Биотиты

08.12.2016

Перейдем теперь к биотитам — группе минералов, составляющих около 4% всей массы минералов земной коры, т. е. очень распространенных. Состав биотитов можно представить слагающимся из двух молекул, встречающихся отдельно в виде минералов: флогопит — KMg3[OH]2[Si3AlO10) и лепидомелан — KFe3[OH]2[Si3AlO10] (аннит, по Уинчеллу), причем Al2O3 может в широких пределах замещаться Fe2O3 (почти до 20%), Mn2O3 и, вероятно, Ti2O3; FeO и MgO замещаются MnO (до 21% вместе с Mn2O3 до 14% с лишком) [и Al2O3, так что количество атомов Al всегда больше, чем атомов К], K2O — окисью Na (до 6% с лишком), ОН — фтором (до 5,5%), очень редко MgO на CaO. Вообще состав сильно изменчив, и можно, например, вообще указать, что в группе биотитов количество главных составных частей меняется грубо в следующих пределах: MgO от 1,5 до 27,5%, FeO от 5 до 25%, Fe2O3 от 1 до 20%, TiO2 (весь Ti) от 0 до 12,5% и т. п.
Наблюдается также (Трёгер): 0,03—0,2 V2O3; 0,02—0,2 Cr2O3; 0,01% SrO; 0,1—3,0% BaO.
Сингония биотитов псевдогексагональная, моноклинная. Встречается минерал в виде пластинок, табличек, чешуек, розеток, листочков, редко в виде пирамидальных или более или менее изометричных кристаллов; в разрезах шлифов получаются иногда правильные шестиугольнички, ромбы, прямоугольники, последние по коротким сторонам обычно совершенно неправильно ограниченные формы. Спайность в высшей степени совершенная по третьему пинакоиду. В разрезах, где она видна, погасание всегда прямое, за исключением щелочных пород и лампрофиров, где достигает 7—8°. Двойники по слюдяному закону (см. мусковит, хлорит) наблюдаются почти только в лампрофирах и щелочных породах; в гранитах, диоритах, гнейсах и т. д. двойники исключительно редки.
Цвет обычно бурый разных оттенков, также буро-красный, оранжево-красный и красно-оранжевый довольно интенсивный, иногда почти черный, непрозрачный. От бурого цвета наблюдаются все переходы к зеленому, причем почти чисто зеленые, всегда почти желтовато-зеленые, биотиты сравнительно часты в кристаллических сланцах, контактных и вообще метаморфических породах, а также встречаются не очень редко в кварцевых олигоклазовых диоритах, называемых иногда плагиогранитами и трондьемитами, иногда в гранодиоритах и лампрофирах. В эффузивных породах зеленый биотит, по-видимому, совершенно не встречается. Исключительно также редко биотит имеет синий оттенок (обычно — буроватый и желтый), как примесь к зеленому цвету. Наконец, бледный, иногда очень бледный, биотит — розоватый, розовато-буроватый и т. д. — встречается в кристаллических известняках и лампрофирах; здесь он нередко бывает зональным, что очень характерно для биотитов, лампрофиров и богатых биотитом гранито-порфировых пород (асхистовых, переходных к диасхистовым). У флогопитов цвет обычно бледнее, чем у биотитов; оранжевый цвет, по-видимому, связывается большей частью с примесью титана в форме TiO2, может быть Ti2O3. Иногда может быть почти бесцветным.
