|
Рис.1 Зарисовка среза конкреции кремня, заключающей в себе полость,
выполненную агатом. (А) - канал;
(Б) - трещина, частично
инкрустированная халцедоном. Стрелка указывает на ту её часть, где
наблюдается выклинивание халцедона у границы кремень-известняк.
Приокский (Щуровский) карьер, Московская обл.
Рис.2.Зарисовка среза конкреции кремня с пустотами,
инкрустированными кремнезёмом. (А) - «канал» характерного строения;
(Б) - выклинивание последних слоёв агата, которое логично
рассматривать как продолжение «канала» (А); (В) - выклинивающиеся
корки халцедона. Видно, как они покрывают стенки полости только там,
где она находится в пределах окремнения. Приокский (Щуровский) карьер,
Московская обл.
Рис.3.Схематический рисунок, показывающий
взаимоотношения псевдосталактитов
и каналов
в жеоде
Рис.4.Кварцин (A) в жеоде молочно-белого кварца (Б). Русавкино,
Московская область
Рис.5.Обобщенная схематическая зарисовка одной из разновидностей
жеод (Русавкино) : (А) - ранний кварцин; (Б) - молочно-белый кварц
первой генерации; (В) - молочно-белый кварц второй генерации;
(Г) - идиоморфные кристаллы кварца второй генерации в кварцине;
(Д) - агрегат кварцина внутри жеоды;
(Е) - прозрачный бесцветный кварц
последней генерации
Рис.6.Зарисовка среза кварц-кварциновой конкреции
с жеодой. Русавкино, Московская область
Рис.7 (а,
б, в). Кварц-кварциновые жеоды, образуемые срастанием нескольких
небольших конкреций. В полостях растворения доломита.
Щёлковский карьер,
Московская область
Рис.8.
Замысловатоформная кварц-кварциновая конкреция,
4 см. Щёлковский карьер, Московская обл.
Рис.9. Кварц-халцедоновая конкреция с жеодой
внутри, 5 см. Образована
срастанием сфероидолитовых дендритов. Бразилия.
Фото 1. Хорошо видимые
"взвешенныме" (не прикрепренные к стенке) центры роста белой
окраски, состоящие из опала и кристобалита, у края в самом первом
слое агата.
Фото 2. Глобулы в халцедоне в жеоде из эффузива |
©
В.А. Слётов
К ОНТОГЕНИИ КОНКРЕЦИЙ И ЖЕОД
КРЕМНЕЗЁМА
Приводятся данные о
строении разнообразных малых минеральных тел кремнезема из
осадочных пород. Обсуждаются модели, описывающие их эволюцию и
возможные схемы онтогении кварцевых и халцедоновых жеод
и кварц-кварциновых
конкреций.
ЖЕОДЫ В КРЕМНЯХ
Кремни различного строения
обычны в карбонатных каменноугольных отложениях Московской
области как самостоятельные образования, в то время как
агатовые и идентичные им кварцевые и халцедоновые жеоды обычно
находятся в пределах участков интенсивного окремнения или в
непосредственной близости от них, обнаруживая с
ними тесную пространственную взаимосвязь.
Места массового нахождения агатовых, кварцевых,
халцедоновых жеод и кварц-кварциновых конкреций в Подмосковье,
несмотря на их многочисленность, носят локальный характер.
Они тяготеют к самым верхам карбонатной толщи, часто приурочены к
палеокарсту, пространственно ограничены участками, масштаб которых
измеряется от нескольких десятков метров до нескольких километров. Известняки
или доломиты несут здесь следы интенсивной переработки активными
растворами, с растворением карбонатов и/или замещением их кремнезёмом,
с обилием пустот с минералами кремнезёма,
иногда также с незначительным но явным ожелезнением.
Большинство из известных
точек массового нахождения интересующих нас тел кремнезёма в
Подмосковье связаны с древним рельефом, заложенным в мезозое, и
тяготеют к бортам долин больших рек. Русла которых в свою очередь
приурочены к проходящими здесь глубинным разломам. Но
эта тема заслуживает особого обсуждения и анализа.
Обратимся к зарисовке характерного образца (рис.1). Кремневая
конкреция неправильной формы находится в известняке и заключает
в себе полость, выполненную многоцветным агатом. Слои агата
образованы халцедоном, кварцином и кварцем, имеют структуру друз
роста с хорошо выраженным ортотропизмом и геометрическим отбором
[Григорьев Д.П.,1961]. Кремень разбит многочисленными трещинами,
заполненными халцедоном первого слоя агата. Трещиноватость более
интенсивна в центральной части конкреции, в периферических её
частях сходит на нет, а местами совсем отсутствует. На дне
агатовой полости - скопление обломков кремня, сцементированных
халцедоном.(Зарисовка образца приводится в той ориентировке,
в которой он находился в коренных известняках).
В правой нижней части агата виден «канал»,
(по Д.П.Григорьеву и Т.А.Карякиной[1962]) характеризующийся последовательным
выклиниванием нескольких первых слоев агата. Дальнейшие слои
остаются неизменной толщины - «заросший канал». Там, где находится
«канал», сходит на нет, выклинивается и окремнение (см.А на
рис.1).
