Полевые шпаты минералов

Классификация и
характеристика минералов группы полевых шпатов. По каким признакам можно
отличить калиевые полевые шпаты от плагиоклазов. Их распространенность в
природе и практическое значение

Полевые шпаты
(ПШ), важнейшее
семейство породообразующих минералов; слагают примерно 60% объема земной коры
(до 50% ее массы). Название происходит от шведских слов feldt, или fält –
поле и spar, или spat – шпат (шведские крестьяне часто находили на своих полях
куски шпата).

А также
связано с греческим «спате» – пластина, из-за способности раскалываться на
пластины по спайности.

ПШ
являются алюмосиликатами калия, натрия, кальция, реже бария, очень редко
стронция или бора и редчайшие шпаты экзотического состава – бадингтонит (NH₄)
AlSi₃O₈×0,5H₂O, рубиклин Rb(AlSi₃O₈), и Ва-Sr состава. Состав ПШ можно
выразить общей формулой АВ₄О₈, А= К, Na, Ca, иногда Ba, в небольших количествах
Rb, Cs, Li, Sr; Pb; Mg(Ti); B= Si Al, в небольшой мере Fe³⁺, Ti, B. Таким образом,
большинство ПШ являются представителями тройной системы K[ALSi₃O₈] (Or) – Na[ALSi₃O₈] (Ab) – Ca[Al₂Si₃O₈] (An), в которой намечаются
два изоморфных ряда: 1) альбит (Ab) – ортоклаз (Or), 2) альбит (Ab) – анортит (An).

При
высоких температурах существуют непрерывные ряды твердых растворов в пределах
каждой серии (см. рис.). Среди плагиоклазов различают (в скобках указано
содержание CaAl₂Si₂O₈ в мол.%): альбит (0–10),
олигоклаз (10–30), андезин (30–50), лабрадор (50–70), битовнит (70–90) и
анортит (90–100). Среди щелочных ПШ выделяют (в скобках указано содержание
NaAlSi₃O₈ в мол.%): санидин (0–63), ортоклаз (O),
микроклин (О), представляющие собой полиморфные модификации KAlSi₃O₈, и
анортоклаз (63–90).

Основа
кристаллическая структуры ПШ-трехмерный каркас, построенный из тетраэдров SiO₄
и AlO₄, связанных между собой вершинами. Тетраэдры в каркасе
сочленяются таким образом, что образуют четырехчленные кольца, которые в свою
очередь объединяются в коленчато-зигзагообразные цепочки, вытянутые параллельно
кристаллографические оси а. Между соседними цепочками имеются крупные полости,
в которых располагаются катион-щелочных или щелочноземельных металлов.
координированные в зависимости от их размера с девятью (в случае К) или
шестью-семью (Na, Ca) ионами кислорода.

Симметрия
структуры с катионами Na⁺ и Ca²⁺ триклинная. Калиевые
полевые шпаты могут быть как триклинными (микроклин), так и моноклинными
(санидин, ортоклаз). В зависимости от расположения атомов Al и Si по возможным
тетраэдрическим позициям КПШ бывают упорядоченными (определенные позиции заняты
только атомами Al, разупорядоченными (атомы Al и Si распределены статистически)
и с промежуточной степенью упорядоченности. Разупорядоченные ПШ, как правило,
высокотемпературные, упорядоченные – низкотемпературные.

Температура
плавления чистого KAlSi₃O₈ при атмосферном давлении 1150⁰C.
Чистые альбит NaAlSi₃O₈ и анортит CaAl₂Si₃O₈
при давлении 10⁵ Па плавятся при 1118 и 1550⁰C
соответственно. В присутствии H₂O при повышении давления температура
плавления ПШ понижается, и при 5–10⁸ Па альбит, например, плавится
при 750⁰C, анортит – при 1225⁰C. Кристаллизующийся
плагиоклаз всегда содержит больше ионов Ca^{2 +}, чем
жидкость, с которой он находится в равновесии.

Среди
ПШ выделяют две главные группы: 1) калевые полевые шпаты (КПШ), к которым
наряду с ортоклазом и микроклином относят санидин (K, Na) [AlSi₃O₈],
2) натрий-кальциевые ПШ – плагиоклазы (альбит, олигоклаз, андезин, лабрадор,
битовнит, анортит).

Особое место
среди ПШ занимают редкие в природе члены ряда Or-Cn (Ba[Al₂Si₂O₈] – цельзиан).

