Классификация и характеристика минералов группы полевых шпатов. По каким признакам можно отличить калиевые полевые шпаты от плагиоклазов. Их распространенность в природе и практическое значение

Полевые шпаты (ПШ), важнейшее семейство породообразующих минералов; слагают примерно 60% объема земной коры (до 50% ее массы). Название происходит от шведских слов feldt, или fält – поле и spar, или spat – шпат (шведские крестьяне часто находили на своих полях куски шпата).

А также связано с греческим «спате» – пластина, из-за способности раскалываться на пластины по спайности.

ПШ являются алюмосиликатами калия, натрия, кальция, реже бария, очень редко стронция или бора и редчайшие шпаты экзотического состава – бадингтонит (NH4) AlSi3O8×0,5H2O, рубиклин Rb(AlSi3O8), и Ва-Sr состава. Состав ПШ можно выразить общей формулой АВ4О8, А= К, Na, Ca, иногда Ba, в небольших количествах Rb, Cs, Li, Sr; Pb; Mg(Ti); B= Si Al, в небольшой мере Fe3+, Ti, B. Таким образом, большинство ПШ являются представителями тройной системы K[ALSi3O8] (Or) – Na[ALSi3O8] (Ab) – Ca[Al2Si3O8] (An), в которой намечаются два изоморфных ряда: 1) альбит (Ab) – ортоклаз (Or), 2) альбит (Ab) – анортит (An).

При высоких температурах существуют непрерывные ряды твердых растворов в пределах каждой серии (см. рис.). Среди плагиоклазов различают (в скобках указано содержание CaAl2Si2O8 в мол.%): альбит (0–10), олигоклаз (10–30), андезин (30–50), лабрадор (50–70), битовнит (70–90) и анортит (90–100). Среди щелочных ПШ выделяют (в скобках указано содержание NaAlSi3O8 в мол.%): санидин (0–63), ортоклаз (O), микроклин (О), представляющие собой полиморфные модификации KAlSi3O8, и анортоклаз (63–90).

Основа кристаллическая структуры ПШ-трехмерный каркас, построенный из тетраэдров SiO4 и AlO4, связанных между собой вершинами. Тетраэдры в каркасе сочленяются таким образом, что образуют четырехчленные кольца, которые в свою очередь объединяются в коленчато-зигзагообразные цепочки, вытянутые параллельно кристаллографические оси а. Между соседними цепочками имеются крупные полости, в которых располагаются катион-щелочных или щелочноземельных металлов. координированные в зависимости от их размера с девятью (в случае К) или шестью-семью (Na, Ca) ионами кислорода.

Симметрия структуры с катионами Na+ и Ca2+ триклинная. Калиевые полевые шпаты могут быть как триклинными (микроклин), так и моноклинными (санидин, ортоклаз). В зависимости от расположения атомов Al и Si по возможным тетраэдрическим позициям КПШ бывают упорядоченными (определенные позиции заняты только атомами Al, разупорядоченными (атомы Al и Si распределены статистически) и с промежуточной степенью упорядоченности. Разупорядоченные ПШ, как правило, высокотемпературные, упорядоченные – низкотемпературные.

Температура плавления чистого KAlSi3O8 при атмосферном давлении 11500C. Чистые альбит NaAlSi3O8 и анортит CaAl2Si3O8 при давлении 105 Па плавятся при 1118 и 15500C соответственно. В присутствии H2O при повышении давления температура плавления ПШ понижается, и при 5–108 Па альбит, например, плавится при 7500C, анортит – при 12250C. Кристаллизующийся плагиоклаз всегда содержит больше ионов Ca2 +, чем жидкость, с которой он находится в равновесии.

Среди ПШ выделяют две главные группы: 1) калевые полевые шпаты (КПШ), к которым наряду с ортоклазом и микроклином относят санидин (K, Na) [AlSi3O8], 2) натрий-кальциевые ПШ – плагиоклазы (альбит, олигоклаз, андезин, лабрадор, битовнит, анортит).

Особое место среди ПШ занимают редкие в природе члены ряда Or-Cn (Ba[Al2Si2O8] – цельзиан).