В
пределах штуфа находится небольшая пустотка вне области
интенсивного окремнения, в массе слабо окремненного известняка (В на рис.1).
Характерно, что выполнение этой пустотки кремнеземом
гораздо слабее, чем полости в кремне. Оно представлено
маломощной друзовой коркой кварца с халцедоном в основании.
Особо показателен характер выполнения трещины, протягивающейся
как через известняк, так и, в продолжении своем, через край
кремневого стяжения (рис.1, Б). Там, где трещина
прослеживается в пределах интенсивного окремнения, она заполнена
халцедоном. По мере приближения к краю кремня выполняющая ее
халцедоновая корка становится тоньше, затем у границы
кремень-известняк выклинивается аналогично тому, как это бывает в
каналах агатовых жеод. Продолжение трещины в известняке лишено
инкрустации вовсе. Свод полости разбит многочисленными
трещинами, а в нижней её части обращает на себя внимание
скопление сцементированных халцедоном обломков кремня и
частично окремненного известняка. Судя по всему, обломки внизу -
фрагменты, отделившиеся от свода полости и под
действием силы тяжести упавшие на ее дно до начала отложения
агата.
Рассмотрим еще один пример (рис.2). Крупное стяжение кремня
находится в рыхлом, "трухлявом" известняке.
В пределах стяжения интенсивность окремнения непостоянна. Кремень заключает в себе
целый ряд реликтов рыхлого известняка. Внутри кремневой
конкреции и окружающем её известняке наблюдаются каверны
различных размеров. Наибольшая из них находится почти всецело в
пределах окремнения. Часть этой полости /1/ отделяется от
остальной части /2/ перемычкой, оставляющей только узкий (около
5 мм.) проход.Стенки полости выстланы слоистым халцедоном, на
котором в большей части полости /1/ нарастает друзовая корка
кварца. В сужении полости кварц выклинивается и в другой,
меньшей части /2/, он отсутствует. Далее, в меньшей части
полости, хорошо прослеживается канал, нижний слой халцедона
сходит на нет /А/, и там же, как и в предыдущем примере,
выклинивается и окремнение. Особого внимания заслуживает
характер выполнения халцедоном небольших каверн /В/, находящихся
на контакте кремня с вмещающим его известняком или с ксенолитами
того же известняка в кремне. Характерно, что такие пустоты
инкрустированы халцедоном только отчасти, причем халцедоновые
корки локализованы на поверхностях пустот, сложенных кремнем.
Вдоль границ кремень-известняк они плавно выклиниваются, а со
стороны известняка отсутствуют. Гравитационной текстуры этих
корок в масштабах образца не отмечается.
Таким образом, намечается приуроченность агатов к участкам
окремнения известняка.
Мы привели описание только двух из сотен просмотренных образцов.
Обширный фактический материал, включая и два охарактеризованных примера,
существенно дополняет известные взгляды на происхождение
каналов в агатах [Григорьев Д.П., Карякина Т.А.,1962; Шаронов В.М.,1971].
Напомним, что каналы в агатовых жеодах интерпретируются в
качестве "проходов для питания" растущих из
истинного слабоконцентрированного раствора слоев агата.
Но утверждается, что в каждой жеоде бывает лишь по два канала:
один - подводящий питающий раствор, другой - отводящий раствор
отработанный. Высказываются и другие предположения и гипотезы.
Их обстоятельный анализ приводит А.А.Годовикова с соавторами
[1987] к выводу о том, что ни одна
из предложенных моделей не может считаться удовлетворительной. С чем нельзя не
согласиться.
Каналов в жеодах агата и халцедона, а также в аналогичных им
кварцевых жеодах, бывает разное количество. Так, в
одной агатовой жеоде автором насчитано до сорока каналов, а во
многих жеодах удаётся отыскать только один. Встречаются «одномерные»
каналы, оканчивающиеся капиллярной порой, и «двумерные», оканчивающиеся
капиллярной трещиной и имеющие протяженность по нескольку
сантиметров. Каналы бывают заросшие, как, например, на рис.1.
Здесь после зарастания канала отложилось кремнезема (причем, все
в тех же формах - халцедон, кварцин и кварц) не менее, чем при
наличии в жеоде незаросшего канала.
Встречаются
также "поздние" каналы, проявляющиеся выклиниванием
только нескольких поздних слоев агата, не затрагивающим
более ранние слои. Начальные же слои под устьем канала
бывают рассечены залеченной трещиной, идущей далее во вмещающую
породу.
Для объяснения
таких фактов каналы предлагается рассматривать как участки полости,
где вещество отлагалось с меньшей скоростью, чем в остальной
её части, из-за наличия градиента концентрации в питающей среде.
