных по [100] индивидов в кристаллах алмаза из уральских россыпей и алмаза из кимберлита трубки Мир; в них (010) и [100] энстатита совпадают с (011) и [111] алмаза.  Энстатит в кристаллах алмаза обнаружен также в ряде других кимберлитовых трубок Якутии и в алмазе из шт. Арканзас (США) — в последнем случае после сжигания алмаза. Кристаллик бесцветного энстатита длиной 0,3 мм найден в зерне хромшпинелидам в Якутии.

Агрегаты. Зернистые массы, кристаллы, радиально-лучистые (сферолитовые) агрегаты.

Физические свойства

Оптические

• Цвет сероватый, желтоватый, зеленовато-белый, оливково-зеленый, бутылочно-зеленый, коричневый.
• Черта  бесцветная.
• Блеск стеклянный, слабо перламутровый на плоскостях спайности.
• Прозрачность Непрозрачный, в осколках просвечивающий.

 

Механические

 

• Твердость 5,5
• Плотность 3,1—3,3, зависит от содержания Fe²⁺. Для почти чисто магнезиального минерала из метеорита Шэллоуотер плотность 3,2104 при 23°, измеренный при температуре 27° в жидкости Клеричи 3,209 ± 0,003.
• Спайность по (110) ясная (угол между направлениями призматической спайности около 88°); по (010) и (100) несовершенная (отдельность).
• Излом неровный.
• Хрупкий.

Химические свойства

Минерал не разлагается НСl.

Прочие свойства

Электропроводность растет при увеличении давления и температуры с проявлением анизотропии. При температуре 600° на изотермах наблюдается перелом, обусловленный усилением изменения электропроводности с давлением, вероятно, в связи с полиморфным переходом. Анизотропия электропроводности в плоскости (010)  отмечается при давлениях порядка 20—60 кбар и температурах до 1400— 1500°. Электрическая поляризация при ударной нагрузке в интервале 44—1156 кбар является функцией давления на фронте ударных волн; в интервале от 400 до 760 кбар знак поляризации меняется. Пьезоэффекта не обнаруживает. Магнитная восприимчивость 15,5- 10^-6 ед. СГС. В катодных лучах обнаруживает оранжево-красное свечение.

Поведение при нагревании. Температура плавления 1557°. Температура плавления при давлении 30—40 кбар до 1800—1900°; экстраполяция кривой плавления до давления 1400 кбар, отвечающей границе мантия—ядро, указывает на температуру плавления 3750°. Кривая ДТА представляет почти прямую линию с эндотермическим прогибом при 1440°.

Искусственное получение

Впервые энстатит был синтезирован из расплава при температуре ниже 950° и давлении 1 атм, затем получен методом закалки в системе MgO— SiO₂. В системе CaMgSi₂O₆— CaFeSi₂O₆ — Mg₂Si₂O₆ — Fe₂Si₂O₆ он кристаллизовался через метастабильные фазы прото- и кли- ноэнстатита.  Синтез энстатита гидротермальным методом осуществлен в автоклаве из шихты энстатитового состава в присутствии 5%-ного раствора NaCl и Р — Т условиях, отвечающих полю его устойчивости. Кристаллизация высококачественных монокристаллов энстатита наиболее оптимальна из раствора MgSiO₆ в расплаве двойного молибдата ванадия и лития. Многочисленные экспериментальные исследования посвящены системе MgSiO₃—Аl₂O₃; целью их являлось установление пределов растворимости Аl₂O₃. В энстатите, возможностей его ассоциаций с гранатом, оливином и другими пироксенами и, в конечном итоге, Р — Т условий кристаллизации высокоглиноземистых минералов в глубинных, мантийных изверженных породах.

Диагностические признаки

Сходные минералы Апатит, флогопит, гиперстен.

Сопутствующие минералы. Оливин, бронзит, диопсид, серпентин, рутил, хромит, магнетит и другие.

От богатых железом ромбических пироксенов отличается более светлой окраской, бесцветностью в прозрачных шлифах, отсутствием плеохроизма (плеохроирующие минералы встречаются редко), положительным оптическим знаком, более низкими показателями преломления, низким содержанием FeO. От моноклинных пироксенов отличается более низкими показателями преломления, прямым погасанием во всех разрезах зоны, составом, параметрами элементарной ячейки, от андалузита — положительным оптическим знаком, от оливина — более низким двупреломлением.

Происхождение и нахождение

Породообразующий минерал ультраосновных и основных магматических пород, содержится во включениях этих пород в кимберлитах, базальтах и базальтоидах, встречается в глубинных контактово-метасоматических породах и в метеоритах.

