Карбонаты

08.12.2016

Нa первом месте мы поставим здесь карбонаты — R''CO3, где R'' чаще всего представлен Ca, Mg, Fe и Mn, гораздо реже Zn и еще реже Co и Pb. В породообразующих карбонатах последние три (и даже четыре) элемента можно не рассматривать совсем.
Кальцит встречается большей частью в зернах, шестиках и шестоватых агрегатах и почти никогда не дает ромбоэдров, т. е. в разрезе шлифа — ромбов, что очень характерно для кальцита. Доломит также встречается большей частью в зернах, но очень характерно для него, в отличие от кальцита, что он часто дает хорошо ограненные ромбоэдры, которые имеют в разрезе форму ромбов. Магнезит встречается обычно в мелких зернах или в плотных агрегатах. Сидерит встречается в зернах, шестоватых и жилковатых агрегатах, иногда бывает радиальнолучистым (сферосидерит). Кальцит и бурый шпат встречаются также в оолитовых образованиях. Для всех карбонатов очень характерна весьма совершенная спайность по основному ромбоэдру (1011). Двойники, очень часто полисинтетические, по косым граням (0112), иногда (0221) и (1011), двойники по (0001) под микроскопом оптически не могут быть обнаружены. Вообще двойники очень часты для кальцита, что очень характерно для него. Для доломита двойниковое образование довольно редко, что может служить также характерным отличием этих двух минералов; по-видимому. у доломитов двойникообразование связано исключительно с механическим воздействием на минерал (породу), т. е. доломит дает только двойники давления. У магнезитов двойников не наблюдается. У сидеритов двойники такая же редкость, как и у доломита. В шлифах карбонаты бывают чаще всего бесцветны; те, которые содержат железо, в шлифах бывают окрашены в слабые оттенки буро-желтоватого цвета от разлагающихся соединении железа, причем в таком случае плеохроируют; схема абсорбции Nm>Np, и по направлению Np минерал почти бесцветен, по Nm буроват.
Все эти минералы характерны тем, что обладают необыкновенно высоким двупреломлением — 0,172 для кальцита и выше для остальных карбонатов; для доломита 0,177, магнезита 0,191, сидерита 0,242. Благодаря высокому двупреломлению для всех этих карбонатов в связи с их твердостью получаются в скрещенных пиколях перламутровые цвета интерференции, напоминающие по своей нежности перламутр и изменяющиеся по небольшим участкам внутри каждого отдельного зернышка; незначительное изменение в толщине шлифа вызывает у карбонатов заметное изменение интерференционной окраски, а так как эти минералы обладают спайностью и небольшой твердостью, то отрывы мелких частиц при шлифовке почти неизбежны, благодаря чему и получается такая пестрая, перламутровая, окраска. Это явление очень характерно для всех карбонатов.
Карбонаты — характерные минералы осадочных пород. Иногда они бывают гидротермального происхождения, а также могут получаться как химические осадки. Кальцит в изверженных породах является постериорным минералом, замещая в этих породах ранее бывшие на его месте минералы. Очень часто, как это ни странно, кальцит находится в щелочных породах, очень бедных самих по себе окисью кальция; здесь кальцит является минералом или эпимагматическим, или вторичным, отлагаясь по трещинам фельдшпатидов (нефелина, лейцита, содалита, нозеана). Кальцит нужно также считать и гибридным минералом, т. е. минералом, образовавшимся за счет вовлечения в изверженную массу посторонних известковых пород. Очень легко — легче всех минералов — кальцит перекристаллизовывается под влиянием повышенной температуры, причем вместо микроскопически очень тонкозернистой массы получаются ясно- или крупнокристаллические известняки, мраморы или контактовые известняки.
Для всех карбонатов очень характерна псевдоабсорбция, увеличивающаяся по своей резкости от кальцита к магнезиту. Явление псевдоабсорбции обусловлено тем, что по одному направлению у этих карбонатов преломление почти одинаково с преломлением канадского бальзама, вследствие чего ни спайности, ни трещин, находящихся в зернах, не видно; по другому направлению преломление здесь гораздо выше, чем у канадского бальзама, и это последнее преломление встречается во всех разрезах карбонатов, потому что этому преломлению соответствует ось Nm карбонатов. Благодаря этому высокому преломлению, все трещины спайности, все неровности на поверхности шлифа сразу выявляются, если колебание поляризатора происходит по направлению оси Nm, так что минерал меняет свою картину очень резко: в одном направлении — по Np' — он почти бесцветный с ровной поверхностью, в другом направлении — по оси Nm (имеется в каждом сечении) — он с шагреневой поверхностью и сероватый.
Для карбонатов очень характерны перламутровые цвета интерференции.
