Исследователь Исследователь

Исследователь
  
новости  |  о проекте  |  карта сайта  |  форум  |  подписка на новости
Разделы сайта

Другие материалы
ПРАКТИКА
Версия для печати

Андалузит.


Автор: Легоцкий Сергей
Научный руководитель: Гурвич Елена Моисеевна

Введение.

Название минерала. Его физические свойства. Где был найден. Задачи исследования.

Название минерала — Андалузит — происходит от места первого его места нахождения. Он впервые был найден в одной из областей Испании в Андалусии. Андалузит был выделен как отдельный минерал ученым-минералогом Делапенетри.

Химическая формула андалузита — Al2SiO5. Андалузит кристаллизуется в ромбической сингонии. Встречается в виде вытянутых призматических кристаллов, дающих в поперечных сечениях ромбы, прямоугольники, параллелограммы, нередки и зерна. Спайность совершенная и пересекается на определенных разрезах почти под прямым (890) углом. Андалузит бывает бесцветным, розоватым, бурым, красным, зеленым. Окраска большей частью распределяется неравномерно: по краям, или в центре, или участками. Блеск стеклянный. Твердость 7—7,5. Андалузит часто содержит многочисленные включения мелких зерен кварца, минералов железа, марганца, рутила или обильные тонкодисперсные углистые выделения, расположенные закономерно по отношению к симметрии кристалла, в центральной части минерала. При изоморфном замещении алюминия в андалузит может входить до 9,6% Fe3+ и до 7,7% Mn3+. Марганцесодержащая зеленая разновидность андалузита называется виридин. В себе может содержать до 7% Mn2O3, а также Fe2O3. Встречается в марганцесодержа щих, метаморфических породах. Хиастолит (от греч. — диагонально расположенный) — интересная разновидность андалузита, образующа яся в результате метаморфизма глинистых пород, содержащих органические вещества, и обнаруживающая в поперечных разрезах крестообразную, а в продольных, похожую на песочные часы, фигуру расположения углистых включений. Благодаря большому содержанию примесей твердость хиастолита колеблется от 3 до 7,5 по шкале Мооса. Андалузит — характерный минерал пород регионального и контактового метаморфизма. Встречается также во вторичных кварцитах, в некоторых пегматитах и в россыпях. Часто замещается слюдой — мусковитом, а так же переходит в кианит.

Андалузит был найден нами на Северном Кавказе в Тебердинском заповеднике, в пляжном валуннике в одном километре выше по течению слияния рек Аманауз и Гоначхир. В этом районе выходят метаморфические породы макерской свиты докембрия (500—700 млн. лет) — гейсы, кристаллические сланцы в том числе высокоглиноземистые. Андалузит находился в валуне белого цвета преимущественно кварцевого состава, в центре которого располагалось большое гнездо, сложенное розовыми и коричневатыми кристаллами андалузита. Кроме того в образце был замечен перемятый слой зеленого минерала, макроскопически похожего на хлорит. Рентгеноструктурный анализ показал, что это минерал стивенсит .

Когда мы в экспедиции обнаружили в валуне кристаллы розового и розовато-коричневого минерала, мы сразу предположили, что розовый минерал — андалузит, а вот про коричневый минерал мы подумали, что это может быть ставролит из-закрестообразных срастаний. Поэтому мы решили исследовать эти минералы и определить их точнее. Кроме того мы хотели узнать, что это за зеленый минерал в этой породе.

Место андалузита в мире минералов.

Андалузит — минерал алюминия.

Андалузит — один из минералов алюминия. Алюминий очень быстро окисляется и вступает в различные соединения, но, тем не менее, известны случаи находок самородного алюминия, например, в базальтах. Из других минералов алюминия распространенны: корунд, гиббсит, бемит, диаспор, каолинит, диккит, алунит.

Корунд — Al2O3 — оксид. Кристаллизуется корунд в тригональной сингонии, его прозрачные, окрашенные разновидности — рубин, сапфир, лейкосапфир.

Гиббсит — Al(OH)3 — гидроксид, кристаллизуется в моноклинной сингонии.

