Околорудные метасоматиты (стр. 3 )

Весть о засыпанном фалунском рудокопе, тело которого благодаря купоросной воде пролежало нетленным более 50 лет, взбудоражила тогда весь мир».

Так было написано в 1811 году. Понятно, что тело рудокопа сохранилось «нетленным» благодаря тому, что, попав в агрессивную среду рудничных сернистых вод колчеданного месторождения («купоросных вод», купорос – FeSO4), оно не изменило своих форм благодаря тому, что было полностью метасоматически замещено серным колчеданом – пиритом с сохранением узнаваемых черт лица, и поэтому могло быть по-человечески захоронено.

2.  Определение метасоматоза. Общие сведения о метасоматических процессах

Как было рассмотрено выше, метасоматоз – это происходящее в твердой породе замещение ее минералов новыми минералами с одновременным растворением и выносом компонентов исходных минералов и породы в целом и привносом других компонентов и кристаллизацией новых минералов. Это приводит к существенному или полному изменению химического состава исходной породы и образованию новой метасоматической породы – метасоматита. Иногда при этом содержание некоторых из привносимых при метасоматозе компонентов становится достаточно высоким для их последующего промышленного извлечения, и такие метасоматиты являются рудными, т. е. пригодными для эффективного получения из них этих компонентов. Так образуются рудные тела метасоматического происхождения.

Далее в самом общем виде нами будут изложены основывающиеся на теории современные представления о развитии метасоматических процессов.

Горные породы и руды представляют собой агрегаты минералов, которые имеют, как правило, кристаллическое строение. Кристаллическое вещество минералов характеризуется определенным составом входящих в них химических элементов (их ионов) и соответствующим строением своей кристаллической решетки.

Само понятие «решетка», например, решетка из железных прутьев, отличается от сплошного вещества, например, листа железа, обязательным наличием в решетке отверстий.

Также и кристаллические решетки минералов состоят из конкретных валентно-связанных между собой ионов и промежутков между ними, определяющих соответствующие известные параметры кристаллических решеток этих минералов.

Расчет параметров кристаллических решеток минералов проводится в основном по данным рентгено-структурного анализа.

Хотя в идеальных кристаллических решетках расстояния между ионами являются постоянными, но в реальных решетках минералов обычно присутствуют образующиеся при кристаллизации нарушения этих расстояний, создающие дефекты решеток кристаллов. Эти дефекты заключаются в том, что между отдельными ионами находятся более крупные промежутки в виде присутствующих «дырок» - пор. Кроме этого очень важным для метасоматического перемещения вещества является тот факт, что в твердых породах земных недр, в слагаемых их минеральных агрегатах, подверженных деформациям, всегда присутствуют разные по размерам трещины, которые определяют постоянную тектоническую нарушенность этих пород. В том числе постоянно присутствуют микротрещины, которые особенно характерны для контактов зерен отдельных минералов, отличающихся по своим физическим свойствам, т. е. для межзерновых пространств таких минералов.

Разумеется, присутствующие в твердых породах между - и внутри зерен слагающих их минералов различные «свободные» пространства – разные, в том числе тонкие трещины и поры не являются пустыми, а заполнены жидкими солевыми растворами.

Если, как говорилось выше, в твердом веществе диффузионное перемещение компонентов происходит очень медленно, то в жидкой среде поровых и трещинных растворов такое перемещение происходит значительно быстрее.

Происходящее через поровые растворы диффузионное перемещение компонентов резко ускоряется в случае движения-течения самих поровых и, особенно, трещинных растворов.

Но здесь мы уже имеем дело с проявлением второй и важнейшей формы перемещения вещества при метасоматозе, которую назвал «инфильтрацией», определяющей соответственно развитие основного – инфильтрационного метасоматоза.

Как всякие жидкости, эти растворы, присутствующие в трещинах и связанных между собой порах, находящихся в твердых породах, стремятся двигаться в сторону меньшего давления. В общем случае – это движение осуществляется в направлении к поверхности Земли. Это движение особенно характерно для растворов, находящихся в системах трещин и пор, которые связаны между собой микротрещинами и капиллярами.

В ходе этих двух процессов перемещения вещества происходит замещение агрегата минералов исходной породы под воздействием компонентов, находящихся в ее микротрещинных и капиллярно-поровых растворах, и образование нового минерального агрегата другого минерального состава – метасоматита.

Вопрос о роли микротрещин, в общем случае имеющих тектоническое происхождение, в развитии метасоматических процессов изучен пока не достаточно. Но их роль в крупномасштабном проявлении метасоматоза и переносе при этом огромных количеств вещества, в том числе и образования крупнейших рудных тел, - несомненна.