Плеохроизм даже для бледноокрашенных биотитов очень характерен для этого наиболее плеохроичного минерала. Схема абсорбции Ng = Nm > Np, причем по Np цвет весьма слабый и минерал почти бесцветен; иначе говоря, в удлиненных прямоугольниках разрезов, где видна спайность, минерал приобретает в проходящем свете наиболее густую окраску в том положении, когда колебания поляризатора параллельны спайности или длинной стороне разреза. Эту схему абсорбции можно назвать биотитовой, и она в противоположность турмалиновой свойственна огромному большинству всех породообразующих минералов. Несмотря на большую распространенность этого минерала, указываемая биотитовая схема абсорбции нарушается исключительно редко. Мне известны из всей мировой литературы только пять случаев, когда у биотита наблюдалась турмалиновая схема абсорбции. К сожалению неясно, с чем она связана; иногда примесь окислов марганца путает все цветовые (абсорбционные) отношения; кроме того, следует отметить, что при сравнительно заметной примеси титана никогда не определяется даже в анализах отдельных биотитов (а не пород), в каком виде этот элемент входит в состав биотитов (TiO2, Ti2O3 или даже (?) TiO). [Сейчас выяснено, что обратная схема абсорбции характерна для некоторых редких биотитов, в которых алюминий в тетраэдрической координации в значительной части замещен Fe3+ Однако нельзя утверждать, что это является единственной причиной турмалиновой схемы абсорбции, в частности маложелезистых биотитов некоторых ультраосновных пород.] Очень характерны для биотитов плеохроичные оболочки, т. е. более густая окраска минерала непосредственно около включений, в нешироком кольце (в разрезе), измеряемом сотыми и тысячными долями миллиметра. Чаще всего они образуются около включений циркона, затем ортита, редко сфена и апатита, причем наблюдается — где это можно было установить определенно (швейцарские породы) — соответствие между возрастом пород и интенсивностью окраски и шириной оболочек. Это понятно из того, что плеохроичные дворики обусловлены действием радиоактивных примесей указанных включений. Так как бывают и пневматолитовые цирконы, то таким корреляциям едва ли можно доверять, пока не определен точный химизм включений.
В связи со всем вышесказанным понятно, что оптические константы биотитов сильно изменчивы. Двупреломление большей частью колеблется в пределах от 0,040 до 0,050. Для светопреломления приводятся такие цифры:
флогопит — Np от 1,534 до 1,565;
Nm = Ng от 1,565 до 1,606;
биотит и лепидомелан — Np от 1,598 до 1,630;
Nm = Ng от 1,630 до 1,700,
причем для Nm = Ng даются цифры 1,731 и даже 1,751. Однако последние две цифры едва ли верны. [В последнее время для дацитов Закарпатской области подтверждено существование биотита — оксилепидомелана — с показателем преломления до 1,76, так что указанные сомнения снимаются.] Преломление увеличивается вместе с увеличением железа, особенно окиси, и, вероятно, также титана, так что у флогопита меньше, чем у биотитов и, конечно, лепидомеланов. Обычные цифры для биотитов: Np — 1,56—1,60 и Nm = Ng — 1,60—1,66. Постоянно незначителен угол оптических осей, колеблющийся в огромном большинстве случаев в пределах от 0 до 10°, очень редко превышая эту цифру (лампрофиры, щелочные породы) и доходя в совершенно исключительных случаях до 42°, причем во всех случаях угол этот отрицательный.
Однако, изменчивость констант мы пока не в состоянии даже грубо связать с составом отдельных членов группы. Это, впрочем, понятно из того, что, оставляя даже в стороне влияние различных химических связей, мы имеем здесь слишком много независимых химических переменных, а количественно определяемых оптических независимых переменных у нас всего три — три показателя преломления (даже собственно два, так как Ng = Nm), к которым можно еще присоединить качественно и грубо определяемые в сущности две переменные: цвет по Ng = Nm и дисперсию. Даже привлечение еще одной константы — угла погасания — и сверх того удельного веса не сможет, хотя бы приблизительно, уравнять количество химических неизвестных с получаемыми физическими данными. Это, как указывалось, касается многих минералов и из них особенно чешуйчатых и пластинчатых, т. е. слюд, хлоритов, хрупких слюд, которые Лейс и Мид назвали очень гибкими в отношении состава минералами кристаллических сланцев, формами, особенно приспособленными для их заполнения довольно различным составом.