Карбонаты, обладая косой (по ромбоэдру) спайностью, должны давать в разрезах относительно этой спайности всегда косое погасание и только в исключительных случаях в разрезах для кальцита и других карбонатов можно наблюдать прямое погасание.
Некоторые начинающие смешивают кальцит с мусковитом, не замечая перламутровых цветов интерференции первого; перламутровые цвета очень нежны, в то время как мусковит дает резкие синие, зеленые, красные и т. д. цвета в скрещенных николях. Кроме того, у мусковита преломление во всех сечениях больше канадского бальзама; у мусковита относительно спайности должно получаться во всех сечениях прямое погасание, у карбонатов же прямое погасание относительно спайности может наблюдаться только в исключительных случаях. Наконец, у мусковитов двойники наблюдаются очень редко; у кальцита двойники и при этом полисинтетические — самое обычное явление.
Весьма легко спутать карбонаты со сфеном. Надо помнить, что карбонаты никогда не могут дать в шлифе цвета такой ясной окраски желто-бурой и оранжево-бурой, как это наблюдается у сфенов. У сфена преломление во всех сечениях гораздо больше, чем у канадского бальзама и у окружающих минералов, так что, например, где имеется пироксен, сфен с кальцитом смешать нельзя: у последнего преломление будет меньше, чем у пироксенов; у сфена преломление большое и заметно больше, чем у пироксена. Затем, карбонаты все отрицательные и одноосные, сфен — минерал двуосный и положительный, что лучше всего видно коноскопически. Начинающий может иногда спутать кальцит с канкринитом, но у последнего преломление меньше, чем у канадского бальзама, во всех сечениях, и перламутровых цветов интерференции у него никогда не бывает; погасание относительно трещин призматической спайности у канкринита может быть в разрезах и прямым и косым (вертикально стоящие трещины такой спайности и многие наклонные дают — см. общую таблицу — прямое погасание), у кальцита это погасание почти всегда косое.
Следует отметить, что кальцит под влиянием высокой температуры разлагается: CaCO3 ⇔ CaO + CO2. При атмосферном давлении такое разложение имеет место в промежутке ок. 700—900° в зависимости от примесей, особенно глинистых, понижающих температуру диссоциации. Плавления CaCO3 произвести поэтому при атмосферном давлении нельзя — еще до плавления минерал должен разложиться. Отсюда ясно, почему в излившихся породах кальцит может быть только эпимагматическим минералом.
Как различить карбонаты между собой? Как мы видели, карбонаты содержат слишком много разновидностей для того, чтобы их можно было определять совершенно однозначно только микроскопическим способом, а именно — в карбонатах наряду с постоянно повторяющимися элементами кальция, магния, железа и марганца встречаются также цинк и очень редко кобальт и свинец. Если отбросить эти последние три элемента, то в карбонатах будут 4 почти постоянно повторяющиеся составные части — окись магния, окись кальция, закись железа и закись марганца. Следовательно, входят 4 разных карбонатовых компонента, а карбонаты могут различаться микроскопически по двум коэффициентам преломления; поэтому совершенно очевидно, что только по коэффициентам (обоим) преломления карбонаты отличать друг от друга невозможно. В ответственных случаях приходится прибегать к определению удельного веса. Это выходит 3-я переменная, а у нас компонентов 4. Отсюда понятно, что в ответственных случаях без определения коэффициентов преломления, удельного веса и без качественных хотя бы химических проб отличать карбонаты друг от друга нельзя. Вообще же говоря, доломиты очень редко дают двойники [причем у встречающихся двойников шов совпадает с плоскостью спайности, что не бывает в кальците] и этим они отличаются от кальцита, имея, кроме того, большее преломление. Магнезит никогда не имеет полисинтетических двойников. У анкерита один из показателей преломления почти не отличается от канадского бальзама; правда, ось Np присутствует далеко не во всех сечениях карбонатов. Сидерит, наконец, отличается определенно от всех остальных карбонатов тем, что у него во всех сечениях преломление больше канадского бальзама, а в одном направлении по оси Nm преломление очень высокое, достигающее цифры 1,87.
Что касается количественной характеристики, то для кальцита преломление Np = 1,486 и Nm = 1,658; Np' — на пластинках по плоскости спайности (а вы всегда наблюдаете это сечение при иммерсионном методе) равен 1,566. Для того чтобы иметь представление о том, как по преломлению можно сделать некоторые заключения о составе, я вам приведу количества входящих в кальцит других карбонатовых молекул, а именно: кальцит может содержать до 7% FeCO3 и до 10% магнезитовой молекулы MgCO3. Встречаются также кальциты такого состава: около 75% CaCO3 и около 25% магнезитовой молекулы MgCO3; наоборот, встречается смесь из 25% кальцитовой молекулы и 75% магнезитовой молекулы. Последнее — достаточно редко. Ho из этих первых цифр вы можете сделать заключение, в каких пределах может колебаться коэффициент преломления кальцитов, если принимать во внимание коэффициент преломления чистого CaCO3 и преломление входящих в него молекул, имея в виду, что здесь коэффициент преломления изменяется более или менее пропорционально входящим компонентам.