Возможно там, где мы видим канал, происходило смешение
раствора внутри полости и порового раствора, всасываемого в неё из трещины
во вмещающей породе. Возможно, что в результате диффузионного смешения
этих растворов происходит локальное понижение концентрации кремнезёма
в области канала, и тем значительнее, чем ближе к самой узкой его
части - капиллярной поре. Оттого в пределах этой области скорость
отложения вещества замедляется, а начало канала не зарастает вовсе. Наряду с этим
нельзя исключить и постепенный отток через канал избыточной
жидкости, если она образуется в полости в ходе кристаллизации.
Сказанное выше поясняет простая схема (рис.3).
На рис.3 также показано, как псевдосталактиты в
халцедоновых жеодах из Старой Ситни в случаях, когда они «зависают»
над каналом, приобретают коническую форму, утоньшаясь вблизи
канала тем сильнее, чем они ближе к нему расположены. Если
расположены боком, то утоньшается та их сторона, которая
оказывается вблизи канала. Такое влияние канала может
распространяться на расстояние до 2-3 см. от его устья. Значит,
изменение условий роста рядом с каналом имеет объемный, а не
поверхностный характер [Слётов и соавт, 2001г.
рис.16].
Заслуживает особого внимания и морфология корок
халцедона в пустотах, находящихся на границе кремень-известняк и
в открытых трещинах, проходящих такую границу. Это своеобразные
«развернутые» каналы.
Касаясь онтогении самих агатоносных пустот важно подчеркнуть, что в нижней части крупных агатовых
жеод часто наблюдаются миниатюрные «обвалы» из
сцементированных слоями агата обломков кремня и
окремненного известняка, - отделившихся и упавших
на дно фрагментов трещиноватого свода (рис.1). Бывает видна
также интенсивная трещиноватость кремня вокруг агата,
иной раз напоминающая таковую в септариях. К
слову сказать, скорее всего и литофизы с агатом в эффузивах
находятся к септариям осадочных пород куда ближе не только
морфологически,но и генетически, вопреки сложившимся
представлениям [Годовиков и соавт., 1987].
Важный вопрос об источнике кремнезёма для окремнения
с одной стороны, и для образования агатов и конкреций с другой,
пока остаётся открытым.
КВАРЦ-КВАРЦИНОВЫЕ КОНКРЕЦИИ И ЖЕОДЫ
Рассмотрим строение кремнистых образований иного вида. Это
сложные агрегаты кремнезёма в виде конкреций или жеод, сложенные
кварцином и кварцем, из Русавкинских карьеров. В отличие от
описанных выше агатов, это очень специфические минеральные тела,
они заслуживают особого внимания в силу своей большой
генетической информативности.
Строение типичных для Русавкино кварц-кварциновых жеод с
кальцитом и их скоплений в виде линз в доломитах описано ранее
[Слётов, 1976]. Было показано, что
происхождением своим они обязаны метасоматическому
преобразованию и частичному замещению кремнезёмом линз и
прожилков кальцита. Такая модель при рассмотрении явления шире
оказалась достаточной для описания только самых распространённых
в этих местах объектов и недостаточна для понимания некоторых
жеод более сложного строения. Новый материал и дополнительные
наблюдения заставили искать конкретно для них более сложную
картину онтогенезиса. Рассмотрим типичные примеры
строения этих удивительных минеральных тел.
В образце, изорбаженном на рис.4, корпус жеоды сложен друзовой
коркой кварца с тонким, непостоянной мощности слоем красного
кварцина в основании. Строение друзовой корки корпуса жеоды не
отличается от описанных ранее [Слётов, 1976], но
внутри жеоды находится ещё и агрегат кварцина причудливых
очертаний. Кварцин тонковолокнистой сферолитовой структуры,
равномерно окрашен в коричнево-красный цвет дисперсным
гематитом. Кварциновое тело прикрепляется к корке кварца корпуса
жеоды, но только местами, а местами между ним и кварцем остается
свободное пространство. Поверхности кварцинового тела
не всегда гладкие, но имеют четкие и плавные границы. Изучение в шлифах
и срезах показало, что эти поверхности не вполне увязываются с
зональным внутренним строением кварцинового агрегата.
В кварцине включены произвольно ориентированные идиоморфные
кристаллы кварца. Некоторые из них выступают из кварцина в
свободное пространство между ним и друзовой коркой кварца
корпуса жеоды. Замечено, что при этом поверхность агрегата
кварцина несколько приподнимается вокруг кристаллов кварца,
образуя подобие менисков. В прозрачных шлифах видно, что волокна кварцина разрастаются как
от кристаллов кварца корпуса жеоды, так и от кристаллов, заключенных в теле кварцина.
В кварцине находится пустотка, образованная полусферическими
поверхностями и инкрустированная друзовой коркой бесцветного
прозрачного кварца. Подчеркнём, что здесь граница кварцина иная,
она согласуется с внутренним строением его агрегата,
постоянна и толщина его слоёв.
На рис. 5 показано строение более сложно устроенной
жеоды этого типа. Основу её корпуса образует каркас из радиально-лучистых
срастаний кварца, имеющих с поверхности жеоды вид округлых или
неправильно вытянутых лепешек, в сечении - веерообразных. В
основании у них находятся сферолиты красного кварцина, от
которых по радиусам, но лишь в направлении к центру жеоды,
вплоть до направления по касательной к её поверхности, разрастается кварц.
