Полиморфизм полевых шпатов: разнообразие, сложность, стабильность

Кривовичев С. В.

Записки РМО. 2020. Т. 149. № 4. С. 16‑66

https://doi.org/10.31857/S0869605520040036

Полный текст доступен на eLIBRARY.RU

Язык: Английский

Аннотация

Рассмотрены различные аспекты полиморфизма в семействе полевых шпатов с особым акцентом на структурное разнообразие и сложность полиморфов. Семейство полевых шпатов определено как состоящее из минералов и неназванных или носящих условные названия минеральных фаз с общей формулой Mⁿ⁺[O₈], где n – средний заряд катиона Mⁿ⁺ (n = 1–2; Mⁿ⁺ = Na⁺, K⁺, Rb⁺, (NH4)⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺), k – средний заряд катиона T^k⁺ (k = 4 – n/4; T^k⁺ = Be²⁺, Zn²⁺, Al³⁺, B³⁺, Fe³⁺, Si⁴⁺, As⁵⁺, P⁵⁺). К семейству полевых шпатов в настоящее время принадлежат 29 минеральных видов. Маскелинит является природным рентгеноаморфным (стеклообразным) полиморфом с плагиоклазовым составом. Все полиморфы полевых шпатов разделяются на две группы: с атомами T в исключительно тетраэдрической координации и те, которые содержат атомы T в нететраэдрической координации. Известны всего четыре топологии тетраэдрических мотивов в полевошпатовых структурах: fsp (трехмерные каркасы; полевые шпаты sensu stricto; 11 минеральных видов), pcl (трехмерные каркасы; парацельзиан; семь минеральных видов), bct (трехмерные каркасы, святославит; два минеральных вида), dms (двумерные слои; дмиштейнбергит; шесть минеральных видов). Известно три минерала, содержащих атомы T в исключительно октаэдрической координации и кристаллизующиеся в структурном типе голландита. Высокобарический полиморфизм структур с топологиями fsp и pcl обусловлен их особенностями, определяющими эти топологии как жесткую и гибкую, соответственно. Анализ структурной сложности полевошпатовых структур с использованием теории информации Шеннона указывает на существование следующих общих трендов: (i) структурная сложность понижается с повышением температуры; (ii) кинетически стабилизированные метастабильные фазы топологически более просты по сравнению с термодинамически стабильными фазами; (iii) высокобарическое поведение полевошпатовых структур не имеет ярко выраженных трендов в изменении структурной сложности. Полиморфзм в полевошпатовых структурах включает следующие кристаллохимические явления: (i) изменение координации внутри- и внекаркасных катионов; (ii) топологические реконструкции, включая изменения размерности структурных комплексов; (iii) катионное упорядочение, включая Al/Si и M-катионное упорядочение твердых растворов, приводящее к химической стабилизации отдельных структурных типов и образованию несоразмерно модулированных структур в плагиоклазах; (iv) диспласивные перестройки, включающие повороты тетраэдров и цепочек типа карданных валов; (v) аморфизация. Наблюдаемые кристаллохимические явления контролируются температурой, давлением (включая шоковые воздействия) и кинетикой кристаллизации, приводящей к появлению метастабильных фаз с уникальной структурной архитектурой.

Ключевые слова: полевой шпат, кристаллическая структура, полиморфизм, структурная сложность, фазовый переход, метастабильность, структурная топология, высокие давления, высокие температуры