Физические свойства ПШ также сходны. Все они имеют совершенную спайность в двух направлениях (параллельных базальному и боковому пинакоидам, образующими прямой или близкий к прямому угол), одинаковую твердость 6, плотность от 2,55 до 2,76 (у бариевых полевых шпатов – до 3,1–3,4). Два очень редких ПШ – бариевый банальсит и стронциевый строналсит – имеют ромбическую сингонию. ПШ – главные породообразующие минералы большинства изверженных горных пород (кроме ультраосновных, пироксенитов и некоторых щелочных пород), а также многих метаморфических пород (гнейсов и др.). Тип и состав ПШ в значительной мере определяют название породы. ПШ слагают большую часть объема пегматитов и могут встречаться в гидротермальных жильных месторождениях. Они подвержены выветриванию (химическому воздействию атмосферных агентов и просачивающихся грунтовых вод), приводящему к разложению полевых шпатов с образованием разных глинистых минералов.

Спайность под прямым углом дала имя моноклинному ПШ ортоклазу (греч. – «прямо колющийся») – алюмосиликату калия KAlSi3O8. Хотя ортоклаз чаще всего встречается в виде неправильных зерен в изверженных горных породах, он может образовывать таблитчатые кристаллы с наиболее развитой гранью, параллельной боковому пинакоиду. Довольно часто отмечаются двойники, особенно карлсбадского типа, с поворотом вокруг двойниковой оси с (вертикальной) и плоскостью срастания по боковому пинакоиду. Окраска обычно светлая, чаще всего белая, нередко от розовой до красной (из-за рассеянных частиц гематита), иногда желтоватая или серая. Ортоклаз отличается самой низкой плотностью среди ПШ – 2,55–2,56. Бесцветная, просвечивающая или прозрачная разновидность ортоклаза в виде кристаллов, имеющих сходство с ромбоэдрами, известна как адуляр; если у него наблюдается нежно-голубая иризация, то его называют лунным камнем.

Стекловидный санидин KAlSi3O8 встречается в виде вкрапленников в риолитах и других кислых излившихся горных породах, очень часто в трахитах, а также в некоторых малоглубинных калиевых щелочных интрузивных породах типа сынныритов (названы по Сыннырскому массиву в Северном Прибайкалье). Самая типичная обстановка нахождения ортоклаза – гранит, который может содержать до 60% этого минерала (однополевошпатовый гранит). В граните вместо ортоклаза часто присутствует триклинный КПШ микроклин. К другим интрузивным породам со значительным участием ортоклаза относятся гранодиорит и сиенит. Эффузивные аналоги кислых интрузивных пород – риолит, дацит и трахит – также содержат ортоклаз, хотя нередко он там замещен санидином. Кроме того, ортоклаз присутствует в гнейсах, мигматитах и других породах высокой степени метаморфизма, образовавшихся с участием гранитизации. Он может появляться в качестве жильного минерала в гидротермальных жилах, особенно высокотемпературных. Наконец, ортоклаз встречается в полевошпатовых песчаниках (аркозах), при формировании которых песчинки накапливались так быстро, что разрушение полевого шпата с образованием глинистых минералов не происходило.

Микроклин представляет собой триклинный КПШ с той же формулой, что и у ортоклаза, – KAlSi3O8. Натрий может частично замещать калий (но в меньшей пропорции, чем в ортоклазе). Высокотемпературный триклинный щелочной ПШ, в котором натрия больше, чем калия, называется анортоклазом (Na, K) AlSi3O8; он характерен для некоторых богатых натрием эффузивных, реже интрузивных, щелочных пород. По своим физическим свойствам, включая характер двойникования, анортоклаз очень похож на микроклин. Хотя микроклин и является триклинным, отклонение оси b от направления 90 составляет всего 30, так что различия угла спайности у микроклина и ортоклаза недостаточны для визуальной дифференциации этих минералов. Кроме карлсбадского и других простых двойников, свойственных ортоклазу, микроклин может быть полисинтетически сдвойникован по альбитовому закону, когда боковой пинакоид является одновременно двойниковой плоскостью и плоскостью срастания, и по периклиновому закону, когда двойниковой осью служит ось b. Пересечение этих двух серий двойниковых полосок почти под прямым углом создает эффект «решетки» при наблюдении микроклина под микроскопом в поляризованном свете. Однако решетчатыми являются лишь т.н. максимальные микроклины, характеризующиеся наибольшей степенью структурной упорядоченности. Цвет микроклина в основном белый, часто от розового до красного (из-за гематитовой «пыли»), серый (в редкометалльных пегматитах – до темно-серого), а иногда зеленый (амазонит).