Физические
свойства ПШ также сходны. Все они имеют совершенную спайность в двух
направлениях (параллельных базальному и боковому пинакоидам, образующими прямой
или близкий к прямому угол), одинаковую твердость 6, плотность от 2,55 до 2,76
(у бариевых полевых шпатов – до 3,1–3,4). Два очень редких ПШ – бариевый
банальсит и стронциевый строналсит – имеют ромбическую сингонию. ПШ – главные
породообразующие минералы большинства изверженных горных пород (кроме
ультраосновных, пироксенитов и некоторых щелочных пород), а также многих
метаморфических пород (гнейсов и др.). Тип и состав ПШ в значительной мере
определяют название породы. ПШ слагают большую часть объема пегматитов и могут
встречаться в гидротермальных жильных месторождениях. Они подвержены
выветриванию (химическому воздействию атмосферных агентов и просачивающихся
грунтовых вод), приводящему к разложению полевых шпатов с образованием разных
глинистых минералов.

Спайность
под прямым углом дала имя моноклинному ПШ ортоклазу (греч. – «прямо колющийся»)
– алюмосиликату калия KAlSi₃O₈. Хотя ортоклаз чаще всего
встречается в виде неправильных зерен в изверженных горных породах, он может
образовывать таблитчатые кристаллы с наиболее развитой гранью, параллельной
боковому пинакоиду. Довольно часто отмечаются двойники, особенно карлсбадского
типа, с поворотом вокруг двойниковой оси с (вертикальной) и плоскостью
срастания по боковому пинакоиду. Окраска обычно светлая, чаще всего белая,
нередко от розовой до красной (из-за рассеянных частиц гематита), иногда
желтоватая или серая. Ортоклаз отличается самой низкой плотностью среди ПШ –
2,55–2,56. Бесцветная, просвечивающая или прозрачная разновидность ортоклаза в
виде кристаллов, имеющих сходство с ромбоэдрами, известна как адуляр; если у
него наблюдается нежно-голубая иризация, то его называют лунным камнем.

Стекловидный
санидин KAlSi₃O₈ встречается в виде вкрапленников в
риолитах и других кислых излившихся горных породах, очень часто в трахитах, а
также в некоторых малоглубинных калиевых щелочных интрузивных породах типа
сынныритов (названы по Сыннырскому массиву в Северном Прибайкалье). Самая
типичная обстановка нахождения ортоклаза – гранит, который может содержать до 60%
этого минерала (однополевошпатовый гранит). В граните вместо ортоклаза часто
присутствует триклинный КПШ микроклин. К другим интрузивным породам со
значительным участием ортоклаза относятся гранодиорит и сиенит. Эффузивные
аналоги кислых интрузивных пород – риолит, дацит и трахит – также содержат
ортоклаз, хотя нередко он там замещен санидином. Кроме того, ортоклаз
присутствует в гнейсах, мигматитах и других породах высокой степени
метаморфизма, образовавшихся с участием гранитизации. Он может появляться в
качестве жильного минерала в гидротермальных жилах, особенно
высокотемпературных. Наконец, ортоклаз встречается в полевошпатовых песчаниках
(аркозах), при формировании которых песчинки накапливались так быстро, что
разрушение полевого шпата с образованием глинистых минералов не происходило.

Микроклин
представляет собой триклинный КПШ с той же формулой, что и у ортоклаза, – KAlSi₃O₈.
Натрий может частично замещать калий (но в меньшей пропорции, чем в ортоклазе).
Высокотемпературный триклинный щелочной ПШ, в котором натрия больше, чем калия,
называется анортоклазом (Na, K) AlSi₃O₈; он характерен
для некоторых богатых натрием эффузивных, реже интрузивных, щелочных пород. По
своим физическим свойствам, включая характер двойникования, анортоклаз очень
похож на микроклин. Хотя микроклин и является триклинным, отклонение оси b от
направления 90 составляет всего 30, так что различия угла спайности у
микроклина и ортоклаза недостаточны для визуальной дифференциации этих
минералов. Кроме карлсбадского и других простых двойников, свойственных
ортоклазу, микроклин может быть полисинтетически сдвойникован по альбитовому
закону, когда боковой пинакоид является одновременно двойниковой плоскостью и
плоскостью срастания, и по периклиновому закону, когда двойниковой осью служит
ось b. Пересечение этих двух серий двойниковых полосок почти под прямым углом
создает эффект «решетки» при наблюдении микроклина под микроскопом в
поляризованном свете. Однако решетчатыми являются лишь т.н. максимальные
микроклины, характеризующиеся наибольшей степенью структурной упорядоченности.
Цвет микроклина в основном белый, часто от розового до красного (из-за
гематитовой «пыли»), серый (в редкометалльных пегматитах – до темно-серого), а
иногда зеленый (амазонит).