Гидроксидами являются диаспор и бемит — AlOOH. Бемит кристаллизуется в ромбической сингонии, образуя мелкие пластинчатые кристаллы. Полиморфен с диаспором, который кристаллизуется в ромбической сингонии.

Каолинит — Al4[Si4O10][OH] 8 — силикат, кристаллизуется в триклинной сингонии. Его полиморфы диккит — силикат, кристаллизую щийся в моноклинной сингонии, и накрит.

Алунит — KAl3[SO4]2[OH]6 — сульфат. Алунит кристаллизуется в тригональной сингонии.

Андалузит — островной силикат

По химической классификации андалузит относится к классу силикатов. Силикаты — это соли кремниевых и алюмокремниевых кислот. Основная структурная единица — кремнекислородный тетраэдр. Класс силикаты делится на 5 подклассов по способу сочленения кремнекислородных тетраэдров на: островные, кольцевые, цепочные, ленточные, слоистые, каркасные.

Островные силикаты. Сюда относятся силикаты с изолированны ми тетраэдрами SiO44- — ортосиликаты, связанны посредством расположенных между ними октаэдрических катионов. Иногда в качестве «островов» выступают спаренные тетраэдры с одним общим ионом кислорода. В структуре некоторых минералов, например, у эпидота, имеются как единичные, так и спаренные тетраэдры.

К ортосиликатам относятся: группа оливина((Mg, Fe)2SiO4), граната, циркон (ZrSiO4), топаз (Al2O3), андалузит (Al2Si2O5), сфен (CaTi[SiO4]O) и др. К диортосиликатам (силикаты с тетраэдрами Si2O76-) относится например эпидот ((Fe3+Al)Al2O(OH)SiO4 [Si2O7]).

Кольцевые силикаты характеризуются кольцевой структурой, в которой группы SiO44- не изолированы, а соединены общими ионами кислорода в кольца двух типов: простые и двойные. К первым относятся кольца типа Si6O1812 — группа берилла, кордиерита и др.

Цепочные и ленточные силикаты — простейшие и наиболее распространенные силикаты. Представлены в виде непрерывных цепочек кремнекислородных тэтраэдров, соединенных вершинами, типа Si2O32-или сдвоенными цепочками-лентами, типа Si4O116-. К цепочным, например, принадлежат группы пироксенов, а к ленточным — амфиболов. К ленточным силикатам также относится силикат алюминия — силлиманит. В его структуре две цепочки тетраэдров, обращенные друг к другу, в которых по высоте чередуются ионы Al и Si.

Слоистые силикаты характеризуются непрерывными в двух направлениях цепочками кремнекислородных тэтраэдров. Для слоя, состоящего из шестерных колец характерен радикал типа Si4O104-. К этому подклассу относятся: слюды типа мусковита и биотита, пирофиллит и тальк, каолинит и серпентинит, хлорит.

Каркасные силикаты характеризуются трехмерным бесконечным каркасом кремнекислородных тетраэдров типа SiО44-, соединенных всеми четырьмя вершинами друг с другом. К каркасным силикатам относятся минералы группы полевых шпатов, цеолитов и др.

Андалузит — минерал, кристаллизующийся в ромбической сингонии.

По кристаллографической классификации андалузит относится к ромбической сингонии. Сингония (сходноугольность) — это подразделение кристаллов по симметрии элементарной ячейки кристаллической решетки (см. таблицу 1). Сингония определяет многие свойства минералов.


Таблица 1. Сингонии.
Полиморфизм андалузита

Андалузит имеет целый ряд полиморф: кианит или дистен, силлиманит, муллит.

Полиморфизм — это свойство некоторых веществ существовать в нескольких кристаллических состояниях с разной структурой. Благодаря этому свойству образуется несколько минералов, имеющих одинаковый химический состав, но разную кристаллическую решетку. Полиморфизм явление распространенное, и разные полиморфы возникают при различных условиях (см таблицу 2). Название «кианит» произошло от греч. cuanoz (синий), а название «дистен» от diz(двойной) и sqenoz (крепость) и указывает на неодинаковую твердость по двум разным направлениям. Кианит кристаллизуется в триклинной сингонии. Встречается в виде пластинчатых удлиненно-призматических, столбчатых и широкотаблитчатых кристаллов. Спайность совершенная, средняя и по разным направлениям. Плотность колеблется от 3,65 г/см3 до 3,69 г/см3, твердость — 4—5 по шкале Мооса, но в поперечном направлении возрастает до 6—7. В шлифе кианит бесцветный или слабо-голубоватый. Кианит — типичный метаморфогенный минерал. Широко распространен в гнейсах и кристаллических сланцах, возникающих в условиях высокого давления.

