Космическая распространённость
Химический состав звезд зависит от многих факторов, в том числе и от температуры. По мере повышения температуры состав частиц, существующих в атмосфере звезды, упрощается. Так, спектральный анализ звезд с температурой 10 000-50 000°С показывает в их атмосферах линии ионизированных водорода и гелия и ионы металлов. В атмосферах звезд с температурой 5000°С обнаруживаются уже радикалы, а в атмосферах звезд с температурой 3800°С – даже молекулы оксидов. Химический состав некоторых звезд с температурами 20 000-30 000°С приведен в табл. 1.[9, с. 112] Таблица 1 Исследование химического состава Солнца производится методами спектрального анализа. Это очень сложная работа, так как при условиях, существующих на Солнце, атомы элементов сильно ионизованы (так, атом железа теряет до 9 электронов). Атмосфера Солнца находится в постоянном движении. Температуры фотосферы, хромосферы, солнечной короны резко различаются. Тем не менее химический состав Солнца установлен достаточно полно. В атмосфере Солнца на один атом кислорода приходится: алюминия 0,0040 атома.[9, с. 114] По распространению в земной коре он занимает третье место среди всех элементов и первое место среди металлов. Каменные метеориты содержат в среднем около 1,56% алюминия.[17, с. 209] Природный алюминий состоит из одного стабильного изотопа 27А1. Некоторые данные по изотопным аномалиям магния в каменных метеоритах свидетельствуют о наличии радиоактивного изотопа 26А1 на ранних этапах развития Солнечной системы, вполне возможно его вхождение в очень небольших количествах в состав ранней Земли. Во всех естественных процессах алюминий проявляет себя как трехвалентный элемент, образующий прочные связи с кислородом. В условиях биосферы Земли алюминий чрезвычайно редко порывает связи с кислородом, образуя в некоторых пегматитах редкий минерал криолит 3NaFAlF3. Наиболее часто алюминий образует с кислородом комплексный анион [Аl4]5, причем алюминий находится в четверной координации, образуя алюмокислородные тетраэдры, близкие по размерам к кремнекислородным тетраэдрам [SiO4]4. С этим связано главным образом парагенетическое взаимоотношение алюминия с кремнием в земной коре и широкое распространение алюмосиликатов. Алюминий можно отнести к распространенным элементам Космоса, хотя как элемент нечетный он уступает своим соседям по таблице Менделеева магнию и кремнию примерно на один порядок, среди магматических пород Земли и Луны алюминий наиболее типичен для средних и основных пород, где он находится главным образом как составной элемент плагиоклазов. Резко снижается концентрация алюминия в ультраосновных породах.[3, с. 127] Содержание элементов в отдельных геосферах: А) Литосфера Содержание алюминия в литосфере составляет порядка 8%. В живом веществе его около 5*10-3%. Геохимические свойства алюминия обусловлены характером строения электронной оболочки его атома, легко теряющего валентные электроны. Близость ионных радиусов А13+ и Si4+ опреде ляет широкие вариации их изоморфных замещений в алюмосиликатах в условиях четверной координации. Как химически активный элемент алюминий формирует большое число минералов: насчитывается свыше 350 минеральных видов, в состав которых он входит в качестве главного компонента. Большая их часть относится к силикатам. В магматических горных породах наиболее важными минералами алюминия выступают полевые шпаты, содержание которых повышено в основных породах. Чистый ортоклаз [KAlSi3O8], альбит [NaAlSi3O8] и анортит [CaAl2Si208] содержат соответственно 9,7; 10,3 и 19,4% алюминия. Второе место по распространению занимают такие алюминийсодержащие минералы, как фельдшпатоиды — нефелин NaAlSiO4 и лейцит KAlSiO4 (17 и 12,4% А1). К важным минералам алюминия относятся также слюды — мусковит (16% А1) и биотит (от 6 до 12% А1). Амфиболы в изверженных породах обычно не являются минералами алюминия, однако роговые обманки могут содержать его до 8%. Для нормальных пироксенов алюминий не характерен, но титановые авгиты могут содержать до 5,5% А1. При кристаллизации магмы Al входит в кристаллическую решётку полевых шпатов, слюд и других алюмосиликатов. [11, с. 387] В процессе формирования пегматитов, богатых летучими компонентами, алюминий естественно входит в состав таких минералов, как гранат, сподумен, топаз, берилл и хризоберилл. На последних стадиях магматической деятельности при формировании пегматитов образуются минералы алюминия, не связанные с кремнеземом: амблигонит LiAl(PO4)F, криолит Na3AlF6, родицит KNaLi4Al4Be3Bi8O27. При действии сернистых паров на риолиты, трахиты и другие породы образуется алунит KAl3(SO4)2(OH)6. Минимальное содержание алюминия отмечается в дунитах и перидотитах, которые почти полностью потеряли алюминий в процессе выплавления его соединений из мантии. В то же время кимберлиты и пикриты, которые могут быть наиболее глубинными выплавками ультраосновной магмы, отличаются от всех ультраосновных горных пород максимальным накоплением алюминия. Среди изверженных пород максимальная концентрация алюминия отмечается в габбро-базальтах. Однако интрузивные породы отличаются от своих эффузивных аналогов более высокой дисперсией распределения алюминия. Содержание алюминия незначительно снижается при переходе от основных пород к средним. В то же время какого-либо различия в распределении алюминия в интрузивных и эффузивных средних породах в зависимости от геологического положения региона не наблюдается. Содержание алюминия довольно монотонно убывает от средних пород к кварцевым диоритам и гранодиоритам. Более резкое снижение наблюдается в гранитах и, особенно в кислых эффузивных породах. Таким образом, распределение алюминия в ряде магматических пород литосферы заключается в потере его ультраосновными породами в процессе