На радиальных сростках кварца изнутри жеоды нарастает друзовая
корка кварца второй генерации. Образующие корпус жеоды
радиальные сростки кварца соединяются между собой перемычками,
образованными разросшимися навстречу друг другу, подобно
пещерным заберегам, веерообразными агрегатами кварца. С наружной
стороны жеоды в их основании находится корка кварцина /1/ на
рисунке 5). Далее внутрь жеоды за ними следуют вторые внутренние
перемычки /2/, устроенные аналогично первым. Они сложены кварцем
второй генерации и кварцином. Уровень наружной перемычки всегда
бывает «ниже», ближе к центру жеоды относительно её основной
поверхности, образованной кристаллами кварца радиальных
сростков. Следующая перемычка бывает несколько вогнута внутрь
жеоды, между перемычками сохраняется линзовидная или щелевидная
в сечении полость /4/.
Перемычки эти в своей средней части рассечены трещинами
(/3/ на рисунке 5), через которые сообщаются
пустоты между центральным кварциновым телом и корпусом жеоды, с
пустотами между перемычками, выходящими на поверхность жеоды. В
масштабе целой объемной жеоды пустоты между перемычками имеют
вид замысловатой системы миниатюрных ходов, туннелей, щелей,
тянущихся внутри её корпуса между радиально-лучистыми сростками
кварца. В нетронутой жеоде они скрыты от непосредственного
наблюдения внешними перемычками, но могут быть прослежены по
системам связанных с ними трещинок, выходящих на поверхность.
Большей частью они сообщаются между собой.
В центре жеоды располагается кварциновое тело характерного
строения, аналогичное таковому на рис.4. Типичны характер
прикрепления его к корпусу жеоды, наличие включенных внутри
кварцина кристаллов кварца, форма пустот между телом кварцина и стенкой жеоды /5/,
и совсем иное строение центральной пустотки в кварцине.
На рис.6 показано сечение другой жеоды. Как и на рис.5,
здесь обращает на себя внимание наличие двух
поколений кварца корпуса жеоды. Кварц первой генерации местами
также образует радиальные сростки, направленные внутрь жеоды. Но
здесь они местами переходят в друзовую корку [Cлётов,1976]. Между соседними
радиальными сростками кварца - II прослеживаются перемычки с
трещинами, их можно видеть и в пределах друзовых участков
корпуса жеоды. В агрегате кварца - II наблюдается
ряд сплошных перемычек без трещин. Деталь, казалось бы
незначительная, но именно от этого зависит, каким образом идет
дальнейшее отложение кремнезема внутри жеоды; там, где трещина
не проходит целиком через стенку жеоды, внутри неё на корке
кварца - II закономерно нарастают слои кварцина.
Там, где трещина проходит насквозь через корпус жеоды, напротив
выхода этой трещины внутри жеоды кварцин не отлагается. К этим
местам приурочены пустоты. Как видим, там, где
внутреннее пространство полости сообщалось через трещину в
перемычке с внешней средой, возникал четко обособленный участок,
где не происходило отложение кремнезема. Граница двух различных
сред, как и унаследовавшая её граница кварцинового тела, выражена
достаточно четко. Там, где через стенку жеоды проходят близко
друг от друга сразу несколько трещин, просматривается
«слияние объемов», в которых кврцин не отлагался. Вопрос - что
приводило к образованию одной большой полости с той стороны
жеоды, где локализованы трещины?
Было найдено несколько образцов
жеод, в которых поверхность
внутреннего кварцинового тела обнаруживала бугристую
макроглобулярную структуру с размером глобул 1-2 мм., аналогичную
поверхности пустот и пор в хризопразах [Барсанов Г.П.,Яковлева
М.Е.,1981] и [фото].
Пустоты центральной части тел кварцина обычно выстланы
кристаллами белого прозрачного кварца. В то же время инкрустация
поздним кварцем не наблюдалась в пустотах, приуроченных к
трещинам. На рис.6 ориентировка среза такова, что все
перемычки с трещинами оказываются локализованы по одну сторону
жеоды, и центральное тело кварцина как бы «прижато» к
противоположной стороне полости. В таком сечении агрегат
кварцина приобрел внешнее сходство с некоторыми линзовидными
агрегатами настурана из гидротермальных жил [Дымков Ю.М.,1973], имеющими, возможно,
несколько иное происхождение. Намечается и некоторое генетическое родство между каналами в
агатах и незарастающими пустотами вдоль трещин в перемычках
русавкинских жеод.
Возвращаясь к конкрециям, рассмотрим ещё один яркий пример.