В нашей коллекции есть два образца кианита: первый — отдельный пластинчатый кристалл, второй — призматические кристаллы, заключенные в породе. Средняя толщина отдельного образца составляет около 3 мм, ширина 2,5 см, длина 5,5 см. Содержит включения слюды. Образец голубого цвета, полупрозрачен. Окраска распределе на неравномерно: ближе к одному из краев имеется более темный «сгусток». Опытным путем удалось подтвердить факт неодинаковой твердости по разным направлениям. Другой образец заключен в биотит-гранатовой гнейс. Порфиробласты кианита в гнейсе можно разделить на 2 типа: мелкие и крупные. Мелкие кристаллы полупрозрачны, преимущественно зеленого цвета, не превышают по размерам 5 мм, крупные синего цвета, размером в среднем 3×0,5×0,3см.


Таблица 2. Полиморфизм.

Другая полиморфа андалузита — силлиманит назван по фамилии Бенджамена Силлимана. Обычно встречается в виде иголочек, призмочек и лучистых кристаллов, а также волокнистых агрегатов и тогда называется фибролитом. Спайность совершенная. В шлифах нормальной толщины всегда бесцветный, в утолщенных шлифах синеватый или лиловый, коричневатый или пятнистый. Плотность силлиманита равна 3,25 г/см3. Твердость кристаллов 7,5 по шкале Мооса. Силлиманит, как и андалузит минерал контактно и регионально метаморфизи рованных пород, но силлиманит образуется при более высоких температурах. Встречается в породах, непосредственно соприкасающихся с интрузией и в ксенолитах в магматических породах.

Образование андалузита.

Существует два основных пути образования андалузита: при контактовом и динамотермальном метаморфизме.

Метаморфизм — это процесс существенного изменения текстуры, структуры, и минерального состава горных пород под воздействием температуры и/или давления, химической активности глубинных растворов (флюидов). Это процесс изохимический, то есть образование новых минералов идет за счет тех элементов, которые имеются в первичной породе. Этот процесс не изохимичен только для Н2О и СО2. К метаморфизму не относятся процессы изменения пород происходящие с расплавлением. Различают три вида метаморфизма: региональный метаморфизм, динамометаморфизм, контактовый метаморфизм.

Наличие в горных породах флюидов ускоряет метаморфические процессы. Флюиды — водные растворы или газы. Считается, что в составе флюидов преобладают перегретые пары воды, присутствует F2, Cl2, углекислота и многие другие вещества. Одни и те же реакции образования минералов идут в присутствии флюидов при более низких температурах и давлении, чем в их отсутствии.

Состав и облик метаморфических пород определяется составом исходных пород, характером метаморфизма и величинами температу ры и давления.

Низкотемпературные метаморфические породы преимущественно мелкозернистые и характеризуются тонкой сланцеватостью. Мелкозернистость связана с низкими температурами кристаллизации, резко снижающими скорость растворения и кристаллизации минералов. Однако среди низкотемпературных минералов есть минералы с большой скоростью кристаллизации. К ним, например, относятся гранаты и ставролит. Так как эти минералы растут быстрее остальных, то их зерна резко выделяются на фоне основной массы породы. Зерна, сильно превышающие по своим размерам другие минералы, названы порфиробластами.

Высокометаморфические породы обычно крупнокристалличны и имеют гнейсовидную текстуру. Она характеризуется чередованием полос светлых и темных минералов, причем в темных полосах минералы ориентированны длинными осями параллельно полосчатости.

