|
OLIWINY, PIROKSENY, SKALENIE |
|
|
Stanisław MENDYS: |
|
Podstawowe minerały wchodzące w skład meteorytów są raczej powszechnie znane, zamiarem autora jest przybliżyć zbieraczom i kolekcjonerom układ stosowany obecnie w Biuletynach Meteorytowych (The Meteoritical Bulletin, Meteoritics and Planetary Science). publikującym informacje na temat nowych zarejestrowanych meteorytów. Występują tam symbole takie jak Fo, Fa, En, Fs, z indeksami od 1 do 100. Układ ten opiera się na pojęciu roztworów stałych (kryształów mieszanych) oraz odpowiadających im szeregów izomorficznych, przedstawiających płynne przejście między skrajnymi członami szeregu o zmieniającym się składzie chemicznym przy zachowaniu podstawowej formy krystalograficznej. Pojęcia te znane są od lat w mineralogii, trudno jednak znaleźć ich wyjaśnienie w dostępnej literaturze na temat meteorytów, nawet w Internecie. Umawiany układ ma zastosowanie do głównych minerałów meteorytowych – oliwinów, piroksenów, skaleni a w podręcznikach mineralogii także do wielu innych grup minerałów. Pozwala on jednoznacznie, ilościowo określić dany minerał; czytelny symbol zastępuje nieprecyzyjne pojęcia w rodzaju „bogaty/ubogi w żelazo”, niskowapniowy” itp. co nie wyklucza zamieszczania obok symbolu uzupełniających informacji i danych ilościowych. Typowy wzór chemiczny w rozpatrywanej grupie minerałów to Mg2SiO4 (forsteryt – oliwin magnezowy), na jego przykładzie opieramy ciąg dalszy rozważań. We wzorze tym Mg to kation (magnez), SiO4 to krzemian decydujący o układzie krystalograficznym minerału. Według tego układu grupa minerałów o jednolitym (w zasadzie) układzie krystalograficznym, mających właściwość wzajemnego mieszania się w roztworach stałych (kryształach mieszanych), przedstawiana jest w formie tzw. szeregu izomorficznego, którego skrajne człony stanowią minerały, stanowiące punkt odniesienia dla określania pozostałych minerałów danego szeregu. Skrajne człony określane są umownymi symbolami Fa, Fo, En, Fs, itp., omawianymi w dalszym ciągu opracowania. Wzór chemiczny członów skrajnych szeregu zawiera w każdym przypadku element stały symbolizujący krzemian (w naszym przykładzie SiO4), oraz element zmienny - kation Mg (magnez), Fe (żelazo), Ca (wapń), Na (sód) lub K (potas). Przyjmuje sie umownie, że minerały tworzące szereg powstają przez połączenie minerałów będących członami skrajnymi w określonej proporcji, ich wzorem chemicznym będzie przykładowo (Mg, Fe)2 SiO4. Skrajne człony, w których występuje tylko jeden z kationów, określane są indeksem 100 (stuprocentowy udział), pozostałe minerały szeregu określane są każdorazowo symbolami członów skrajnych z indeksami wskazującymi ilościowy udział członów skrajnych wyrażony procentem molowym. Suma indeksów obydwóch członów dla danego minerału wynosi więc 100. Człon skrajny, w przypadku oliwinu Fo zawiera 100 % składnika (forsterytu), indeks minerału, którego analiza wykazała podobny skład chemiczny będzie równy lub bliski 100. Położenie tego minerału na wykresie pokryje się z położeniem członu skrajnego. Minerał o niższym udziale Fo będzie figurował w szeregu izomorficznym odpowiednio dalej, przy czym zwiększa się udział drugiego skrajnego człona szeregu, w omawianym przypadku fajalitu Fa. Udziały procentowe obydwóch skrajnych członów (indeksy) w danym szeregu izomorficznym dla każdego minerału sumują sie do 100. Oliwin z meteorytu marsjańskiego ALH84001 oznaczony będzie przykładowo Fo65 Fa35. Dla minerałów będących roztworem stałym trzech różnych minerałów niezbędne jest odniesienie do skrajnych członów trzech szeregów izomorficznych. W prezentacji graficznej tworzy się system trzech szeregów izomorficznych stanowiących trzy boki trójkąta, Człony skrajne tych szeregów umieszczane są na narożach trójkąta; każde naroże odpowiada skrajnemu członowi dwóch szeregów izomorficznych. Trójskładnikowe minerały umieszczane są umownie wewnątrz trójkąta, w punktach, których odległości od każdego naroża będą odwrotnie proporcjonalne do ilościowego udziału