Переходя теперь к распространению биотитов, я обращу здесь ваше внимание на обстоятельство, которое, быть может, надо было упомянуть ранее. А именно, почти всюду и постоянно повторяется, как какая-то закономерность, полярность между магматическими и пневматолитическими и вообще эпимагматическими минералами. Резче всего она, эта полярность, бросается в глаза в группе перидотитов: магмы этих пород дают породы, почти лишенные Al2O3 и щелочей, а постмагматические минералы, связанные с этими породами, нередко как раз богаты и Al2O3 и щелочами (эпидоты, хлориты, корунды, альбиты, щелочные амфиболы). Затем диабазы, бедные Na2O, дают в контактах адинолн, богатые Na2O. Нефелиновые сиениты, те, которые мне удалось наблюдать, всегда содержали CaCO3, меж тем они бедны кальцием; наконец, граниты, породы, бедные окисью магния, очень часто при ороговиковании пород, несомненно, обогащают их магнием (биотит) и т. д., и т. д. Вопрос относится собственно уже к петрологии, но мне хотелось обратить на него ваше внимание, чтобы вы не удивлялись таким ассоциациям и не теряли время на многократные повторные проверки, если в перидотитах, например, встретите корунд, около диабазов — обогащение Na2O, около гранитов — обогащение геденбергитом, хотя сам гранит очень беден железом, а также обогащение биотитом и т. д., и т. д. Явление это по частой его повторяемости можно было бы назвать правилом полярности магматических и эпимагматических минералов.
Биотит — минерал, легко поддающийся изменению под влиянием эпимагматических и вторичных процессов. В этих случаях он бледнеет и постепенно становится бесцветным. Наблюдаются также всевозможные переходы от биотита к хлориту с постепенным изменением всех свойств биотита, и нередко получается полная псевдоморфоза хлорита по биотиту. Обычно биотит замещается в этих случаях пеннином. Очень часто располагается при этом по трещинам в виде грязных, полупрозрачных, линзовидных скоплений и зернышек эпидотовый минерал, такой мелкозернистый, что в микроскопе получается впечатление как бы загрязнения биотита при превращении его в хлорит. В этих грязных пылеобразных продуктах в скрещенных николях вы легко заметите кое-где высокую интерференционную окраску (при больших увеличениях), подобную эпидотовой. По рельефу, кроме того, ясно видно, что у этих землистых продуктов гораздо выше преломление, чем у биотита или хлорита. По этим признакам — а также по остаткам легко идентифицируемого эпидота внутри этих землистых продуктов или рядом с ними в совершенно одинаковых условиях — эти землистые продукты надо назвать эпидотовыми минералами. При более сильном изменении здесь отлагаются уже кальцит, водная окись железа и кварц. Наряду с эпидотом нередко при превращении биотита в хлорит образуются очень тонкие призматические кристаллики — иголочки рутила, называемые сагенитом; иногда образуется сфен. Флогопит иногда превращается не в мусковит (за этим надо строго следить), а в тальк. Биотит сам нередко замещает амфиболы и пироксены, а также иногда и оливин. Затем биотит получается, по-видимому как эпимагматический, а может быть и реакционный продукт, между магнетитом, ильменитом и окружающими последний минералами, даже плагиоклазами. Это наблюдается в изверженных породах.
Биотит — типичный магматический минерал, так как встречается в виде вкрапленников в эффузивных горных породах, обыкновенно кислых и промежуточных, для которых он и характерен. Путем сухого плавления подобно амфиболу получен быть не может. Получен (вместе с амфиболом) из безводных, но богатых фтором сплавов. [В этих слюдах ОН1- заменен на F1-что частично наблюдается и в природных слюдах, а также во многих других минералах, но возможно далеко не везде.] Это характерный минерал для наиболее распространенных пород — гранитов.
