Типоморфизм состава и структуры минералов

При его изучении главное внимание должно быть обращено на отклонения в составе и на несовершенства (неоднородности) в структуре изучаемых минералов по сравнению с относительно идеальными. Эти отклонения - важнейшие типоморфные особенности. Они связаны с наличием изоморфных и механических примесей, с распределением их по структурным позициям, с явлениями упорядоченности - разупорядоченности структур, с различной плотностью дислокаций и т. п.

Выявление типоморфных особенностей состава и структуры минералов проводится следующими, ставшими уже традиционными, группами методов: а) аналитическими - химический анализ, спектральный и рентгеноспектральный анализ, пламенная фотометрия; б) структурными — рентгено-, электронно-, и нейтронография; в) микроскопическими - оптический, электронный и др.

В последние годы на основе достижений физики твердого тела развиваются новейшие спектроскопические методы исследования минералов. Они охватывают все области электромагнитного спектра — от гамма-излучения до длинноволнового радиодиапазона. К таким методам относятся: 1) мессбауэровская, или ядерная гамма-резонансная (ЯГР) спектроскопия (область гамма-излучений); 2) рентгеновская спектроскопия (рентгеновская область); 3) оптическая спектроскопия (видимая область, а также ультрафиолетовая и ближняя инфракрасная); 4) радиоспектроскопия (радиочастотная область) — методы электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР). С помощью этих методов на базе кристаллоструктурных данных можно получить экспериментальные характеристики свойств и электронного строения минералов.

Использование спектроскопии минералов для изучения их типоморфизма позволяет исследовать природу типоморфных особенностей, изучая причины отличий в составе, структуре и свойствах минералов различного происхождения. Расширяется круг типоморфных особенностей, которыми могут быть спектроскопически активные центры: структурные и примесные - элементы, свободные радикалы, точечные дефекты. Состояния этих центров - электронная конфигурация, зарядовое состояние, структурное положение, характер взаимодействия - отражают различные физико-химические параметры минералообразующей среды, термическую и радиационную историю минералов.

Особый интерес у минералогов вызвал метод ЭПР. С его помощью исследованы парамагнитные примеси переходных и редкоземельных элементов во многих минералах. При этом удалось не только диагностировать их ионы (разновалентные железо, марганец, редкие земли) и установить их положение в структуре, но и получить данные о состоянии химических связей. Можно исследовать также свободные радикалы, дефекты структур. В частности по спектрам ЭПР были открыты и расшифрованы модели разнообразных радиационных электронно-дырочных центров. Например, изучены центры окраски в полевых шпатах, кварце, флюорите, берилле и других минералах и оценена возможность использования их в качестве типоморфных особенностей.

Значительные результаты в изучении типоморфизма получены с помощью ЯГР-спектроскопии железосодержащих силикатов, окислов и сульфидов. Этим методом устанавливается валентность железа, количественное соотношение двух- и трехвалентного железа, неэквивалентность их положений, состояние химических связей. Так, например, в ВИМСе мессбауэровская спектроскопия была применена для выявления типоморфных особенностей турмалина и магнетита разного происхождения. Было установлено, что типоморфными особенностями для турмалина являются характер распределения ионов железа по кристаллохимическим позициям и степень их окисления, для магнетитов — совокупность параметров их ЯГР-спектров, отражающих состав изоморфных и механических железистых примесей. Типоморфными могут быть и спектры ЯМР и ЯКР, дающие сведения о структурных особенностях минералов: степени упорядочения, положении и типе воды, координации ионов.

Оптическая спектроскопия, т. е. исследование оптических спектров поглощения минералов, позволяет выявить их тонкие структурно-химические особенности: 1) форму нахождения примесей; 2) валентность примесных ионов и механизмы валентных превращений; 3) структурное положение примесей, их координацию и наличие неэквивалентных положений; 4) тип точечного дефекта, его заряд и структурное положение.

Широкое распространение получила сейчас инфракрасная спектроскопия (ИКС) минералов, которая также позволяет исследовать типоморфные особенности их состава и структуры. Много лет для изучения типоморфизма минералов используются методы, основанные на различных типах люминесценции минералов, главным образом фото- и термолюминесценции.

Одной из важнейших задач генетической минералогии является изучение типоморфизма химического состава и внутренней неоднородности зерен минералов, слагающих руды и породы. В большинстве случаев она решается с помощью химического и спектрального анализов, которые требуют предварительного отбора мономинеральных фракций. В случае полиминеральных мелкозернистых агрегатов такой отбор затруднен, а иногда и невозможен. Поэтому в последние годы стали применять методы локального анализа или микроанализа, которые позволяют проводить определение химических элементов в микрообъеме минерала, наблюдаемого под микроскопом. Наиболее распространены две разновидности локального анализа: электронно-зондовый рентгеноспектральный микроанализ и эмиссионный анализ с лазерным отбором пробы.

Дата добавления: 2014-12-10