Неподалёку от подмосковного города Щёлково карьером вскрыта
толща известняков, сменяющихся сверху доломитами с конкрециями и
прослоями кремня непостоянной мощности (15-20 см.). К ним
приурочено множество кварц-кварциновых конкреций, размером от
совсем мелких до десятисантиметровых. В пределах прослоев кремня
в изобилии находятся полости неправильной формы, местами весьма
крупные, стенки которых целиком равномерно инкрустированы
друзовыми корками (щётками) бесцветного кварца. А
кварц-кварциновые конкреции мы находим приросшими на кремнёвых
прослоях по их границе с доломитом, (доломит в таких участках
сильно кавернозен), либо вблизи прослоев в своеобразных пустотах
доломита (рис. 7). Конкреции в этих пустотах часто не прикреплены
к поверхности стенок и свободно из них извлекаются.
Наблюдались также случаи, когда вдоль контакта с кремневой
конкрецией происходит с одной стороны растворение, так что она
сама выпадает из доломита, а с противоположной стороны - нарастание
на ней кварцина, кварца, или развитие прикрепленной к
ней кварц-кварциновой конкреции или жеоды. Местами в прослоях
кремня встречаются ксенолиты карбоната. Там, где они растворены,
в образовавшихся пустотах находятся реликтовые корочки
кремнезёма, заполнявшие трещины в карбонате. Они имеют вид
переплетающихся сеточек, паутинок, и на них как на затравках
нарастают кристаллы кварца, образуя ажурные ячеистые агрегаты
сросшихся друзовых корочек.
Внутреннее строение кварц-кварциновых конкреций имеет
своеобразные общие закономерности, которые предлагается
рассмотреть на примере зарисовки характерного образца (рис.8).
Основой конкреции является,
условно говоря, ядро, образованное
сросшимися зональными «субконкрециями». Их центры роста
расположены хаотически и не тяготеют к какой-бы то ни было
стенке или иной поверхности нарастания, то есть при зарождении и
первоначальном росте они находнном» состоянии до
тех пор, пока не срослись между собой.
В центре каждой «субконкреции» - ядро из кристобалита
(люссатита), затем - кварцин, а затем - кварц. На
основу, образованную срастанием этих «субконкреций», нарастает
друзовая корка кварца переменной толщины, непременно сходящая на
нет с одной или сразу с нескольких сторон конкреции. Зарождение
«субконкреций» происходило, как видно, неоднократно. Но
кристобалитовое ядро находится в центрах «субконкреций» только
ранней генерации. Закономерное друзовое строение внешней
кварцевой корки иногда нарушается отдельными идиоморфными
кристаллами кварца, приросшими к ней в беспорядочном положении и
как-бы «неизвестно откуда упавшими» (см. рис.7). Местами
конкреции срастаются между собой с образованием крупных
замысловатых жеод или бугристых корок.
Как видно на рис.8, разрастание центрального ядра постепенно
становится неравномерным (справа-сверху от центра).
Участки слоёв, росшие с опережением, отрываются и зависают, оставляя под
собой свободное пространство, где позднее дорастает кварц или
остаются пустотки. А то и вовсе сходят на нет, выклиниваются,
оставляя между собой промежуток, провал в виде каньончика (в
данной конкреции он зарос кварцем).
Эти детали строения конкреций отражают то обстоятельство, что ускоренный
рост единого объекта в одних направлениях соседствует с
его замедлением вплоть до полного подавления роста в других
направлениях. Наиболее выразительным это явление
можно наблюдать в конкрециях аналогичного строения из Бразилии
и Уругвая, Монголии и многих других мест.
Как же устроены
те конкреции? А они представляют собой сложные
кварц-халцедоновые либо кварц-кварциновые с лютецином
(моганитом?) агрегаты, имеющие, в первом приближении, некоторые черты
сходства со сфероидолитовыми дендртами. На срезах можно видеть, что
зарождение и разрастание каждого очередного поколения субагрегатов
такой конкреции - "сфероидолитов", перекрывает собой рост предыдущего (рис.9),
аналогично тексурам, описанным Ю.М. Дымковым для
арсенидов Ni [Дымков, 1985].
Но в нашем случае важно то, что
такой агрегат, напоминающий сфероидолитовый дендрит, развивается лишь в пределах некоторого
ограниченного извне пространства, вдоль неких не присущих его «внутренней
природе» - (иначе он начал бы неизбежно ветвиться во все
стороны, как подобает дендриту) границ. Такой границей могла
служить, например, поверхность раздела (контакта, взаимодействия) двух
различных по своим свойствам сред, аналогично тому, как это
происходит при росте "заберегов" и конически-уплощённых конкреций,
растущих на границе раствор - газ на поверхности наземных или
подземных водоёмов. В эффузивах это могли быть миндалины с воздушными
пузырями в геле кремнезема или пустоты, заполнившиеся
несмешивающимися между собой растворами с устойчивой во времени
границей раздела.
В случае шарообразной замкнутости такой границы происходит
формирование конкреции с жеодой внутри. Разрастаясь фронтами, обычно от
нескольких центров зарождения, "субконкреции"
смыкаются либо частично, образуя подобие чаши, либо полностью,
образуя внутри себя жеоду, с наружной поверхностью в виде
волнообразно набегающих друг на друга бугорчатых колец,
соответствующих волнам новых поколений субконкреций.