danego składnika (członu skrajnego). Dla danego minerału indeksy odpowiadające udziałom członów skrajnych sumują sie do 100. Minerał oznaczony En70 Fs27 Wo3 (ortopiroksen z meteorytu marsjańskiego ALH84001) będzie figurował w pobliżu naroża En; w skrajnym oddaleniu od naroża Wo. W przypadku ogólnie znanych szeregów izomorficznych wystarczające jest podanie dla danego minerału tylko jednego członu skrajnego z odpowiednim indeksem procentowym, pomijając drugi znany człon skrajny. Suma indeksów szeregu wynosi zawsze 100, można więc wyliczyć dla pomijanego członu wielkość odpowiadającego mu indeksu procentowego. Odpowiednie prezentacje graficzne podane są na przykładzie meteorytu marsjańskiego ALH 84001 na stronie X5, http://www-curator.jsc.nasa.gov/antmet/mmc/84001.pdf Przykład prezentacji dla skalenii dostępny jest na stronie: http://en.wikipedia.org/wiki/feldspar W układzie trójkątnym można ograniczyć się do podania dwóch członów skrajnych z indeksami. Przyjmuje sie wówczas, że trzeci człon jest znany a suma wszystkich trzech indeksów procentowych sumuje sie zawsze do 100. Do określenia udziału procentowego składników niezbędna jest sonda elektroniczna lub urządzenie równoważne, dlatego jest to zadanie dla wyspecjalizowanych laboratoriów. Doświadczeni zbieracze i kolekcjonerzy dokonują samodzielnie wstępnej, jakościowej oceny znalezisk czy nabytków, dla porównań przydaje się umiejętność odczytywania symboli podawanych w biuletynach. Podkreślić należy, że omawianego układu nie stosuje się do minerałów towarzyszących minerałom głównym, występujących akcesorycznie lub śladowo. Są one nadal określane w biuletynach w sposób tradycyjny, niekiedy z uwzględnieniem stwierdzonych zależności między poszczególnymi składnikami, izotopami itp. decydującymi o pochodzeniu meteorytu i jego znaczeniu dla nauki. Sprawy te wykraczają poza zakres elementarza, tu zaczyna się specjalistyczna wiedza. GRUPA OLIWINU Oliwiny należą do krzemianów wyspowych, krystalizują w układzie rombowym. Są to, w przypadku meteorytów, ortokrzemiany magnezu i żelaza; odmianą jest kirschsteinit - oliwin wapniowo-żelazowy. Oliwiny występują niemal we wszystkich meteorytach kamiennych, brak ich natomiast (lub występują w marginalnych ilościach) w chondrytach enstatytowych, niektórych achondrytach (eukryty). Oliwiny stanową szereg izomorficzny, którego składniki skrajne to Fo - forsteryt (oliwin magnezowy) oraz Fa – fajalit (oliwin żelazowy). Składniki te w czystej postaci występują rzadko, podstawowym składnikiem meteorytów zwyczajnych jest oliwin zawierający od 16% do 32% fajalitu, występujący w naturze chryzolit zawiera 10% do 30% fajalitu. Indeks przy symbolu Fa (fajalit) informuje, czy dany oliwin jest bogaty w magnez czy w żelazo. ma znaczenie diagnostyczne przy klasyfikacji meteorytów zwyczajnych. Indeks liczbowy przy symbolu Fa to tzw „liczba fajalitowa”, wiedząc, że suma indeksów przy symbolach Fa i Fo dodaje się do 100, wyliczamy indeks dla Fo, dlatego indeks Fo bywa pomijany. Liczba fajalitowa wykorzystywana jest do rozróżnienia czy egzemplarze meteorytu nalezą do tego czy innego spadku. GRUPA PIROKSENÓW Pirokseny należą do krzemianów o łańcuchach dwuczłonowych, krystalizują w układzie rombowym lub jednoskośnym (ale wollastonit należy do krzemianów o łańcuchach trójczłonowych, krystalizuje w układzie jednoskośnym i trójskośnym). Bronzyt i hipersten to składniki chondrytów zwyczajnych, enstatyt jest podstawowym składnikiem chondrytów enstatytowych i aubrytów, pigeonit to jeden z głównych składników achondrytów (eukryty). Augit jest ważnym składnikiem meteorytów z Marsa. Grupę piroksenów zawierająca ponad tysiąca minerałów o zmiennym składzie chemicznym, można przedstawić graficznie na powierzchni trójkąta w układzie trójskładnikowym, którego wierzchołki – skrajne człony szeregów to En - (enstatyt - piroksen magnezowy) – Fs - (ferrosylit - piroksen żelazowy rzadko spotykany w naturze) – Wo – (wollastonit - piroksen wapniowy). Niektóre obszary tego trójkąta są gęściej „zasiedlone”, niektóre rzadziej, co odpowiada ilości występujących tam piroksenów o różnym składzie i stopniu wzajemnej mieszalności. W trójkącie tym podstawę stanowi szereg En (enstatyt) – Fs (ferrosylit). Do szeregu tego należą ortopirokseny krystalizujące w układzie rombowym, zawierające najmniej wapnia – poza enstatytem należą tu hipersten, bronzyt. Powyżej szeregu En – Fs na obszarze trójkąta dominują klinopirokseny krystalizujące w układzie jednoskośnym, charakteryzujące się odmiennymi cechami optycznymi. Szczyt trójkąta symbolizuje Wo (wollastonit, piroksen wapniowy) o układzie jednoskośnym lub trójskośnym, nie zawierający magnezu ani żelaza. Równolegle do podstawy trójkąta ale na jego obszarze występuje szereg klinoenstatyt – klinoferrosylit (układ jednoskośny) oraz szereg diopsyd – hedenbergit (też układ jednoskośny) zawierające każdy z nich większy udział wapnia. Skrajne człony tych szeregów – klinoenstatyt i diopsyd stanowią jednocześnie elementy szeregu En – Wo (enstatyt – wollastonit), Między wymienionymi szeregami występują obszary pigeonitów i augitów o różnej zawartości wapnia. Wysokowapniowym piroksenem jest fassait. Odpowiadające różnym odmianom piroksenu poszczególne punkty wymienionych szeregów i obszarów dają się wyrazić przez ich współrzędne względem narożników trójkąta. Współrzędne te określają udział procentowy (molowo) członów skrajnych En, Fs i Wo w rozpatrywanym piroksenie wyrażony indeksem (udział ten jest odwrotnie proporcjonalny do odległości od wierzchołka). Symbole En, Fs i Wo z indeksami określającymi jednoznacznie skład piroksenu zastępują określenia opisowe typu „bogaty/ubogi w żelazo” itp. a nawet przynależność do jednego z wymienionych szeregów lub obszarów. Ponieważ suma indeksów przy symbolach En, Fs i Wo sumuje sie do 100, jeden z tych symboli z jego indeksem bywa pomijany bez utraty czytelności systemu. Należy uwzględnić, że obok minerałów podstawowych, w rzeczywistych minerałach występują inne elementów (glin, nikiel, tytan i wiele innych), określane są one dodatkowo przez podanie składu procentowego (wagowo lub objętościowo) lub opisowo. Nawet minerały podstawowe (odpowiadające narożnikom trójkąta) rzadko występują bez domieszek. Znajomość elementów towarzyszących to ważna gałąź mineralogii. GRUPA SKALENI Skalenie należą do grupy glinokrzemianów przestrzennych, jeden z głównych ich przedstawicieli to anortyt występujący w achondrytach HED (eukryty) i meteorytach pochodzących z Księżyca. Skalenie można traktować jako fazy trójskładnikowego systemu Ab (albit – glinokrzemian sodowy) - Or (ortoklaz – glinokrzemian potasowy) – An (anortyt – glinokrzemian wapniowy) W prezentacji graficznej tworzą one wierzchołki trójkąta, którego dwa boki odpowiadają szeregom: - Ab – An - plagioklazy, w tym albit, oligoklaz, andezyn, labradoryt, bytownit, anortyt krystalizujące w układzie trójskośnym, - Ab – Or - skalenie zasadowe krystalizujące w układzie jednoskośnym (ortoklaz, sanidin) oraz w układzie trójskośnym (mikroklin, anortoklaz), Szeregi te reprezentują obszary, w których istnieją roztwory stałe (kryształy mieszane). Podobnie jak w przypadku piroksenów minerały powstające w tych obszarach można oznaczać symbolami wierzchołków trójkąta z indeksem określającym procentowy udział (najczęściej molowy) danego minerału w rozpatrywanym meteorycie. Szereg Or – An nie wymaga tu omówienia - ma on znaczenie raczej teoretyczne ze względu na ograniczenia w mieszalności jego składników. Przykłady z Biuletynów: (w tłumaczeniu, skrót) Nr. 93 Turtle Lake (USA) Chondryt zwyczajny L5 Średni skład: oliwin: Fa24,2+-0,3 piroksen niskowapniowy Fs20,2+-0,3 Nr. 93 El Paso de Aguila (Meksyk) Chondryt zwyczajny H5 Przeciętnie: oliwin Fa19,2 PMD=0,36; CaO=,0,20 wt% piroksen niskowapniowy Fs18,9 PMD=0,78 plagioklaz Ab66Or7 - Ab80Or4 Nr 94 Arivaca (USA) Achondryt (eukryt) ortopiroksen Fs55,3-55,7Wo2,6-2,8, FeO/MnO=30.5-34,6 plagioklaz An82,5-83,7Or2,1-1,9 (skrótu PMD niestety jeszcze nie rozszyfrowałem)
Opracował: Stanisław Mendys |