590
ГЕОХИМИЯ
решётке (см. Изоморфизм). Вот почему мы встречаемся с очень характерным отношением в разных породах и минералах таких близких пар химич. элементов, как: Ce/Y, Sr/Ca, Zr/Hf, Ni/Go, K/Rb, СЛ/Вг, Zn/Cd, Nb/Ta и др. Численное значение этих отношений является важным геохимич. признаком породы.
2.2
2.f 2,0
1.8 '" f.7
° 15
о W = 1.3
V '.'
* '.о
в 0,8 °- 0.7 0,6 0,5 0,4 0.3 0.2 0,1
1
Те

Si Se Br
Cl
S
Cs

TlJ>t Ba
F 0 К Pb
Sr 1л
Af? f_Hg Ca Ce-Gd. Pr Th
Tljty Cd **№ U
Na Yb Mn Lu In Те 1
Fe.Co Sc Ptf Zr
Li M1)h 'Cb .Sn Г
Crr: iiSP
Al V Mn
Ge V
Be Si ps? «S
С
N

-4 -3 -1 -t 0 fl »2 +3 *4 +5 <-6 + 7 Валентность
Рис. 5. Эмпирические радиусы ионов и валентность.
Если ионы разновалентны, но имеют одинаковый размер радиуса — в решётку предпочтительно входит ион с бблыпим зарядом. Изучение в особенности гетеровалентного изоморфизма позволило объяснить многие до того загадочные ассоциации химич. элементов. Мы уже видели, что редкие, тяжёлые химич. элементы, напр. Mo, U, Th и др., накапливаются в остаточном расплаве, не найдя в процессе кристаллизации магмы места в кристаллич. решётках главных минералов из-за своих размеров, и оказались в застывшей эвтектич. смеси. Далее, столь разнородные по свойствам элементы, как Th, U и редкие земли, однако, встречаются вместе в ряде минералов (напр, торианит, иттриалит). Это объясняется близостью их радиусов ионов (табл. 6). Стало возможным объяснять накопление одних редких элементов в продуктах ранней кристаллизации, других — в поздней.
Возник вопрос о поисках более редких элементов по парагенезису тех минералов, в к-рых они заключены (см. Парагенезис элементов).
Распределение химич. элементов в минералах связано, следовательно, со способностью образовывать изоморфные смеси — твёрдые растворы, когда между соединениями имеется общий тип химич. строения, подобные ячейки кристаллич. решётки, одинаковые их размеры. Кристаллич. решётки минералов имеют твою классификацию от очень простых и симметричных построек из плотно упакованных шаров до весь-
-599/1°
Рис. 6. Кристаллическая структура оливина. Чёрные кружочки-ионы кремния; большие кружки — ионы кислорода; средние — магния.
ма сложных, низкой степени симметрии построек (рис. 6).
Наконец, с энергией кристаллич. решётки минералов связаны многие важные их свойства — твёрдость, устойчивость при выветривании и т. д. Энергия кристаллич. решётки минерала по представлениям, развитым академиком А. Е. Ферсманом, определяет последовательность образования данного вида минерала в процессе дифференциации расплава.
Исключительное значение приобретает ныне геохимическое изучение вопроса о т. н. рудообразующих растворах — пневматолитах (газах), гидротермальных растворах, с которыми связано, повидимому, всё разнообразие рудопрояв-ления, металлогении на Земле. Порядок выпадения металлов, окисей, сульфидов металлов из растворов и др., ассоциация химических элементов в рудах, жильных минералах — могут быть объяснены, лишь исходя из тех же кристаллохимических законов, явления изоморфизма и т. д. Можно напомнить постоянную и закономерную ассоциацию в сульфидах цинка — примесей Cd, In, T1 и т. п.
Другим примером миграции химических элементов является миграция в биосфере.
В биосфере происходит разрушение твёрдых горных пород, процессы выветривания под действием Н20, С02, Оа и живого вещества. Сортировка химич. элементов в биосфере идёт гл. обр. в водных растворах. Поэтому характерной особенностью процессов выветривания здесь является увеличение общего объёма образующихся минералов и пород по сравнению с исходным материалом — массивными породами литосферы, за счёт увеличения в осадках количества О2, С02, Н20 и т. п. (рисунок 7). Изучены многочисленные генетические ряды выветривания минералов, например полевой шпат —* серицит —> каолин —* боксит —- кварц и т. п. При выветривании с водными растворами выносятся в море в первую очередь легкорастворимые соединения — щёлочи Li, К, Rb, Na, щё-лочно-земельные элементы Са, Sr, Mg и др., анионы — С1, 804 и т. д. Гидраты тяжёлых металлов выпадают в известном порядке в осадок, в зависимости от рН растворов, образуя болотные железные руды и т. п. Большая подвижность наблюдается у катионов металлов низких валентностей, поэтому окислительный потенциал среды также регулирует миграцию этих металлов. Сорбция глинами многих ионов также является средством природной сорти-
э ооъема пород по налом — Ге,0, СаСоД CaMgC20<> ^ X. . - ^ - ^ - v - Остаточный материал вынесенные продукты {Увеличение объема на 51,1%)
\ RC1
\ NaCl
^ SiO,
X
Анортит \ 1 3 ^ flopbl 30'/,
Альбит \
\ % \ X, Альбит
Ортоклаз Лимонит
Ортоклаз \ Хлорит Глина Наолин
^, Биотит
Кварц \
Кварц
Не разложен- Продукты его ный гранит разложения
Рис. 7. Увеличение объёма
при образовании минералов
в зоне выветривания.