Минералы с FeO от 0,0 до<1% отмечаются в магнезиальных энстатитовых скарнах, залегающих в глубинных докембрийских метаморфических комплексах (амфиболовых и дистеновых гнейсах); он ассоциируется с оливином, тальком, шпинелью, флогопитом, антофиллитом, тремолитом и терпентиновыми минералами. Энстатитовые скарны известны на Алдане, на Сино-Корейском щите, на Памире.

Почти чисто магнезиальные энстатиты характерны также для некоторых хондритов и ахондритов; их железистость редко достигает 10%. Средний химический состав энстатита из каменных метеоритов очень близок к теоретическому MgSiO₃, классическим примером является энстатит (кристаллы длиной до 4,5 см) из энстатитового ахондрита Шэллоуотер. В сильно брекчированных ахондритах энстатит частично перешел в неупорядоченный энстатит и клиноэнстатит.

Изменение минерала

Замещается серпентином и магнетитом, реже тальком, амфиболами, биотитом и хлоритом. Характерны гомоосевые псевдоморфозы серпентина (лизардита, реже хризотила) по энстатиту, называемые баститом. Бастит широко развит во включениях ультраосновных пород в кимберлитах Якутии; в тех же породах вокруг мономинеральных энстатитовых агрегатов на контакте с основной массой кимберлитов наблюдаются реакционные каемки из роговой обманки и хлорита. Частичное или полное замещение энстатита серпентином отмечается для ультраосновных пород гор Китаками в Японии. Процесс серпентинизации энстатита изучен экспериментально; установлено, что он особенно неустойчив в щелочных гидротермальных растворах при повышенных температурах и давлении и почти целиком замещается лизардитом, который позже в той же среде переходит в волокнистый хризотил; в нейтральной среде энстатит замещается серпентином и тальком, но этот процесс идет при более высокой температуре, чем в щелочной среде, и менее интенсивно. В альпинотипных гарцбургитах широко проявилась куммингтонитизацня энстатита; псевдоморфозы куммингтонита по энстатиту встречены в массиве Борус (Западный Саян), в Бархатном массиве (Кузнецкий Алатау), на Полярном и Среднем Урале. В породах эклогитовой зоны Южного Урала энстатит подвергся замещению в последовательности: актинолит и актинолит-асбест, хромсодержащий хлорит, антигорит и тальк.

В метаморфических апогипербазитовых энстатититах и диаллагитах юго- восточной Тувы (Таннуольский массив) энстатит частью замещен тремолитом. Замещение энстатита бурым неплеохроирующим биотитом проявилось в гранатовых энстатититах из кимберлитовой трубки Удачная (Якутия).

Месторождения

Широко распространен минерал в ультраосновных породах. В перидотитах и дунитах альпинотипных формаций он ассоциируется с оливином, моноклинным пироксеном, хромитом и характеризуется умеренной железистостью. Подобные интрузии известны во всех странах мира. В Азии таковы массивы Малого Кавказа (Азербайджан), Северо-Востока России; за рубежом — массивы Франции, Швейцарии, Японии, США (штаты Вашингтон и Северная Каролина) и др. Энстатиты, близкие по составу к альпинотипным, но отличающиеся несколько повышенными содержаниями Аl, Са и Fe³⁺, описанные иногда как алюмоэнстатиты, развиты в ультраосновных породах габбро-пироксенит-дунитовой формации. В этих породах энстатит ассоциируется с моноклинным пироксеном, оливином и иногда шпинелью. В России массивы таких пород имеются на Урале: Кытлымский массив, Сысертский массив, Терсутское месторождение, Войкар-Сыньинский массив; известны тела антофиллит-асбестовых ультрабазитов Южных Мугоджар, пироксенитов и габбро-пегматитов Северного Урала; эклогитов из зоны Южного Урала; массив Борус в Западном Саяне, Таннуольский массив в Туве, ультраосновные массивы Кольского полуострова и др. Типичным массивом энстатитсодержащих перидотитов является массив Лизард (Корнуэлл, Англия); энстатит из этого массива характеризуется наиболее высокой глиноземистостью. К этому же типу относится энстатит массива Дорос в Исландии. Перидотитовые массивы рассматриваемой формации известны в Норвегии, Новой Зеландии, Кубе, ЮАР (Бушвельдский комплекс, Венесуэле, Индии. Перидотитовый массив с сильно серпентинизированным энстатитом имеется на побережье Алжира.

Энстатит является постоянным компонентом включений ультраосновных пород в кимберлитах и кимберлитоподобных породах (нодули, родственные включения, ксенолиты, мономинеральные агрегаты — желваки). Энстатит в них ассоциируется с оливином, моноклинным пироксеном, пиропом, хромшпинелью, рудными минералами, серпентином, кальцитом. Некоторые включения сложены одним энстатитом. Энстатиты из некоторых включений отличаются повышенной глиноземистостью (2—5%), а из мономинеральных агрегатов — низким содержанием Аl₂O₃ (0,10—0,20%). Кроме того, энстатитовые агрегаты имеют реакционные каемки на контактах с вмещающим кимберлитом, что говорит о возможном существовании в кимберлитах двух генераций энстатита. Ультраосновные включения с энстатитом и энстатитовые агрегаты известны в кимберлитовых трубках Якутии; в кимберлитовых трубках ЮАР, Швейцарии, Норвегии; диатреме Грин-Нобвшт. Аризона, США и дайке Мосес-Рокс в шт. Юта (США).