На внутренних стенках жеоды нарастают кристаллы кварца. Они
продолжают собой рост волокон слагающих стенку агрегатов, отчего всегда
находятся в строго закономерной ориентировке. На наружной
поверхности жеоды часто находится корочка аморфного
кремнезёма (кристобалита, опала?), а в ряде случаев можно наблюдать также вросшие в
кварцин одиночные или множественные кристаллы бесцветного флюорита.
Образования такого плана описаны под названием "лютециновых
гексалититов" (лютецин - разновидность кварцина, отличающаяся
отклонением волокон от оси С на 30 градусов.) [Годовиков А.А. и
др.,1991; Годовиков А.А.,Степанов В.И.,2003], и рассматриваются
как «частично кристаллические тела», образующиеся из полимеров и
сохраняющие в себе на микроуровне частицы
нераскристаллизовавшегося исходного полимерного материала.
Сформулированы убедительные
доводы о теоретической невозможности отложения друзовой или
сферолитовой корки из вязкой среды студневидного
коагулировавшего геля [Степанов,1976]. Классические сферолитовые
корки имеют кристаллизационную природу и своей формой не обязаны
силам поверхностного натяжения геля [Дымков Ю.М.,1973]. Вместе с
тем, собранные факты заставляют предполагать, что на начальной
стадии образования агатов, некоторых жеод и конкреций кремнезёма
важную роль играли коллоидные фазы. Но внешнее сходство
поверхности некоторых минеральных форм с поверхностью гелей
является слишком формальным и обманчивым признаком и мало о чём
говорит без досканального анализа внутреннего строения, структур
и текстур конкретных минеральных тел. А использование таких
утративших определенность из-за долгого некорректного использования
терминов, как "колломорфные" или
"натёчные" агрегаты,
часто только запутывает вопрос, уже ставший
причиной многолетней путаницы в понятиях и генетических
интерпретациях.
Находки глобулярных агрегатов кремнезема и часто наблюдаемые в халцедонах
и краевых слоях агатовых жеод взвешенные микроглобули (фото1 и 2), часто
наблюдаемые признаки одновременного совместного отложения сферолитовых слоев агата со
слоями опалового отстойника в жеодах (см.>), картины усадки в
кремневых конкрециях с колломорфными (в истинном, строгом смысле
этого термина) образованиями в полостях усадки
(см., см.,
см., см.,
см.),
- эти и многие другие факты дают основания не исключать
определённую роль коллоидных растворов на самых ранних, начальных стадиях
формирования малых тел кремнезёма.
А.Айлер (Айлер, 1982) отмечает: «...Осаждение
коллоидных частиц кремнезема значительно ускоряется, а отложения
становятся гораздо более плотными и прочными, когда наряду с
коллоидными частицами осаждается растворимый кремнезем. В
некоторых видах горячих источников вода содержит растворимый
кремнезем, находящийся в равновесии с коллоидным кремнеземом и
какими-либо растворимыми солями. При охлаждении такого раствора
на твердых поверхностях осаждаются коллоидные частицы.
Одновременно охлажденный раствор становится пересыщенным по
отношению к растворимому кремнезему, который затем отлагается на
слое уже осажденных коллоидных частиц, связывая их вместе.
Большая часть отложений кремнезема, по всей вероятности,
наращивается именно таким путем... В природе время от времени,
вероятно, имеет место почти любое воображаемое сочетание условий.
Молекулярный кремнезем может в дальнейшем осаждаться до тех пор,
пока кремнистое отложение не станет полностью непроницаемым.
Подобный эффект наблюдается в некоторых видах опалов и на
стенках жеод» [18].
А.А.Годовиков с соавторами [1987], анализируя обширные
фактические и литературные данные, склоняются к выводу о
преимущественно диффузионном механизме отложения кремнезёма. Но
не исключают при этом возможности его образования
как из пересыщенных коллоидов-золей, так и из полимерной среды.
Кремнезём может быть достаточно подвижным компонентом
различных физико-химических систем, переносу кремнезема должна
благоприятствовать щелочная среда, его выделению - смена её на
кислую. Наиболее вероятный источник кремнезёма для образования
агатов в осадочных толщах - высвобождение SiO2 при гидролизе
различных силикатов, в том числе глинистых минералов, в
частности, монтмориллонита при его выветривании. Образующийся в
результате этих процессов кремнезем оказывается активным
фактором силицификации, в частности карбонатных пород, -
процесса, чрезвычайно широко распространенного в земной коре. В
пустотах выщелачивания силицитов эти растворы отлагают иногда
кремнезем в виде халцедона и агатов. Они же приводят к
псевдоморфизации минералами семейства кремнезема кораллов,
животных остатков, карбонатных и сульфатных конкреций (Годовиков,
1987).
Как известно, растворимость
кремнезема существенно зависит от щелочности среды. В
нейтральной и очень кислой среде растворимость кремнезема
минимальна. При рН 2-3 незначительно увеличивается, а в щелочной
среде резко возрастает, и тем больше, чем меньше размеры частиц.