В эффузивных горных породах нередко наблюдается так называемая опацитизация биотита, т. е. превращение его, чаще всего только по краям, а иногда и нацело, в непрозрачное вещество — магнетит. Это превращение нельзя считать простой коррозией, т. е. растворением вследствие изменения физико-химических условий; иногда минерал полностью сохраняет при этом свои ограничения, и поэтому опацитизация есть, несомненно, распад, диссоциация, причем надо иметь в виду, что опацитизация у биотита происходит несколько труднее, чем это бывает у роговых обманок. Иногда опацитизация биотита происходит нацело, иногда только по краям его зерен; в некоторых породах можно наблюдать, что роговые обманки опацитизированы резко, а биотит почти или совсем не тронут. Вообще в отношении опацитизации минералы разделяются на легко ей поддающиеся и поддающиеся трудно; наиболее легко опацитизируются амфиболы, затем идут биотит, ромбический пироксен, и труднее всего подвергается диссоциации моноклинный пироксен. Замечено давно, что явления опацитизации, при прочих равных условиях, бывают тем интенсивнее, чем сильнее раскристаллизовывается основная масса эффузивной породы. Явление опацигизации надо поставить в связь с высокой температурой. Когда изверженная масса подходит к земной поверхности и изливается на нее, необходимо происходит соприкосновение ее с кислородом воздуха, т. е. процесс окисления, всегда сопровождающийся выделением очень большого количества тепла, так что лава, вылившись, снова раскаляется. Это тепло является одним из главных факторов опацитизации. (Тепло происходит от сгорания, от окисления.) Следующим не менее важным фактором опацитизации является, конечно, и скрытая теплота быстрой кристаллизации переохлажденных несколько расплавов, представляемых лавами. Поэтому, если лава закристаллизовывается на земной поверхности, а кристаллизация в данном случае идет быстро, то тоже выделяется большое количество тепла, и процесс поэтому в более раскристаллизованных лавах должен идти интенсивнее, чем в стекловатых лавах. [Основным фактором, по-видимому, нужно считать окисление Fe2+ до Fe3+ при соприкосновении с кислородом атмосферы.]
Останавливаться на этом явлении более подробно у нас нет времени и необходимых условий, но можно смело утверждать, что опацитизация является очень важным геологическим фактором, так как безусловно наблюдается только в породах, излившихся на земную поверхность или застывших на очень незначительной глубине от земной поверхности, куда достаточно свободно может проникать воздух. В глубинных породах, нормальных, опацитизация никогда не наблюдается. Если мы иногда и прочтем об опацитизации роговых обманок в диоритах или сиенитах, то всегда нужно требовать детальных описаний, — в каком залегании находится этот сиенит или диорит по отношению к другим породам. Если такие диориты или сиениты с опацитизированными роговыми обманками действительно вы будете наблюдать, то это укажет вам на то, что эти глубинные интрузивные породы, несомненно подвергались действию тепла от какой-нибудь ближайшей более молодой эффузивной породы. Иногда явления опацитизации наблюдаются даже в больших сравнительно включениях интрузивных пород внутри лавы. Тогда это явление вполне объяснимо с физико-химической точки зрения. Сначала биотит или роговая обманка кристаллизовались в глубинных условиях и получалась интрузивная порода, а затем происходили явления денудации пород и породы эти ближе подходили к земной поверхности. Ясно, что лава, извергавшаяся в этом месте, могла захватить обломки этих пород, и тогда биотит и роговые обманки становились неустойчивыми в условиях сильного жара эффузии, вследствие чего могла произойти опацитизация. Если у вас в породе совершенно нормального во всех отношениях габитуса наблюдаются явления опацитизации, то эта порода, наверное, или представляет собой лаву или остывала очень недалеко от земной поверхности. Обратное заключение не имеет силы, т. е. из того обстоятельства, что роговые обманки и биотит не опацитизированы; нельзя делать заключения, что породы не могут быть лавовыми; это следует из того, что иногда при опацитизированном амфиболе биотит остается нетронутым. С большим основанием можно сказать в случае роговой обманки, что, если она в данной породе эффузивного габитуса не опацитизирована, то, скорее всего, это не лава, а жила. Я еще раз повторяю, что опацитизация является очень важным геологическим фактором, помогающим иногда разобраться в геологическом положении данной породы. [Сейчас общность этого вывода приходится поставить под сомнение, так как в Закарпатской области несомненная опацитизация роговой обманки отмечена в андезитах, залегающих в виде жил, т. е. не излившихся на поверхность.]
