Появление зародышей во времени

Появление зародышей может быть одновременным либо многократным.

Наиболее распространено одновременное появление зародышей (в расплаве, растворе). Многократные зарождения происходят при образовании разных генераций минерала. Особенно характерно для пегматитовых и рудных жил. В пегматитовых жилах, например, иногда можно насчитать до 8 генераций кварца, 6 – турмалина, 5 – слюд, 3 – гранатов и т.д. Также многократные зарождения происходят при кристаллизация минералов в порфировых породах. Первые кристаллы зарождаются самопроизвольно и растут в жидкой магме. Они располагаются относительно друг друга на значительном расстоянии и вещество свободно диффундирует. При дальнейшем охлаждении вязкость магмы увеличивается и диффузия затрудняется. В результате в разных точках расплава возникает пересыщение и появляются новые зародыши. Они растут совместно с более ранними, и одновременно с ними заканчивают рост. Таким образом, кристаллы одного зарождения не всегда имеют один размер и сходную форму. Например, вкрапленники порфировых пород более крупные в центре жилы и мелкие – на границе с вмещающей породой (из-за изменения температуры и вязкости расплава). Многократный рост минералов на осколках (в музее друза аметиста, конкреции гематита) возникает при тектонических движениях.

 

Распределение зародышей в месторождении

В месторождении ценный минерал нередко встречается не по всему телу, а концентрируется в отдельных его частях. При этом другие минералы распределены равномерно. Причиной создания такой неоднородности может быть число зародышей. Разные минералы могут иметь разное число центров кристаллизации в единице объема вещества. Зависит это от диффузионной способности вещества, строящего кристаллы. При идеальной диффузии к первому выделившемуся кристаллу притекло бы все вещество и в результате вырос бы один огромный кристалл. Однако скорость диффузии мала, она не успевает перемещать вещество по всему объему, поэтому количество и размеры кристаллов разные. Кроме того, один и тот же минеральный вид в разных условиях кристаллизации имеет неодинаковую кристаллизационную способность.

 

Рост минеральных индивидов

Анатомия индивида

Минеральный индивид, зародившись, начинает расти. Именно в это время он приобретает качества, которые делают его полезным ископаемым.

Минералы растут своей поверхностью, поэтому в ее особенностях, прежде всего, и фиксируется механизм роста. Весь объем кристалла, любой его участок, был когда-то на его поверхности. Поэтому внутреннее строение кристалла (его анатомия) – основной источник информации о его генезисе.

Наблюдения над скульптурой граней показывают, что минералы растут слоями – плоскими или спиральными. Образовавшиеся на минералах слои роста можно наблюдать макро- и микроскопически на кварце, пирите, галените, сфалерите. В других случаях применяют специальные методы: напыление, боковое освещение, серебрение и т.д.

Плоские сетки возникают в наиболее выгодной точке поверхности зародыша-кристалла, а затем распространяются по ней. Такой механизм обусловлен энергетикой присоединения атомов (или молекул) к поверхности кристалла. Если кристалл или зародыш покрыт совершенно плоскими гранями, ровными ребрами и вершинами, то частицы должны присоединяться к вершине (выделение энергии 0,2490), менее вероятно – к ребру (выделение энергии 0,0903), еще менее выгодно присоединение к плоскости (выделение энергии 0,0662). От этих точек и будет продолжаться рост, поскольку следующим частицам более выгодно садиться в получившийся двугранный угол со значением выделяемой энергии 0,4941. Таким путем растет ряд структуры.

Ряд не будет расти в разные стороны, т.к. если в другом направлении присоединится частица, то получится трехгранный угол с максимальной выделяемой энергией 0,8738. Это наиболее выгодное положение и к одному ряду присоединится другой – начнется рост слоя. Таким образом, слой начинает расти в отдельной, т.н. генерирующей точке и постепенно, путем наращивания рядов, распространяется по грани кристалла. Новые слои возникают, не ожидая завершения роста предыдущих. Скорость их разрастания различна (это видно по разной ширине промежутков между контурами слоев).

Рост спиральными слоями у алмаза, кварца, гематита, сфалерита, апатита и др. Механизм роста объясняется спиральными (винтовыми) дислокациями – закрученными по спирали плоскими сетками. При винтовых дислокациях входящий угол спирального слоя («ступенька винтовой лестницы») является местом наиболее выгодного присоединения частиц к кристаллу. Поскольку входящий угол – ступенька на растущем спиральном слое, все время сохраняется и движется по спирали, то каждая винтовая дислокация является активным центром роста кристалла. Концентрация различных по своей природе дислокаций (механические дефекты, чужеродные частицы и т.д.) в кристалле обычно достигает n · 10⁷ на 1 см². Дефектное строение кристаллов является мощным фактором их роста.