Закономерные
взаимопрорастания кварца и ПШ (обычно микроклина) называют письменным гранитом,
или еврейским камнем, так как по форме вростков кварца он напоминает иудейские
письмена. Ориентированные срастания микроклина и натриевого полевого шпата
альбита, образующего в микроклине пластинчатые вростки, называются пертитом.
Микроклин встречается в изверженных породах вместо ортоклаза или наряду с ним.
Это преобладающий полевой шпат и вместе с тем самый распространенный минерал
гранитных пегматитов, в которых его отдельные кристаллы могут достигать нескольких
метров в поперечнике (например, из кристалла, найденного в Карелии, получили
более 2000 т полевошпатового сырья, т.е. его объем составлял ~80 м³).
Амазонит, используемый как декоративно-поделочный камень, добывается в США
(близ Флориссанта, Колорадо), в России (на Урале, Кольском п-ове и в
Забайкалье), на Мадагаскаре. Калиево-натриевые полевые шпаты – ортоклаз,
микроклин, санидин, анортоклаз, а также альбит – часто называют щелочными. Они
составляют одну из главных групп в семействе полевых шпатов.

Другая
группа ПШ – плагиоклазы (триклинные натриево-кальциевые полевые шпаты) –
образует непрерывный ряд от натриевого плагиоклаза альбита NaAlSi₃O₈
до известкового (кальциевого) плагиоклаза анортита CaAl₂Si₂O₈.
Плагиоклазы несколько тяжелее, чем калиевые полевые шпаты, их плотность
возрастает от 2,62 (альбит) до 2,76 (анортит). Угол между направлениями
спайности по базальному и боковому пинакоидам у альбита 93, а у анорита – 94.
Плагиоклазы почти всегда сдвойникованы по альбитовому закону. Поскольку это
двойникование повторяется многократно в каждом отдельном образце
(полисинтетические двойники), плоскости базальной спайности плагиоклазов
покрыты параллельными штрихами, которые представляют собой следы выхода на
поверхность двойниковых швов и контактов между сдвойникованными индивидами.

Плагиоклазы
обычно подразделяются на шесть минеральных видов, но границы между ними
условные. Классификация основана на соотношении между чистой альбитовой (Ab)
молекулой (NaAlSi₃O₈) и чистой анортитовой (An) молекулой
(CaAl₂Si₂O₈). Самый распространенный минерал
среди плагиоклазов – альбит; его состав (в мол.%) 100–90% Ab и 0–10% An. Он
встречается вместе с другими щелочными полевыми шпатами в щелочных гранитах и
риолитах, щелочных сиенитах и трахитах. Весьма распространен в виде пертитовых
срастаний с микроклином в гранитных и сиенитовых пегматитах, а также в
прожилках и телах замещения в пегматитах. В таких условиях альбит образует либо
таблитчатые и крупнопластинчатые розетковидные агрегаты, часто нежно-голубого
цвета, называемые клевеландитом, либо массивные мелкозернистые агрегаты
«сахаровидного» альбита. Подобно ортоклазу, альбит и следующий член ряда –
олигоклаз – могут иногда проявлять переливчатость цвета (молочно-белую и
голубоватую иризацию), хотя и более слабую; тогда его называют лунным камнем.
Альбит весьма распространен в зеленых сланцах – метаморфических породах низкой
ступени метаморфизма. Олигоклаз содержит 70–90% Ab и 10–30% An и наряду с
андезином, следующим членом ряда плагиоклазов, является главным компонентом
изверженных пород кислого и среднего состава, в том числе гранитов,
гранодиоритов, монцонитов, сиенитов, диоритов и их эффузивных аналогов.
Олигоклаз с включениями гематита, придающего ему мерцающий блеск, называют
солнечным камнем (бывают также альбитовые, ортоклазовые, микроклиновые
солнечные камни). Олигоклазовый лунный камень носит название беломорит.
Следующий член плагиоклазового ряда, содержащий 50–70% Ab, в изобилии
присутствует в андезитовых лавах в Андах и потому назван андезином. Основной (богатый
кальцием) плагиоклаз, содержащий 50–70% An, получил название лабрадорита по
месту первой находки минерала на п-ове Лабрадор (Канада), где содержащие его
породы (анортозиты) залегают в виде крупных массивов. Спайные плоскости
лабрадорита проявляют очень красивую иризацию. Лабрадорит – единственный
существенный компонент горной породы, именуемой анортозитом, а также главный
(наряду с пироксенами) породообразующий минерал других видов основных
изверженных пород, включая габбро и базальты. Битовнит (70–90% An) и анортит
(90–100% An) относительно редки. Они могут встречаться совместно с лабрадоритом
или порознь в основных изверженных породах.

