 | ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЗАРОЖДЕНИЯ ГРАНИТНЫХ РАСПЛАВОВ |
http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/343.html ГЛУБИННЫЕ ФЛЮИДНЫЕ ПОТОКИ И РОЖДЕНИЕ ГРАНИТА (ПЕРЧУК Л.Л. , 1997) see http://plate-tectonic.narod.ru/granitphotoalbum.html
Главными и единственными свидетелями условий образования кристаллических горных пород являются минералы. Благодаря вариации их составов можно рассчитать не только РТ-параметры, но и другие физико-химические параметры минералообразования.
Hеобычные реакционные структуры из зон перехода от гнейса к чарнокиту (гиперстеновому гранитy), изученному группой ПЕРЧУКA Л.Л, представляют микронных размеров прожилки ортопироксена и K-Na полевого шпата, развитые между зернами биотита и кварца. B пределах реакционных структур химический состав минералов не оставался постоянным, а закономерно изменялся.
РТ-параметры зарождения гранитов - 750-650?С и 7-5 кбар (глубины порядка 20-15 км). гранитизация протекает не на прогрессивной, идущей с возрастанием Т- и Р-стадии метаморфизма, а на регрессивной стадии, то есть при их снижении. Может быть, высокая концентрация СО2 во флюиде (глубинные флюиды более чем на 90% состоят из воды и углекислоты) приводит к снижению и вызывает гранитизацию гнейсовых толщ? Это можно проверить расчетными методами.
Зная РТ-параметры, при которых зарождаются гранитные магмы, легко рассчитать в реакции типа (1). Записывается выражение для константы реакции (1): К(1) = = - DG(1) = R T(ln - ln - - ln) + + - - - , где, согласно уравнению Гиббса-Гельмгольца, . На основе известных термодинамических данных по , а также по активностям Phl, En и Or в соответствующих твердых растворах рассчитывают величины при данных Р, Т и составах минералов. Оказалось, что при одинаковых Т или Р активность воды в чарноките выше либо равна значению в гнейсе, из которого этот гранит возник. Этот важный вывод не дает, однако, ответа на вопрос, почему возникает типичная минеральная ассоциация чарнокита - парагенезис Opx + Kfs + Qtz. Ведь возрастание должно приводить к смещению реакции влево, то есть способствовать стабильности ассоциации биотита с кварцем. Но, быть может, все-таки высокая активность углекислотного (СО2) компонента флюида способствует образованию чарнокита?
К сожалению, возрастание концентрации воды во флюиде при гранитизации гнейсов и кристаллосланцев неизменно приведет к снижению в нем СО2. Но тогда что же способствует стабилизации в граните парагенезиса Opx + Kfs?
Вариации составов минералов в реакционных структурах показали, что химические реакции на фронте зарождения гранита контролируются не столько Р и Т, сколько активностями подвижных компонентов флюида. Но каких компонентов?
Химические потенциалы K2O и Na2O во флюиде.
B гнейсах и сопутствующих кристаллических сланцах (Pl + Bt + Hbl + Qtz) никогда не встречается чистый флогопит, а биотит постоянно содержит избыток алюминия в виде молекул East и Sid. Чтобы реализовать этот избыток, реакцию чарнокитизации следует записать так:
Bt + Qtz + (K2O) = Opx + Kfs + (H2O).
Наиболее глиноземистый Bt серии Sid-East может реагировать с Qtz лишь в случае возрастания химических потенциалов щелочных металлов во флюиде, то есть
K2(Fe, Mg)5Al4Si5O20(OH)4 + 12SiO2 + {К, Na)2О} =
Биотит Кварц во флюиде
= 4(K, Na)AlSi3O8 + 5(Fe, Mg)SiO3 + 2H2О
.
Ортоклаз Гиперстен во флюиде
Таким образом, теоретические предпосылки и эмпирические данные свидетельствуют о том, что процесс гранитизации протекает по сложной схеме.
Гранитизация гнейсов сопровождается снижением содержания алюминия в Opx, Bt, Hbl по направлению к контакту с Kfs: растворенные в надкритическом водном растворе щелочные металлы экстрагируют алюминий из минералов для создания K-Na полевого шпата, без которого гранит не гранит. Реакционные структуры возникают под лозунгом "Весь глинозем на построение K-Na полевого шпата!".
Под влиянием химических потенциалов щелочей, растворенных во флюиде, гнейс с Bt может трансформироваться в гранит с Opx по реакции
{Bt + Qtz} + (K, Na)2O = {Opx + Kfs} + (H2O),
Гнейс во флюиде Гранит Флюид
которая может протекать как в твердой породе, так и при температуре выше кривой плавления. При этом концентрация ионов щелочных металлов в равновесном флюиде может быть ничтожна. Но протекание реакции будет контролироваться химическими потенциалами K и Na.
Реакция не отражает изменения составов минералов. Вариации содержания Al2O3 описываются дивариантными реакциями. Так, в Opx-Bt гнейсе алюминий экстрагируется из глиноземсодержащего Opx для создания Kfs, что записывается в виде уравнения смещенного равновесия:
(Mg, Fe)Al2SiO6 + 7SiO2 + (K, Na)2O =
Ts Qtz во флюиде
= 2(K, Na)AlSi3O8 + 0,5(Mg, Fe)2Si2O6 .
Kfs Opx
Биотит также теряет глинозем для создания Kfs (в частности, ортоклаза):
(5 + 0,5n)K2(Mg, Fe)5Al4Si5O20(OH)4 +
Bt1 (Sid-East)
+ 21nSiO2 + 5nK2O = 7nKAlSi3O8 +
Qtz во флюиде Кfs
+ 5K2(Mg, Fe)(5 + 0,5n)Al4 - nSi(5 + 0,5n)O20(OH)4 + nH2O.
Bt2 (Phl-Ann) во флюиде
Параллельно происходит обогащение глиноземом твердого раствора плагиоклаза. Выражается это в росте содержания СаAl2Si2O8 в Pl, поскольку радикал [AlSi3O8] расходуется на создание молекулы ортоклаза (КAlSi3O8):
СаAl2Si2O8 " nNaAlSi3O8 + 0,5mK2O =
Pl1во флюиде
СаAl2Si2O8(n - m)NaAlSi3O8 +
Pl2
+ mKAlSi3O8 + (0,5m)Na2O.
Kfs во флюиде
B ядрах гранитогнейсовых куполов гиперстеновые граниты сменяются биотитовыми. Повышенные химические потенциалы K и Na во флюиде характерны лишь для передовой зоны гранитизации, где происходит кислотно-основное взаимодействие флюида с вмещающими породами: при просачивании через породы более основного состава во флюиде резко возрастают коэффициенты активности ионов щелочных металлов. В тыловой зоне гранитизации химические потенциалы щелочных металлов определяются их исходными величинами в глубинном флюиде. В равновесии с ним и находится расплав биотитового гранита.
Итак, не оставляют сомнения в том, что зарождение гранитов в крупных зональных комплексах сопряжено с притоком щелочных флюидов. Флюидные микровключения в минералах содержат реликты таких растворов (голландский ученый Ж. Туре обнаружил в таких образцах микронных размеров включения раскристаллизованной рапы - высококонцентрированного щелочно-хлоридного раствора- первое независимое подтверждение "щелочной" концепции