Здавалка
Главная | Обратная связь

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.