При этом присутствие в воде примесей электролитов в нейтральной
и особенно щелочной средах увеличивает растворимость кремнезема
(без существенного влияния на значение равновесной растворимости
кремнезема всех видов). Молекулярная форма кремниевой кислоты в
зависимости от степени полимеризации может быть представлена
монокремниевыми (мономерно-димерные формы), поликремниевыми и
коллоидными кремниевыми кислотами (гидрозолями).
При изучении
форм нахождения кремния в почвенных водах [15] выделены
монокремниевая кислота, её олигомеры, низкомолекулярные и
высокомолекулярные поликремниевые кислоты. Показано, что в любой
системе вода - твёрдая фаза существует равновесие между
мономерными и полимерными формами кремниевой кислоты, которое
устанавливается путём образования промежуточных и нестабильных
низкомолекулярных олигомеров, выделенных в класс совсем недавно
[16]. Наименее изученными формами растворенного кремния являются
кремнийорганические соединения. В поверхностных водах наряду с
мономерно-димерными и полимерными формами кремниевых кислот
могут находиться их формы, связанные с органическими веществами.
Особое значение имеют соединения кремниевых кислот с гумусовыми
веществами: гуминовыми и фульвокислотами [17].
На примере изучения окремнённой древесины было показано, что «...процесс
окремнения для большей части образца включает перенос
пересыщенного раствора растворимого мономера Si(0H)4 за счет
диффузии через всю структуру. Если этот процесс происходит при
обычной температуре, то концентрация кремнезема в растворе вряд
ли превысит 0,02 %, а скорость осаждения не будет больше чем 1
мм за 1600 лет. Поскольку скорость диффузии растворимого
кремнезема, в том числе через микропоры, относительно велика, то
это значит, что процесс осаждения кремнезема может непрерывно
происходить даже в полостях, доступ в которые имеется лишь через
очень небольшое число пор. Так может сформироваться плотная,
почти непроницаемая масса окремненных структур дерева. Трудно
себе представить, как такой процесс мог бы быть ускорен, скажем
в тысячу раз, в лабораторных условиях» (Р.Айлер, 1982, ч.1, с. 52)
Основываясь на новых данных о полимерах
и мономерах кремнезёма американского ученого П. Дж.
Хейни [1993], возможность существования
высококонцентрированных субстанций кремнезёма в природе в виде
линейных полимеров - продуктов конденсации силоксановых групп
SiOH по схеме:
(-=)Si – OH + HO - Si(=-) →
(-=)Si – O – Si(=-) + H2O
обсуждает в статье «Агат и его загадка» Б.З. Кантор [2000].
Имеющиеся факты заставляют предполагать, что онтогенезис
агрегатов кремнезёма вряд ли может вписаться в
одну простую единообразную генетическую модель. Несомненно,
основную роль в процессах его отложения и переотложения
играет диффузия. Вопрос о среде кристаллизации - её химизме
и путях формирования, пока остаётся открытым. Роль коллоидных
фаз при образовании конкреций кремнезёма типа русавкинских,
наверное, была весьма существенной, она очевидна как минимум на
ранних стадиях роста слоёв. Но не в виде тех коллоидов-гелей в
понимании Ф.В.Чухрова и его последователей, а в виде золей из
подвижных гллобулярных коллоидных частиц.
Разнообразие особенностей строения конкреций и жеод кремнезёма предполагает,
судя по всему, и многообразие условий и сред его отложения.
На разных этапах формирования этих минеральных тел важную роль
могли играть и истинные растворы, и полимеры, и коллоидные
субстанции. Возможно, что причина появления и живучести
фантастических концепций агатообразования (коагуляция геля,
протекание растворов и тд) кроется в затруднительности
оторваться от нашего бытового опыта и представить себе медленные
процессы переотложения вещества при застойных гипергенных условиях
в координатах геологического времени.
Во многих случаях мы сталкиваемся с глобулярными
структурами, формировавшимися из коллоидных фаз на самой ранней
стадии развития малых минеральных тел кремнезёма. Но коллоидные
частицы - лишь один из путей его миграции и отложения, и генетически разные
агрегаты сосуществуют и сменяют друг друга в пределах одного
минерального тела. В дальнейшем на глобулярной матрице очень
медленно и послойно кристаллизовались агрегаты иных видов благодаря
диффузионному питанию через каналы из системы капиллярных пор.
Локальность нахождения скоплений малых минеральных тел
кремнезема может указывать на особую роль некоторого
неустановленного пока минерализатора, при достаточной местной
концентрации которого в порах карбонатных пород возрастала
подвижность кремнезема и запускался процесс его переотложения из
вышележащих песчано-глинистых пород.
Химия кремнезема - это в
основном коллоидная химия. Как известно, наиболее
продолжительная устойчивость золей кремнезема до перехода в
гелеобразное состояние наблюдается в интервале рН от 1,5 до 3, а
минимальная устойчивость и быстрое образование геля - при рН от
5 до 6. При рН выше 7 гель не образуется, т.к. частицы
кремнезема заряжаются, что приводит лишь к их укрупнению. В
толшах осадочных пород растворимый кремнезем образуется в
основном в результате разрушения силикатных минералов в
атмосферных условиях. Пути миграции кремнезёма в известковых
породах Подмосковья и условия отложения кварца, кварцина и
халцедона в пустотах древнего карста, в частности применительно
к местонахождениям агатов близ Щурово и Старой Ситни,
рассмотрены И.А.Новиковым (2011). Там же описана специфика
осадочного метасоматоза в условиях древних (мезозойских) кор
выветривания на территории Московской области.
