Направленное поступление вещества как причина неравномерного роста кристаллов

Изотропное поступление питающего вещества при росте кристалла в полной мере обеспечивается только при искусственном выращивании аналогов минералов. В природе преобладает анизотропное питание растущих кристаллов, и причин тому несколько. В частности, это рассмотренное выше влияние гравитационного поля Земли. Вектор силы тяжести g становится причиной неравномерного питания разных частей кристалла, так что этот вариант можно рассматривать как частный случай роста кристалла с направленным поступлением вещества. Другие варианты неравномерного поступления питающего вещества, исходя из принципа Кюри, показаны на рис. 16.

Как следует из приведенного рассмотрения, максимальный рост кристалла идет навстречу потоку поступающего вещества.

Поступление питающего вещества в виде потока с симметрией Р возможно в различных случаях, из них главные:

• 1. Инфильтрация — направленное поступление (течение) раствора, содержащего основной компонент.
• 2. Направленная диффузия компонентов в неподвижном растворе.
• 3. Проявление конвекционных потоков.

Рис. 16. Характер нарастания последовательных зон кристалла при его росте в среде с различной симметрией:

а — в случае симметрии шара; б — при совпадении оси симметрии кристалла с осью конуса; в — в потоке с плоскостью симметрии Р; 1,2 — при параллельности плоскостей кристалла р' и направления потока Р; 3 — при непараллельности их

NB Вот тут необходимо предостережение. Обычно геологи, минералоги, установив неравномерность поступления питающего вещества, сразу же говорят о «направленном течении раствора», хотя механизм может быть иным, поэтому, пока не выяснен действительный механизм, надо твердо держаться более осторожной формулировки: «направленное поступление вещества»! Иначе возможны просто казусы — например, течение гидротермальных растворов сверху вниз при формировании явно эндогенных гидротермальных жил. Для того же, чтобы обоснованно говорить о течении растворов, необходимы комплексные геологические и геохимические данные, нужно прежде установить, существует ли продольная зональность в строении рудного тела, существует ли зональность околожильного изменения, каково общее направление падения температуры кристаллизации (по термобарометрии включений в минералах). Только после этого имеет практический смысл определение неравномерного подтока вещества к индивидам в каких-то отдельных точках внутри рудных тел. На практике заключения о неравномерности поступления питающего вещества к индивиду делаются по неравномерности роста минерального индивида — прежде всего по неравномерному развитию зон (разным относительным скоростям роста) у граней одной простой формы. Например:

• 1. Зональность в кристалле берилла из эталонной минералогической коллекции: со стороны поступления вещества зоны граней призмы существенно шире.
• 2. В приконтактовой части одного из гранитных пегматитовых тел Горного Алтая по неодинаковой толщине зон удалось установить неравномерный рост граней призмы кристаллов турмалина (шерла). При этом оказалось, что у большинства кристаллов зоны с максимальной относительной скоростью роста находятся со стороны контакта пегматитовой жилы. Во вмещающих жилу темных биотитовых кристаллических сланцах с обильным черным турмалином у контакта с пегматитовым телом наблюдалась осветленная зона мощностью до 12 см, в которой турмалин отсутствовал, чем и вызывалось осветление. Очевидно, что образование турмалина в приконтактовой части пегматитового тела связано с растворением его во вмещающих сланцах и перемещением растворенного вещества в сторону пегматита; это направленное перемещение и зафиксировалось у новообразованных кристаллов турмалина в пегматите в большей толщине зон со стороны контакта — происходил преимущественный рост навстречу поступлению вещества.

3. Неравномерность поступления питающего вещества может проявляться в образовании скелетных кристаллов, в том числе желобчатых или трубчатых (коробчатых, футляровидных). Так, в гранитных пегматитах Карелии распространены «футляровидные» кристаллы берилла, у которых с одной стороны кристалла «стенка» футляра толстая, покрытая снаружи нормальными плоскими гранями призмы {10 1 0}, а к противоположной стороне кристалла стенка утонь

Рис. 17. «Футляровидный» кристалл берилла

шается и кристалл часто оказывается незамкнутым, со щелью (рис. 17).

При этом внутри «желоба» образуется изогнутая поверхность, в поперечном срезе он имеет подковообразную форму. Такая форма свидетельствует о росте кристалла в условиях одностороннего подтока питающего вещества и преимущественном отложении его на участках, фронтальных к направлению поступления вещества, а в тыловой части, куда растворы попадают уже обедненными, отложение вещества минимально или вовсе не происходит, почему кристалл и оказывается «разомкнутым», футляровидным.

4. Экспериментально показано, что футляровидные скелетные кристаллы возникают и в случае конвекции раствора вокруг кристалла, лежащего на твердом основании. Так, при росте КВг на дне кристаллизатора наряду с нормальными кубическими кристаллами возникают полые. При этом сначала появляется пластинка, лежащая на дне. Затем на ее верхней грани, вследствие более быстрого нарастания слоев по периферии пластинки, возникает углубление (воронка), и начинается преимущественный рост вверх вдоль направления поднимающихся конвекционных потоков. Возникает четырехугольная в плане коробка. При снижении пересыщения происходит закрытие воронки и образуется пустотелый кристалл.

Следует отметить, что такие же футлярные кристаллы возможны и при образовании метакристаллов: в этом случае внутри «футляра» обнаруживается «стержень» — порода, в которой происходило образование метакристалла.

• 5. Великолепные скелетные трубчатые кристаллы со щелью наблюдались Э. В. Сокол и С. А. Новиковой для когенита (Ре,№)зС, образовавшегося при очень быстром росте в условиях большого переохлаждения газовой фазы при горении газовых факелов в брекчированных силикатных породах Израиля (рис. 18), причем здесь действительно существовал поток питающего вещества — раскаленного углерода и СО.
• 6. Наконец, определение векторов максимальной скорости роста возможно по узорам, образуемым скоплениями мелких газовых включений вдоль линейных дефектов структуры — осей винтовых и краевых дислокаций. Так, для флогопита Ковдорского месторождения по такой узорчатости были определены преимущественные направления роста крупнопластинчатых кристаллов в пегматоидных гнездах карбонатитовых тел. Это метод статистический, потребовалось более 300 замеров таких векторов прямо в подземных выработках, но в результате Н. И. Красновой (СПбГУ) было установлено направление поступления питающего вещества, способ образования крупнопластинчатого флогопита и обосновано направление дальнейшей разведки месторождения.