Зональность и секториальность также дают информацию о генезисе кристалла. При росте минерала на его поверхности последовательно отлагаются слои атомов (или др. частиц) и таким образом создаются разновременные части индивида в виде оболочек или зон – зональность кристаллов. Поскольку кристаллизация минералов никогда не идет в абсолютно неизмененных условиях, поэтому разновременно образовавшиеся зоны имеют различный химический состав, строение, и как следствие – различие в свойствах. Зональность отражает главным образом, колебания условий кристаллизации (замедление, ускорение, остановки), а также изменение химического состава среды минералообразования. Легче всего зональность строения кристаллов проявляется при разной окраске зон (многозональная окраска турмалина), зональности свето- и двупреломления (плагиоклазы), а также различные очертания зон.

В других случаях особенности роста минералов отмечаются зональным расположением включений разного происхождения. Одни из них захватываются минералов в процессе роста (фантомы: хлорит в кварце), другие образуются в результате избирательного замещения минерала по зонам (зональная серицитизация плагиоклазов), третьи могут быть продуктами распада твердого раствора (ильменит в магнетите).

Нередко зональность связана с механизмом роста, прежде всего, с ритмичностью роста кристаллов. Ритмичность при кристаллизации вызвана ростом и конкуренцией отдельных слоев. Каждая из «стопок» слоев порождает новую ритмичность. Крупные порядки слоев вызывают в окружающем растворе ритмичное колебание пересыщения, что может приводить к ритмичному включению примесей. Грань при росте «пульсирует». Эта пульсация и приводит к появлению зональности.

Таким образом, зональность – это особенности любых минеральных индивидов. У минералов выделяют зональность двух типов (порядков). Зональность первого порядка (грубая) является отражением внешних условий кристаллизации, вторая, более тонкая, связана с механизмом ритмичного роста.

Доказано, что если зональность первична, т.е. сингенетична росту кристалла, то она может служить источником информации о направлении и характере изменения химической обстановки в ходе кристаллизации. Например, можно реконструировать эволюцию изменения кислотности магмы в различные моменты образования интрузии. В гипергенных условиях в минералах может появиться зональность, связанная с сезонно-климатической периодичностью (зональные кристаллы галита).

 

Секториальность кристаллов

Наряду с хронологически различными частями минерала – зонами роста – при кристаллизации создаются одновременно растущие, но различные части кристалла за счет отложения вещества на разных гранях (ребрах, вершинах) индивидов – секториальность кристаллов. Грани каждой простой кристаллографической формы обладают специфической способностью адсорбировать вещество из среды, в которой растет кристалл. Это влияет, прежде всего, на скорость роста граней. В результате тело кристалла состоит из пирамид. Они расходятся из центра роста кристалла, а их основаниями являются его внешние грани. Пирамидой нарастания называется та часть в объеме кристалла, которая образовалась путем отложения вещества на какой-либо грани от центра роста. Число пирамид равно числу растущих граней кристаллов в соответствующий момент роста. Строение кристалла, характеризующееся наличием пирамид роста, называется секториальностью (поперечные срезы индивидов состоят из секторов разного состава или строения).

Пирамиды нарастания одной простой кристаллографической формы характеризуются одинаковым химическим составом, структурой и физическими свойствами, отличаясь по этим признакам от других пирамид одного и того же кристалла. Иногда один кристалл с секторами роста может быть сложен даже разными минералами. Это важно учитывать при обогащении руд.

В кристаллах наряду с пирамидами нарастания граней выделяют поверхности нарастания ребер и линии нарастания вершин. То есть реальный кристалл за счет отложения вещества на разных его элементах состоит из пирамид нарастания граней, поверхностей нарастания ребер и линий нарастания вершин (траекторий движения вершин простой формы). Все эти части кристалла могут различаться между собой свойствами. Это обусловлено неравномерным распределением: а) изоморфных примесей, б) механических примесей, в) дислокаций, дефектов, двойников, пористости и т.д.

Секториальность тесно связана с описанной выше зональностью роста. Так, пирамиды нарастания имеют пластинчатое строение, поверхности нарастания ребер – полосчатое сложение, линии нарастания вершин – состоят из отрезков.