У всякого движения должны быть побудительные силы.
Если кремнезём целеустемленно мигрирует через поры в полости и именно там
накапливается и отлагается,
значит между условиями и/или формами его пребывания в поровом и объемном растворах
есть существенные различия. Разрешение давнего спора вокруг "загадки агатов" возможно
лишь по мере выяснения разницы состояний равновесного нахождения водного
раствора кремнезема в порах и в полостях системы поры-полости.
Каковы были движущие силы направленной диффузии через поры в полость
и скорость протекания процесса? - без прояснения этого вопроса с
экспериментальным подтверждением любая модель будет умозрительной,
спорной, и, как минимум, односторонней.
----------------------
*
Халцедон -
скрытокристаллическая тонковолокнистая разновидность кварца, волокна
удлинены по оси 2 порядка и обычно геликоидально закручены. Кристаллы кварца
и волокна другой его скрытокристаллической разновидности - кварцина -
удлинены по оси 3 порядка.
-------
•
ЛИТЕРАТУРА
1) Барсанов Г.П., Яковлева М.Е. Минералогическое исследование
некоторых поделочных и полудрагоценных разновидностей
скрытокристаллического кремнезёма. // Новые данные о минералах.
М. 1981. Вып.29.
2) Годовиков А.А., Рипинен О.И., Моторин С.Г. Агаты. М. Недра.
1987. С. 302-334.
3) Годовиков А.А., Рипинен О.И., Павлюченко В.С. Лютециновые
гексалиты - пример нового типа неорганических кристаллических
тел, а их срастания - новый тип малых минеральных тел.// Труды
Мин.муз. им. А.Е.Ферсмана АН СССР. М. 1991.Вып.37, с. 23-41.
4) Годовиков А.А., Степанов В.И. Формы нахождения минералов. М.
2003.
5) Григорьев Д.П. Онтогения минералов. Изд. Львовского
ун-та.1961.
6) Григорьев Д.П., Карякина Т.А. О кристаллизации кварца в
халцедоновых жеодах. Мин. Сб. Львовского ун-та. №16.1962.
7) Дымков Ю.М. Природа урановой смоляной руды.
Атомиздат.1973. С.148.
8) Ю. М. Дымков, Г. А. Дымкова, И. Ю. Федорова.
Периодические
гравитационные текстуры в никелин-раммельсбергитовых отстойниках
6аритовых жил Рудных гор. "Минералогический журнал", "Наук.
Думка", 1991,- 13, 1.
9) Кантор Б.З. Агат и его загадка // Химия и жизнь. №6. 2000. С.52.
10) Новиков И.А. Батские коры выветривания Московской области // М,
Изд-во "Реал Тайм", 2011. 56 с.
11) Слётов В.А. К онтогении жеод кремнезёма из каменноугольных
отложений Подмосковья. // Очерки по генетической
минералогии. М. Наука. 1976.
12) Слётов В.А. Морфология кремнистых тел в карбонатных породах
Подмосковья и их генезис. //Новые данные о минералах СССР.
М.Наука. Вып.26. 1977.
13) Степанов В.И. О происхождении так называемых «коломорфных»
агрегатов минералов.- В сб."Онтогенические методы изучения
минералов".М. Наука. 1976.
14) Шаронов В.М. О совместном кристаллизационном росте
сферолитов кальцита и халцедона.- Зап. Всесоюзн. Минер.
Об-ва. Вып. 4. М, 1971.
15) Беляков В.Н. и др. Зависимость констант ионизации кремниевых
кислот от степени их полимеризации // Украинский химический
журнал, 1974. Т. 40, с. 236-237.
16). О подвижных формах кремния в растениях / В.В.Матыченков, Е.А.Бочарникова,
А.А.Кособрюхов, К.Я.Биль // Доклады РАН, 2008. Т. 418, № 2,
. 279-281.
17). Dietzel M. Dissolution of silicates and the stability of polysilicic acid. // Geochimica et cosmochimica
acta, 2000. Vol. 64, № 19, pp. 3275-3281.
18). Количественное определение различных форм кремнекислоты в
поверхностных водах / Г.М.Варшал, Л.А.Драчева, В.И.Ксензенко,
М.С.Замкина // Материалы XXV гидрохимического совета. Новочеркасск, 1972. С. 33-35.
19). Айлер Р.
Химия кремнезема. Т 1. - М.: Мир, 1982, 416 c.
20). Heaney P.J. A Proposed Mechanism for the Growth of Chalcedony // Contrib. Mineral. Petrol., 1993, vol. 115, pp. 66-74.
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
- Публикуется впервые. Статья написана в
1997 г., доработана автором в 2015 г. -
|
|
|
|