выплавления алюминий содержащих расплавов из мантии, которое сменяется максимальным накоплением в основных породах. Далее в сторону кислых пород содержание алюминия снижается, достигая минимума в гранитах и кислых эффузивах, в которых отмечается максимальная концентрация кремния. По экспериментальным данным Д. Грина и А. Рингвуда, формирование высокоглиноземистых базальтовых расплавов происходит в мантии на сравнительно небольшой глубине (примерно-30 км), в то время как относительно бедные алюминием толеитовые базальты формируются на больших глубинах (около 60 км). Эти авторы указывают также на возможность появления высоко-глиноземистых базальтов — их расплавов в результате дифференциации глубинной базальтовой магмы на промежуточных глубинах (20—30 км). В связи с этим можно полагать, что относительно обогащенная алюминием габбровая магма может быть продуктом выплавления из верхних горизонтов мантии на меньших глубинах, чем толеитовых и щелочных базальтовых расплавов.[17] Геохимическое поведение алюминия в ряде случаев связано с изменением его ионного радиуса от соединений с четверной координацией к соединениям с шестерной координацией. Алюминий ведет себя по-разному в зависимости от структурного положения в кристаллической решетке минерала. Эффективный ионный радиус 0,57*106 см относится к структуре корунда А12О3, в котором А1 находится в шестерной координации. В шестерной координации в качестве катиона А13+ находится аналогично другим катионам в некоторых силикатах, как это наблюдается в лейците, нефелине и гранатах. Его соединения с кислородом или гидроксильной группой ОН являются основаниями. Они представлены диаспорой НА1О2, бемитом АlOОН, гидраргиллитом А1(ОН)3. В четверной координации атом алюминия находится в центре кислородных тетраэдров, что имеет место в алюмосиликатах типа полевых шпатов. В природе встречаются минералы, полиморфные модификации которых связаны со структурным положением алюминия. Так, в кианите Al2O(SiO4) алюминий находится в шестерной координации, а в силлиманите того же состава половина ионов А13+ находится в четверной координации, а другая половина — в шестерной. Четверная координация алюминия дает соединения, имеющие свойства алюмината алюминия, и образует ангидрит — комплекс алюмокислоты. Алюминий в четверной координации встречается преимущественно в минералах, образующихся при высоких температурах, к шестерной координации — в минералах низкотемпературных. Однако имеют место и исключения из этого правила. Например, корунд, в структуре которого А1 находится в шестерной координации, образуется при высоких температурах, а аутогенные полевые шпаты в осадочных породах — при низких. В гранитах алюминий находится в шестерной координации, и поэтому может изоморфно замещаться ионами Fe3+ и Сг3+. В процессе формирования щелочных пород относительная концентрация алюминия возрастает. Так, самое высокое значение отношения Al/Si характерно для щелочных изверженных пород, большинство изверженных горных пород относится к плюмазитовому типу последовательности кристаллизации, для которого характерно отношение (Na+K)<A1. При плюмазитовой последовательности сперва выделяется ортоклаз, а затем другие минералы. Крайний продукт плюмазитового процесса — плагиоклазово-корундовая порода — собственно плюмазит состоит из 75% олиго-клаза, 23% корунда и 2% второстепенных минералов. Очевидно, что плюмазит — порода, наиболее богатая алюминием. Породы этого типа редко образуются из гранитных пегматитов путем их десилификации. Анализируя распределение алюминия в магматических горных породах, нетрудно видеть, что в отличие от кремния, накапливающегося в гранитном слое земной коры преимущественно совместно с кислородом, алюминий в максимальной степени концентрируется в пределах базальтового слоя. Главным минералом — носителем алюминия в этом слое выступает плагиоклаз — широко распространенный минерал пород амфиболитовой и гранулитовой фаций метаморфизма. А. А. Беус считает, что в энергетических особенностях основных плагиоклазов следует искать разгадку тенденций накопления алюминия в базальтовом слое земной коры. В данном случае автором приводятся некоторые кристаллохимические соотношения, исходящие из того, что в анортитах часть алюминия входит в кремне-кислородный тетраэдр, замещая один ион кремния. В результате такого замещения в полевом шпате понижается общее содержание кислорода и уменьшается объем элементарной ячейки (около 3% на каждый ион кислорода). Следовательно, можно предположить, что накопление алюминия в базальтовом слое земной коры имеет вполне определенный энергетический смысл и должно рассматриваться в тесной связи с общим процессом установления термодинамического равновесия в кремне-кислородном каркасе верхних слоев земной коры. В нижних частях базальтового слоя вблизи границы с верхней мантией роль плагиоклаза как носителя алюминия должна переходить к омфациту и гранату эклогитов. Среди осадочных пород, возникших в результате переработки материала магматических пород в биосфере, максимальная концентрация алюминия наблюдается в глинах. Среднее содержание алюминия в осадочной оболочке континентов оценивается в 6,3%. Содержание алюминия в минералах осадочного происхождения представлено в табл.2. Во время выветривания горных пород в условиях умеренного гумидного климата при хорошем дренаже основные алюминийсодержащие минералы переходят в глинистые минералы. Переход этот совершается выносом кремнезема. При нормальных условиях химического выветривания полевые шпаты путем гидролиза распадаются на глинистые минералы и растворимое вещество. В некоторых условиях диагенеза реакция может быть обратимой и приводить к образованию аутигенного полевого шпата: Таблица 2
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|