Блог

Потапов И.Л.
О РОЛИ ГЛАДКИХ ГРАНЕЙ В ОПРЕДЕЛЕНИИ ГАБИТУСА КРИСТАЛЛОВ ЦИРКОНА

О РОЛИ ГЛАДКИХ ГРАНЕЙ В ОПРЕДЕЛЕНИИ ГАБИТУСА КРИСТАЛЛОВ ЦИРКОНА

 И. Л. Потапов 

Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар.

 

Циркон ­– один из основных акцессорных минералов в большинстве магматических и метаморфических пород как Урала, так и остальной части Земли. Роль циркона подчеркивается его преобладающим использованием в геохронологии и исследованиях временного развития коры и литосферы. Обширные исследования показали [3], что отдельные кристаллы циркона содержат запись множественных геологических событий, которые могут быть отделены во времени миллионами или миллиардами лет. Некоторыекомпозиционные исследования циркона были непосредственно связаны не только с геохронологией, но и со способностью циркона «записывать» петрогенетические процессы при магматизме и метаморфизме. В частности, широкое распространение в кристалломорфологии циркона приобрел метод определения температуры кристаллизации в интервале 500–900 оС, исходя из соотношений призм первого и второго рода [4].

Если говорить о форме кристалла (габитусе, огранении), то, естественно, она зависит от скоростей роста его граней. Скорости роста кристаллических граней относительно друг друга контролируются кристаллической структурой, а также внешними (кинетическими) факторами. Теория морфологии кристаллов [2] классифицирует грани как F, S и К. F-грани (гладкие грани) растут слой за слоем. После завершения одного слоя, образование дальнейших ступеней для присоединения атомных единиц требует двумерного зародышеобразования, инициирующего следующий слой. Этому зародышеобразованию способствует пересыщение расплава относительно циркона, вызывая сильную зависимость скорости роста F-граней.

Грани S и К (ступенчатые и кинковые грани или вершины), с другой стороны, не растут послойно и не требуют двумерного зародышеобразования. Это дает им возможность расти быстрее, чем F-грани при низком пересыщении, итаким образом они перестают существовать. Так как число ступеней и вершин для присоединения высокое и значительно не повышается при росте пересыщения, то скорость роста очень слабо, фактически линейно, зависит от пересыщения расплава относительно циркона. Большое количество ступеней и вершин для присоединения делает S- и К-грани особенно чувствительными к адсорбции примесных атомов. Адсорбция может медленно понижать скорость роста, увеличивая устойчивость S-грани, которая в противном случае перестает существовать [5].

Согласно [5], формы {100}, {110} и {101} циркона являются F-формами, в то время как грани {211} – S-грани. Форма кристалла, ограненная только F-гранями, является равновесной. Определение равновесной формы необходимо для определения габитуса (относительной величины граней) кристалла, определяемого по скоростям роста граней кристалла.

Нами проведены компьютерные вычисления для расчета свободной удельной поверхностной энергии sиопределения равновесной формы кристаллов. По теореме Вульфа [2], для граней кристалла s1 :s2 :s3 …= h1 : h2 : h3 …, где h1, h2, h3 … –расстояния от точки Вульфа до поверхности кристалла. Для расчёта поверхностной энергии s на грани (hkl) сооружается и затем отделяется столбик в виде параллелепипеда. Энергию отрыва рассчитываем как электростатическую энергию взаимодействия каждого атома столбика и каждого атома бесконечного полукристалла, суммирование проводится методом решетчатых сумм [1] с применением численных методов интегрирования. Полученное значение энергии отрыва нужно разделить на удвоенное значение площади основания столбика .

Таким образом, получив значение поверхностной энергии F-граней, можно в дальнейшем использовать его в вычислении энергии образования двумерного зародыша на гладкой грани и затем – нормальных скоростей роста этих граней. Скорости роста остальных габитусных граней также можно определить по тангенциальной скорости разрастания двумерных зародышей гладких граней [2].

 

Литература

  1. Урусов В. С., Дубровинский Л. С.ЭВМ – моделирование структуры и свойств минералов. М: Изд-во МГУ, 1989. 200 с.
  2. Хонигман Б.Рост и форма кристаллов. М: ИЛ, 1961.
  3. Hoskin P. W .O., Schaltegger U.The composition of zircon and igneous and metamorphic petrogenesis // Rev. .Mineral. Geochem., 2005. V. 53. P. 27–61.
  4. Pupin J. P.Zircon and granite petrology // Contrib. Miner. Petrol., 1980. V. 73. № 3. P. 207–220.
  5. Vavra G.On the kinematics of zircon growth and its petrogenetic significance: a cathodoluminescence study // Contrib. Mineral. Petrol., 1990. V. 106. P. 49–52.