Из всего сказанного ясно, что биотит почти не встречается в основных массах лав, т. е. эффузивных пород, и именно лав, а не в каких-нибудь жильных пород эффузивного облика. Зеленые биотиты, как оказывается, нередко встречаются в олигоклазовых кварцевых диоритах и особенно часто в кристаллических сланцах. В некоторых изверженных породах как эффузивных, так и жильных и интрузивных, вы можете наблюдать небольшие кучки биотита, разбросанные по полю шлифа. Эти кучки состоят из мелких агрегатов пластиночек и чешуек биотита. Этот биотит обыкновенно зеленого цвета, но иногда бывает и бурый. Иногда совершенно ясно видно по всем соотношениям структурным и по всему распределению этих участочков, что они эпимагматического происхождения. И надо считать, что биотит, располагающийся такими участками, всегда является минералом эпимагматическим, либо пневматолитическим, либо высоко гидротермальным, либо контактовым. Это обстоятельство иногда ясно указывает, что около изучаемой вами изверженной породы должна находиться другая изверженная масса, изменившая эту первую породу. Дополню еще, что для роговиков весьма характерно то, что шоколадно-бурый или буро-оранжевый биотит этих пород обыкновенно бывает неправильной формы, часто розетковидный и, как в указанных выше породах, часто собирается в отдельные кучки.
Биотит можно спутать с хлоритом. Надо сказать, что бурый хлорит, такой же бурый и такого же цвета, как биотит, не встречается. Ho бывает бурый хлорит, весьма похожий на бледноокрашенный биотит. Сразу уже в проходящем свете бросается в глаза, что такой светло-бурый минерал плеохроирует слабо. Это является первым указанием на то, что это не биотит. Следует только скрестить николи и наблюдать интерференционную окраску в тех разрезах, где заметна спайность, чтобы сразу же можно было сказать по низкому двупреломлению, что это не биотит, а хлорит. У биотита двупреломление редко спускается ниже 0,040, у хлорита редко поднимается выше 0,015 и никогда выше 0,020. [Биотит можно спутать также со слюдообразным минералом — стильпномеланом, обладающим также интенсивно бурой окраской и плеохроизмом.]
Биотит можно также спутать с амфиболом. Там, где в разрезах наблюдаются трещины спайности, такого смешения сделать нельзя, потому что в биотите, как указывалось, погасание всегда прямое и только очень редко в щелочных породах и лампрофирах доходит до 7—8°; в роговых обманках погасание относительно трещин спайности разрезов в исключительных случаях может быть прямым. Затем у биотита плеохроизм резче, чем у амфиболов. По этой резкости плеохроизма иногда можно в проходящем свете заметить, что два очень близкие на вид минерала принадлежат — один к амфиболу, а другой — очень густой окраски и резко плеохроирующий — к биотиту. На простом микроскопе иногда биотит от роговой обманки не удается отличить, если разрезов в шлифе немного и спайности не видно, но тогда точные методы исследования сразу выделят биотит по его очень незначительному углу оптических осей. Наконец, у биотита двупреломление значительно выше, чем у амфибола; при этом надо иметь в виду, что некоторые роговые обманки имеют двупреломление до 0,072. и руководствоваться одним только двупреломлением не приходится. Здесь можно отличить биотит от роговой обманки тем, что у бурой роговой обманки коэффициент преломления выше и доходит до 1.75, а у биотита коэффициент преломления не выше 1,690 (цифры 1,7 и выше не внушают доверия).
Биотит можно спутать с ортитом, который иногда бывает так же густо окрашен, как биотит, но плеохроирует менее интенсивно, чем биотит. У ортита коэффициент преломления больше и заметно меньше двупреломление. По одному двупреломлению опять-таки судить нельзя, — у ортита двупреломление поднимается до 30—35 тысячных. Наконец, биотит можно спутать с турмалином. Тут главное отличие может быть только по схеме абсорбции, — у биотита абсорбция биотитовая, а у турмалина обратная, т. е. турмалин гуще окрашен в том случае, когда длинная сторона разрезов перпендикулярна к колебаниям поляризатора. Турмалин никогда не бывает окрашен в шлифах в такой густой бурый цвет, как биотит, но временами плеохроирует не менее резко; чем последний.
Я еще раз повторяю, что соответствия между составом биотитов и их оптическими свойствами мы еще далеко не знаем и поэтому различать под микроскопом внутригрупповые разновидности темных слюд мы не в состоянии. Можно только сказать, что флогопиты вообще отличаются от биотита и лепидомелана по их низкому преломлению и по менее густой окраске. Лепидомелан отличается большим преломлением и более густой окраской и свойствен преимущественно кислым и промежуточным породам.