Щелочные
ПШ, особенно калиевые, в меньшей степени альбит, широко используются в
промышленности. Их источником служат пегматиты, преимущественно керамические и
слюдоносные, отчасти редкометалльные, из которых иногда извлекают также слюду,
реже берилл, колумбит и другие ценные минералы.

КПШ
– необходимый ингредиент тонкой керамики и электрокерамики, так как входит в состав
фарфоровой шихты, широко потребляется стекольно-керамической промышленностью, в
производстве фарфоровых изделий (включая сами изделия и глазури), а также
эмалей. Полевые шпаты добываются в США, Канаде, Швеции, Норвегии, Финляндии,
Германии, Чехии, Италии, Китае и других странах. В России добыча калиевого
полевого шпата сосредоточена в основном в Карелии и на Кольском п-ове; альбит
для стекольной промышленности добывается также на Урале. Лунный и солнечный
камни, амазонит и редко встречающийся прозрачный желтый железистый ортоклаз из
пегматитов Мадагаскара – ювелирно-поделочные камни.

Условия образования,
минеральный состав и практическое значение гранитных пегматитов

Пегматиты
(франц. pegmatite, от греч. pégma, родительный падеж pégmatos – скрепление,
связь, нечто сплочённое), изверженные, преимущественно жильные породы,
обладающие следующими свойствами и особенностями: крупными размерами слагающих
минералов; повышенным содержанием минералов, содержащих легколетучие компоненты
– воду, фтор, хлор, бром и др.; сложным и разнообразным минеральным составом, в
котором наряду с главными минералами, общими для пегматитов и материнских
пород, значительное место занимают минералы редких и рассеянных элементов,
таких, как Li, Rb, Cs, Be, Nb, Ta, Zr, Hf, Th, U, Sc и др.; наличием большого
количества минералов, образующихся в процессе метасоматического замещения и
гидролиза полевых шпатов. Концентрация легколетучих, редких и рассеянных
элементов в П. иногда в сотни и тысячи раз больше, чем в соответствующих
материнских породах.

Термин
«пегматит» был впервые введён в 1801 французским учёным Р.Ж. Аюи для
обозначения письменного гранита, или, одной из структурных разновидностей
пегматита – еврейского камня, который очень часто встречается в пегматитах.

Большее
распространение и практическое значение имеют гранитные пегматиты, генетически
связанные с интрузией гранитов. Среди них выделяют несколько типов. Слюдяные
пегматиты образуются на больших глубинах (свыше 6 км) и состоят из
плагиоклаза, микроклина, кварца, мусковита, биотита, чёрного турмалина,
апатита, берилла; сравнительно с др. пегматитами они бедны минеральными видами
и служат источником получения листового мусковита, керамических материалов – микроклина
и кварца.

Редкометальные П.
формируются на средних глубинах (4–6 км), содержат микроклин, кварц,
альбит, иногда сподумен, мусковит, лепидолит и берилл, а также цветные
турмалины, колумбит, танталит, касситерит, поллуцит и др.; характерны процессы
метасоматического замещения (альбитизация, грейзенизация); служат источником
получения Li, Cs, Be, Ta, Sn, а также аквамарина, гелиодора, топаза и др.

Хрусталеносные П.
образуются на относительно небольших глубинах (3–4 км), содержат
микроклин, кварц, а также альбит, мусковит, биотит; служат источником получения
горного хрусталя (пьезооптического сырья) и оптического флюорита, иногда
топаза, берилла, аметиста, которые размещаются на стенках пустот в кварцевых
зонах жил.

П. имеют
большое практическое значение. Они являются основным источником полевых шпатов
для керамической и стекольной промышленности, слюды и пьезокварца – для
электротехнической промышленности, а также драгоценных камней. В России
наибольшей известностью пользуются П. Карелии, Украины, Урала; за рубежом –
Швеции, Норвегии, США.

Минералы
пегматитов

Существует
несколько версий образования пегматитов:

Версия 1. По теории академика А.Е. Ферсмана
образование пегматитов происходит следующим образом. При кристаллизации
гранитной магмы образуется остаточный силикатный расплав, обогащенный
присутствием редкометальных и редкоземельных элементов, и летучими веществами
(соединениями фтора, хлора, бора). В силу разности давления, этот состав
вытесняется из основных масс породы и заполняет собой трещины, полости. Во
время вытеснения пегматитовых масс, может происходить реакция расплава с
вмещающими породами, при этом одни вещества могут выноситься из расплава,
другие наоборот проникать в него. Происходит процесс ассимиляции.

Версия 2. По мнению акад. А.Н. Заварицкого,
пегматиты образуются не путем кристаллизации остаточного расплава, а являются
результатом перекристаллизации пород под влиянием газовых растворов. Т.е.
являются постмагматическими образованиями.