Дальше — доломит: Np = 1,502; Nm = 1,679; Np' — на плоскости спайности — 1,588. Доломит может содержать до 2—3% родохрозитовой молекулы, т. е. MnCO3. Количество кальция в доломитах довольно постоянно, но может превышать содержание, требуемое формулой CaMg[CO3]2, тоже на величину около 5%. Иногда в доломите наблюдается до 16% кальцитовой молекулы.
Дальше магнезит MgCO3; Np = 1,509; Nm = 1,701; Np' — на плоскости спайности — 1,599. Магнезит содержит обыкновенно не больше 10% кальцитовой молекулы, не больше 2,5% родохрозитовой молекулы, дает изоморфные смеси всех составов с сидеритом; наиболее близкая к магнезиту смесь, встречающаяся часто в серпентинах и содержащая от 5 до 20% сидеритовой молекулы, называется брейнеритом.
Анкерит. Состав его можно выразить таким образом: Ca(Fe, Mg, Mn) [CO3]2, преломление — Np = 1,530; Nm обычно до 1,72. Количество родохрозитовой молекулы MnCO3 обыкновенно не больше 2—3%.
Сидерит: Np = 1,633; Nm = 1,875; на плоскости спайности Np' = 1,747. Сидерит, как указывалось при магнезитах, может содержать любое количество магнезитовой молекулы, т. е. возможны все переходы по составу между сидеритом и магнезитом.
Родохрозит, марганцовый шпат, имеет такие показатели преломления: Np = 1,597; Nm = 1,817; на плоскости спайности Np' = 1,701. Родохрозит может содержать во всех отношениях примеси сидеритовой, магнезитовой и смитсонитовой молекул [вероятно, также CaCO3]. Наконец, смитсонит — ZnCO3 имеет такие константы: Np = 1,621; Nm = 1,849; железосодержащий смитсонит называется магнеймитом.
[В кальците Ca2+ может изоморфно замещаться Mn2+ с образованием широкого ряда минералов, переходных от кальцита к родохрозиту. с соответствующими переходными свойствами. По показателю преломления эти карбонаты можно принять за доломит или анкерит и только химический анализ позволяет дать их точное определение, что очень важно при поисках марганцовых месторождений.
Из сравнения всех этих цифр и из сказанного выше вы можете вывести заключение, в какой мере вам могут помочь показатели преломления, только одни показатели преломления, для суждения о составе карбонатов. Очень хороший полевой способ для различения доломита [если другие исключены, т. е. в доломитизированных известняках] от кальцита дает Райт (Wright). Породу вы тонко растираете в ступочке, если она у вас есть, или просто на более твердом камне, и тонко растертый порошок помещаете на предметное стекло; затем покрываете порошок каплей альфа-монобром-нафталина, имеющего коэффициент преломления 1,658, т. е. равный Nm кальцита; все покрываете снова покровным стеклом (порошка брать совсем немного) и смотрите в лупу через полученный таким образом препарат на небо, поставив между этим препаратом и небом палец; благодаря последнему у вас получится косое освещение, а при таком косом освещении мы — вследствие совершенной одинаковости коэффициентов преломления кальцита и альфа-монобром-нафталина — будем иметь окрашенные в синий и красный цвета края около зерен кальцита, в то время как около зерен доломита почти никакой окраски наблюдаться не будет. Таким образом, уже в поле вы будете иметь возможность легко отличить, имеется ли в вашей породе доломит, и в какой мере доломитизирован известняк. Если вам надо будет прибегнуть к более точному способу, т. е. к химическим пробам, то рекомендуется растворять исследуемый карбонат на холоду при температуре 1—2° в уксусной кислоте, консистенции 0,1. При помешивании в течение 2 часов эта уксусная кислота растворит весь кальцит, а весь тот доломит и магнезит, которые были в породе, останутся нерастворенными. Пo количеству нерастворимого остатка вы можете судить о примесях.
Я потому достаточно долго останавливался на различении доломитов и кальцитов, что в последнее время вышла сводка, из которой явствует, что очень часто месторождения цветных металлов ассоциируют именно с доломитизированными известняками и с доломитами в тех областях, в которых наряду с известняками находятся изверженные массы. Вам, может быть, в поле придется следить за усилением доломитизации при поисковых работах, а тогда этот способ Ранта оказывает в этом случае неоценимые услуги.