Первый способ образования:

Контактовый метаморфизм связан с прогревом пород вблизи интрузии, то есть это локальный и термальный метаморфизм. По мере удаления от контакта температура падает и образуются более низкотемпературные минералы. Состав минералов зависит от температуры и состава породы, подвергающейся нагреву. Породы контактового метаморфизма, если на контакте не происходили химические взаимодействия с интрузией называются роговиками. Если химические взаимодействия происходили, то образуются скарны, но это уже выходит за рамки метаморфизма, так как метаморфизм изохимичен. Выделяют несколько фаций роговиков со всё более высокой температурой образования по мере приближения к интрузии.

Андалузитовые роговики образуются в тех случаях, когда метаморфизму подвергаются глинистые породы, обогащенные алюминием, при t начиная с 5200 — 5300С.

Второй способ образования:

Андалузит может образоваться и в условиях регионального (динамотермального) метаморфизма.

Этот вид метаморфизма характерен для тектонически-активных районов. В региональном метаморфизме имеет место совместное действие давления и температуры. В региональном метаморфизме выделяют две серии метаморфических фаций (метаморфические фации — метаморфические породы, сложенные минеральными ассоциациями, возникшими в определенных условиях температуры и давления; серия метаморфических фаций — это последовательность фаций, отвечающая определенным условиям метаморфизма): серия фаций Барроу и серия фаций Абакума. Серия фаций Барроу характеризуется высоким давлением и относительно низкими температурами, а серия фаций Абакума — низким давлением и высокими температурами.

Обычно выделяют три фации метаморфизма: зеленосланцевую, амфиболитовую и гранулитовую, но иногда выделяют еще эпидотамфи болитовую фацию, промежуточную между зеленосланцевой и амфиболитовой. Первая фация — зеленосланцевая характеризуется средними давлениями, температурами от 3500 до 5500С. Вторая фация — амфиболитовая характеризуется давлением 4000 — 7000 бар и температу рой 5500 — 7500С. Третья фация — гранулитовая характеризуется температурой 7500 — 10000С и давлением 7000 -10000 бар. Эта фация проявлена почти исключительно в древних, докембрийских породах.

Андалузит образуется в самом конце зеленосланцевой фации и в начале амфиболитовой фации. Тем самым он является минералом-инди катором, по которому определяют начало амфиболитовой фации.

Использование андалузита.

Андалузит используется при производстве жаропрочного фарфора для свеч зажигания, облицовки электропечей, высокоглиноземистых огнеупоров и тонкокерамических изделий. Не требует предваритель ного обжига, так как при нагревании немного расширяется (до 5%). Огнеупорность андалузитовых пород до 18500. Прозрачные разновидности андалузита используются как драгоценные камни.

Исследования найденного андалузита.

Макроскопические исследования и изучение в косом отраженном свете (микроскоп МБС-I).

Кристаллы андалузита находятся в валуне размером 14см длины, 7см ширины и 6см высоты, состоящего из кварца с гнездами и прожилками андалузита и участка перемятого стивенститового сланца. В валуне различаются два типа кристаллов андалузита:

  1. Массивные кристаллы, от 1мм до 12мм длиной и 1—6мм толщиной, розовато-коричневые, полупрозрачные кристаллы, призматические с плоскими окончаниями (такая грань называется пинакоид). Плоские вершины имеют форму ромба (призмы с ромбическим сечением). Под бинолупой (МБС-1) на выходах вершин кристаллов хорошо заметны дополнительные треугольные грани пирамид на углах пинакоида, похожие на сколы. Видны два направления спайности по призме, пересекающейся под прямым углом — это характерно для андалузита. Эти кристаллы иногда образуют срастания, похожие на крестообразные двойники ставролита .
  2. Тонкие игольчатые кристаллы, прозрачные, розовые 0,1мм — 2мм длиной и 0,1мм — 0,5мм толщиной.

Изучение оптических свойств андалузита в шлифе под микроскопом МИН-8.

