Минералдардың парагенезисін айырудағы геохимиялық әдістер

Минералдардың парагенезисін айырудағы геохимиялық әдістер. Геохимиялық әдістердің парагенезиске қолданылуы кристалдардың энергиясын айыруға негізделген. Кристалдардың энергиясын айырудың өзі оны құраушы иондардың (атомдардың) радиустарына және олардың, орналасу түріне байланысты. Демек, геохимиялық әдістердің негізі де химиялық қосындылардың (кристалдардың) геометриялық орналасу заңына, яғни құрылыстық заңына байланысты. Қысқаша айтқанда кристалдық топология заңына байланысты. Кристалдық топология дегеніміз — кристалдық заттарда топологиялық қасиеттердің сақталуы. Топологиялық қасиет деп заттардың (фигуралардың) әрбір құрылыстық бөлшектері (нүктелері, топтары) әр тұрғыдан қарағанда өздерінің орындарын және айналасындағы бөлшектермен көршілестік қалпын сақтауды айтамыз. Бұл қағидаларды дәлелдеу үшін және толықтыру үшін «Ион радиусы және кристалдардың энергиясы» деген тақырыптағы кейбір мәліметтерді еске салайық. Ол тақырыпта біз кристалл энергиясын есептеудің екі түрлі әдісін (A. Е. Ферсман әдісі мен А. Ф. Қапустинский әдісін) салыстырдық . Олардың арасындағы айырма онша кеп емес екенін көрдік. Сондықтан бұл жерде тек бір ғана формулаға тоқталайық . Мысалы, кристалдын, энергиясы (U) мынадай теңдеумен анықталатын болсын:

$U=293{\frac {aw1*aw2}{r1+r2}}$

Бұ л өрнек бойынша кристалл энергиясы үш түрлі шамаға:

1. иондардың валенттігіне (W₁—катион валенттігі, W₂ — анион валенттігі)
2. иондардың радиусына (r₁ — катион радиусы, r₂—анион радиусы)
3. иондардың әз ара орналасу тәртібіне, яғни құрылыстық әзгешелігіне (a — Маделунг коэффициенті — құрылыстық коэффициент) байланысты.

Сайып келгенде осы үш шаманың үшеуі де заттық бөлшектердің құрылысына байланысты, өйткені валенттіктің өзі атомдардың сыртқы электрондық құрылысына байланысты болады. Иондардың радиустары — кристалдардың құрылыстық өлшемдерінін, бастысы. Мысалы, иондық радиустары өте үлкен (ірі) және өте кіші (майда) иондар көбінесе қалдық магмада жиналады. Радиустары орташа иондар (атомдар) алғашқы кезде кристалдар құруға тырысады.

Маделунг коэффициенті кристалдардың решетка құрылыстарына тікелей байланысты шығарылған шама екенін білеміз. Мысалға, белгілі типтерді алайық : жабайы куб формалы кристалда a =1,7475; куб орталықты кристалда a=1,763; тетраэдр кубта а=1,64; гексаэдр кубта а = 2,52; октаэдр кубта а = 2,06; тетрагонда а = 2,40; гексагонда а = 2,22; тригонда а = 4,17. Маделунг коэффициентін әрбір жеке ионның айналасындағы иондардың санын олардың ара қашықтығына бөліп табады. Бұл жерде еске алатын нәрсе — аттас зарядты иондардыц тебу қасиеті мен аттас емес зарядты иондардың тарту қасиеті. Осы ереже бойынша аттас иондар санының алдына алу белгісі, аттас емес иондардыц алдына қосу белгісі қойылады. Мысал үшін жабайы куб формасындағы ас тұзы решеткасын алайық . Онда натрий ионының айналасында кубтың 6 жағында 6 хлор ионы, кубтың 12 қырында 12 натрий ионы, кубтың 8 бұрышында 8 хлор ионы бар. Онан кейінгі, яғни алғашқы кубтың сыртын қаптаған екінші қабаттағы үлкен кубтың 6 жағында 6 натрий ионы, оның қырларында екі-екіден 24 хлор ионы, оның бұрыштарында тағы да 8 натрий ионы бар. Міне, осындай ретпен қайталай береді. Ол иондардыц тарту және тебу күштері бір-бірінен қашықтаған сайын әлсірей береді. Сондықтан екі қабат кубтан әрі қарай алудың да қажеті жоқ . Кристалдық решеткадағы натрий мен хлор иондарының ара қашықтығының өлшемі ретінде 1-ді алайық. Сонда кубтың қырларындағы иондардың қашықтығы ${\sqrt {2}}{\quad }$, оның бұрышындағы иондардың қашықтығы ${\sqrt {3}}{\quad }$; екінші қабат- тағы кубтың жағындағы иондардың қашықтығы ${\sqrt {4}}{\quad }$ т. с. с. Осы шамаларды пайдаланып ас тұзының құрылыстық санын, яғни Маделунг коэффициентін шығарамыз:

$a={\frac {6}{{\sqrt {1}}{\quad }}}-{\frac {12}{{\sqrt {2}}{\quad }}}-{\frac {8}{{\sqrt {3}}{\quad }}}-{\frac {6}{{\sqrt {4}}{\quad }}}+...$

Сонда шамамен а = 1,7475. Басқа формалардың да құрылыстық сандары осы ретпен шығарылады. Сонымен, кристалдардың құрылыстық бөлшектерінің кеңістікте орналасу түрлері олардың барлық қасиеттерін айырады деген тусінік геохимиялық заң бойынша да дұрыс екенін көреміз. Демек, физикалық химияның зандары бойынша, соның ішінде фазалар ережесі бойынша, геохимиялық диаграммалар жасаудың негіздері геохимиялық әдістер бойынша да дұрыс екенін көреміз. Басқаша айтқанда құрылыстық бөлшектердің орналасу қалпына негізделген топология әдістерін минералдар құрылудың жалпы әдісі ретінде қолдануға болады. Енді жоғарыда айтылған кристалл энергиясының парагенезис мәселесіне қалай қолданылатынын қарастырайық . Жалпы алғанда структуралық энергиясы бірдей кристалдардың жаратылысы да, жатыс орыны да бірдей болуы мүмкін. Демек, энергиясы бірдей кристалдардың парагенезисі де бір болуы мүмкін. Балқыған магма жер астында салқындап қатая бастағанда оның жіктеліп, айналасына ыстық, газды ерітінділер тарайтыны жоғарыда айтылды. Магманың жіктелу заттарынан бірнеше түрлі фазалық минералдар (геофазалар) құрылатынын көрдік. Магманың айнала сыртын қоршаған осы геофазалардың минерал заттары геохимиялық концентр деп аталады. Магмалық ошақтан оның айналасындағы геохимиялық концентр фазаларының қашықтығын геохимиялық градиент деп атайды. Қатаю температурасы неғұрлым жоғары болса, оның геохимиялық градиенті соғұрлым қысқа болу керек. Басқаша айтқанда энергиясы жоғары минералдардың геохимиялық градиенті төмен болады, яғни олар магма ошағына жақын орналасады.

Энергиясы аз минералдар магма ошағынан алыстай береді. Демек, олардың геохимиялық градиенті жоғары болады. Төмен энергиялы минералдар, магмамен байланысы жок айналасындағы тау жыныстары арасында болған күннің өзінде, магмаға жақын жерде бола алмайды. Өйткені магманың қызу лебі аса зор және ол жер астында көп замандар бойы суымай жатады. Магманың қызу салдарынан оның айналасындағы төмен температурада минералдар балқып еріп немесе газданып бұзылады немесе серпіліп, алыс жылжып барып орналасады. Сонымен, геохимиялық градиент (R) пен кристалдын, энергиясы (U) кері пропорционал болады, яғни:

$R={\frac {K}{U}}$

мұндағы К — пропорционалдық коэффициент. К — әрбір геологиялық жағдайға қарай табылатын шама. Сондықтан оны геологиялық коэффициент деуге болады. Егер геологиялық коэффициент барлық бағытта бірдей болса, онда геофазалар магма ошағы айналасында шеңбер түрінде орналасқан болар еді.