Другую группу включений ультраосновных пород с энстатитом представляют ксенолиты шпинелевых и гранатовых гипербазитов в базальтах, щелочных базальтоидах и базальтовых эруптивных брекчиях. Энстатит в них ассоциируется с оливином, моноклинным пироксеном, шпинелью, гранатом и хромитом; железистость его несколько выше, чем во включениях в кимберлитах. Содержание Аl₂O₃ и Cr также несколько повышено. Если включения гипербазитов в кимберлитах считаются ксенолитами верхней мантии, то включения в базальтах и базальтоидах рассматривают как ксенолиты магматических пород, захваченных по пути движения базальтовой магмы. По составу энстатиты из включений ультраосновных пород в базальтах континентальных областей и островных дуг отличаются от таковых океанических областей несколько более повышенной железистостью (средняя железистость для первых 10,9%, для вторых 8,7%) и глиноземистостью (3,76 и 2,57%). В России энстатитсодержащие включения ультраосновных пород известны в базальтах Минусинской впадины на юго-западной окраине Сибирской платформы; в трахибазальтах Прибайкалья; в лимбургитах Восточного Забайкалья; в базальтах Приморья; в лавах вулкана Авачи на Камчатке. Подобные образования встречаются в Австрии, ФРГ (Эйфель), США, Мексике, Японии , Италии (Сардиния), Великобритании (Дербишир), Новой Зеландии и Австралии, Нигерии. Особое место среди них занимают включения гранатовых пироксенитов в базальтах кратера Солт-Лейк на острове Оаху и базальтах Килауэа на Гавайских островах. По новым данным, гранатовые пироксениты Солт-Лейк являются продуктами анатексиса лерцолитов верхней мантии.

Необычная энстатит-кордиерит-кварцевая порода пироксен-гранулитовой фации встречена в Зимбабве. В образовании этой породы выделяются две стадии метаморфической перекристаллизации: ранняя (давление > 10 кбар), давшая ассоциацию энстатит—кианит—кварц, и поздняя — ретроградная, с которой связаны переход кианита в силлиманит и кордиерит; энстатит из этой породы содержит 2,25% FeO и 5,56% Аl₂O₃.

Энстатит обнаружен в брекчиях и рыхлых породах, доставленных с Луны «Аполлоном-11 и 12», «Луной-20», в перидотите — «Аполлоном-15» (энстатит с Аl₂O₃ 5,1%).

Практическое применение

Прозрачный зеленый энстатит используется как драгоценный камень. Месторождения его известны в США (Сан-Карлос в Аризоне), Бразилии, Индии, Шри Ланке, Танзании.

 

Физические методы исследования

Старинные методы. Под паяльной трубкой почти не плавится, тонкие края зерен округляются.

Кристаллооптические свойства в тонких препаратах (шлифах)

В проходящем свете в шлифах бесцветен. Обычно не плеохроирует, но прозрачные кристаллы драгоценного энстатита из Танзании обладают очень сильным плеохроизмом: по Ng зеленый, по Nm — коричневый и по Np — светло-коричневый; цейлонские драгоценные энстатиты характеризуются умеренным плеохроизмом дослабого. Двуосный (+). Ng=c, Nm=a, Np=b. Погасание прямое. Удлинение (+). Показатели преломления обнаруживают тенденцию к увеличению с ростом железистости. Они колеблются: n_g от 1,657  до 1,678, n_m от 1,656 до 1,674, n_p от 1,649 до 1,668; ng- пр = 0,007—0,013. 2V от 48 до 87°. Дисперсия r <С v. Драгоценные минералы иногда обладают астеризмом. Для энстатита весьма характерны структуры распада твердых растворов: субпараллельные ориентированные вростки («пертиты распада») в авгите, диопсиде, пластинки авгита, клиноэнстатита, амфибола, шпинели, граната в энстатите. С помощью электронного микроскопа высокого разрешения в энстатите установлено полисинтетическое микродвойникование с шириной двойниковых пластинок всего 9 А.

Во многих кристаллах энстатита наблюдаются деформационные структуры и кинк-полосы, обусловленные механическими напряжениями, фазовыми превращениями, двойникованием. Активной плоскостью скольжения в энстатите является (100), направление скольжения — [001]. Так как ромбическая симметрия допускает двустороннее скольжение, возможны проявления сопряженных деформационных полос.