Роль микротрещин при метасоматозе четко доказывается наблюдаемым контролем развития тел метасоматитов тектоническими зонами. Но процесс минерального выполнения трещин по приведенному выше определению метасоматоза не относится к метасоматическому, т. к. проявляется не внутри твердых пород, а в образованных в них открытых трещинных полостях.

Мы считаем, что различие в этих процессах заключается в мощности этих трещин и, соответственно, роли и времени проявления их жильно-прожилкового выполнения и метасоматоза.

По нашему мнению, если мощности микротрещин настолько малы, что соизмеримы с размерами нескольких ионов движущихся по ним компонентов, определяющих интенсивность развития обусловленного их перемещением метасоматоза, то процессы, связанные с такими микротрещинами, являются метасоматическими, а образуемые ими породы – метасоматитами. О мощности таких микротрещин, которые преимущественно определяют развитие основного – инфильтрационного перемещения вещества и развития соответствующего метасоматоза, можно судить, например, по размеру иона трехвалентного золота, равному около 10-7 мм или 0,1 нанометра.

Получается, что мощности микротрещин, контролирующих развитие метасоматитов, составляют около 10-6 мм или величине близкой к одному «мистическому» размеру – нанометру. Мистичность этому размеру придают те особые свойства частиц, соответствующих этому размеры, которые стали известны в последние годы и дали новое направление развитию многих наук.

Обычным является то, что после образования серий микротрещин и интенсивного развития в их боках связанной с ними метасоматической породы происходит новое унаследованное тектоническое подновление этих трещин, их расширение с образованием в них полостей, последующее жильно-прожилковое выполнение которых уже не является метасоматическим.

По отношению к вмещающей метасоматической породе (метасоматиту) такие унаследованные прожилки являются секущими, наложенными на метасоматиты.

Таким образом, собственно метасоматические процессы развиваются по следующей схеме:

•  исходная твердая порода определенного химического состава

®  воздействующий раствор другого химического состава

®  процесс частичного или полного метасоматического замещения компонентов исходной породы компонентами раствора

=  образование метасоматита – породы нового химического состава.

Совершенствование методов выявления более полного химического и минерального составов пород и образованных по ним метасоматитов позволило перевести внимание на сам природный процесс протекания метасоматического процесса. Но в связи с тем, что сами природные процессы, протекающие в недрах Земли, наблюдать не возможно, то возник интерес к привлечению смежных экспериментальных наук – физической химии и термодинамики.

Термодинамика – раздел физики, изучающий общие свойства макроскопических систем, находящихся в равновесии и в переходе от одного равновесного состояния к другому.

Как указывает [15], термодинамика открывает возможность прослеживать закономерности количественного изменения состава химических веществ и содержащих их минералов, в том числе, как казалось, аналогичных их превращениям, происходящим в природных процессах.

Считалось, что термодинамика может позволить связать точные экспериментальные данные, накопленные за многие годы химиками, с наблюдаемыми в природе ассоциациями минералов и их химических элементов. Казалось, что этим путем будет возможно проверять выводы, полученные геологическими наблюдениями, и определять пределы их соответствия.

Предполагалось, что термодинамический анализ природных явлений, как указывает , может позволить количественно проверять наблюдаемые превращения минералов и пород, а также направлять ход дальнейших исследований.

При рассмотрении применения законов термодинамики к природным процессам дал определение термодинамической системы как совокупности тел, взаимодействующих между собой по признакам, которые однозначно выделяют эту систему из окружающей среды.

К геологии рассматриваются только простые системы, состояние которых определяется механическими, тепловыми и химическими процессами (без учета магнитных, гравитационных, электрических сил).

Выделяются:

•  изолированные системы – полностью отделенные от окружающей среды жесткой оболочкой, не изменяющей объем, не проницаемой для потоков вещества, тепла (энергии);

•  закрытые системы не могут обмениваться только веществом, но могут изменять объем, энергическое состояние;

•  открытые системы кроме тепла могут также обмениваться и веществом, но при определенных условиях.

Но любая природная система находится прежде всего в поле тяготения, в магнитном и электрическом полях Земли. Природные системы находятся в той или иной геосферах, между которыми существует вещественный и энергетический обмены (атмосфера, кора, мантия и др.). Все это не учитывает классическая термодинамика.

Термодинамика как наука возникла с целью объяснения действия паровых машин (термо-динамо: температура – движение – сила) и разрабатывалась на опытах в колбах и экспериментах на лабораторных столах. При опытах в колбах быстро проходят химические реакции, происходит полное завершение процессов и достигается равновесие однородных химических веществ. В природе такого не бывает. Поэтому термодинамика не учитывает главные отличия – огромное время протекания природных процессов и их протяженность в пространстве.