Сначала мы рассмотрели андалузит в проходящем свете без анализатора. Его кристаллы имеют бледно-розовый цвет, часто только отдельные пятна окрашены, а весь кристалл — бесцветный. Андалузит слабо плеохроирует. Когда удлинение совпадает с вертикальной осью, андалузит слегка розоватый, с горизонтальной осью — бесцветный. То есть у него прямое угасание по оси Np и Ng Шагрень и четкие контуры говорят о том, что светопреломление кристалла гораздо больше, чем у смолы. Показатель преломления показывает во сколько раз скорость света в воздухе больше, чем в кристалле. Андалузит, как минерал низшей категории имеет три основных показателя преломления по разным направлениям в кристалле: Np (по удлинению) — 1,624—1,640, Ng —1,638—1633, Nm —1,633—1,644.

В шлифе породы, содержащей кристаллы андалузита, был выбран четко призматический кристалл со спайностью, параллельной удлинению кристалла. При повороте столика кристалл угасает, когда удлинение совпадает с нитями окуляра и просветляется, когда образует с нитями угол 450. Это характерно для минералов ромбической сингонии, а не для моноклинных, к которым относится ставролит.

Кристаллу придали положение под углом 45 градусов к вертикальной нити креста, вставили компенсатор и увидели, что цвета интерференции повысились (см. номограмму двойного светопреломле ния), то есть были серые тона первого порядка, которые перешли в желто-зеленые тона второго порядка, в более тонких краях были синие тона. Это показало, что по удлинению располагается ось Np(ось наименьшего показателя преломления в оптически двуосных минералах), как и у анализатора. О таких минералах говорят, что у них отрицательное удлинение.

Определение угла оптических осей.

Для определения угла оптических осей мы исследовали минерал в сходящемся свете. Для этого подключили линзу Лазо (линза, собирающая свет), использовали объектив с увеличением в 40 раз и вместо окуляра вставили диафрагму. Мы получили фигуру интерференции, характерную для разреза, перпендикулярного оптической оси у двуосных кристаллов. В видимом изображении при повороте предметно го столика перемещалась одна изогнутая балка. Вставили компенсатор и увидели, что в углу, ограниченном балкой, цвет синий, а в противоположном углу — красный. Следовательно минерал имеет отрицательный угол оптических осей -2V.

Ретгеноструктурное изучение андалузита.

Так как в крупных образцах кристаллы были мутноватые, и так как они образовывали крестообразные сростки, похожие на ставролит, мы решили провести рентгеноструктурный анализ, чтобы узнать не имеется ли реликтов ставролита, кроме того решили определить зеленый слюдоподобный минерал.

Рентгеноструктурный анализ был проведен в лаборатории ИГЕМ РАН, а расчет дебаеграмм, определение межплоскостных расстояний и определения андалузита по справочникам Михеева.

Рентген (дебаеграмма) показал, что реликтов ставролита не имеется, а обе разновидности кристаллов — это андалузит. Зеленым слюдоподобным минералом оказался стивенсит — глинистый минерал из группы монтмориллонита, который обычно образуется при гидротермальных процессах или в скарнах (см. таблицу).

Выводы.

  1. Макро- и микроскопическое (под МБС-1) изучение показало, что форма кристаллов и характер спайности характерны для андалузита.
  2. Изучение оптических свойств (под МИН-8) розовых и коричневых кристаллов показало, что это андалузит — кристаллы двуосные отрицательные, с прямым погасанием. Эти особенности типичны для кристаллов ромбической сингонии, к которой относится андалузит. Отрицательное удлинение, более яркий цвет по оси Np, пятнистое распределение окраски — характерное свойство андалузита.
  3. Рентгеноструктурный анализ показал, что обе разновидности кристаллов —это андалузит, реликты ставролита отсутствуют, а перемятый зеленый минерал — это стивенсит.

Список литературы.

  1. К. М. Сиротин. Определитель минералов. М., «Высшая школа», 1970г.
  2. Г. Смит. Драгоценные камни. М., «Мир», 1984г.
  3. Энциклопедия для детей./т. «Геология». М., «Аванта+», 1995г.
  4. Советский энциклопедический словарь. М., «Советская энциклопедия», 1985г.

на первую страницу | наверх

© 2002-2011 Разработка сервера: Межвузовский "Физтех-центр". Администратор сайта : admin@researcher.ru
При создании сервера использованы АРП-технологии.

Arp.site