Упорядоченность в калиевом полевом шпате

Санидин-ортоклаз-микроклин. Разупорядоченная форма калиевого полевого шпата, существующая стабильно при высоких температурах, моноклинна и по структуре близка к моноклинному альбиту. Однако присутствие более крупного иона К в санидине препятствует простому сжатию структуры до триклинной симметрии, как это наблюдается при высоких температурах в альбите. Конечно, в какой-то степени это сжатие оказывает свое влияние, но главной причиной перехода санидина в триклинный микроклин при сравнительно низких температурах является упорядочение ионов Si и Al по тетраэдрическим позициям. В идеале переход монклинного санидина в триклинный микроклин должен тем не менее очень близко напоминать переход моноклинный - триклинный в альбите. Причина отсутствия такого сходства связана с тем обстоятельством, что процесс упорядочения, от которого зависит превращение, требует взаимной диффузии ионов Si и Al в тетраэдрических позициях. Это исключительно медленный процесс, масштабы которого следует выражать скорее в геологической шкале, чем в лабораторных понятиях времени.
В моноклинном санидине имеются только два набора тераэдрических позиций, и поэтому образовать полностью упорядоченную структуру с отношением Al: Si, равным 1:3, невозможно. Любая тенденция к упорядочению Al в какую-либо определенную позицию выделит ее среди прочих в наборе, т. е. участок, в котором ион Al систематически занимает одну из позиций T1, a Si-три другие позиции, становится триклинным благодаря местной утрате как плоскости симметрии, так и оси второго порядка. В структуре санидина имеются две позиции, каждая из которых в данном участке может предпочтительно заполняться ионом Al. Эта двойственная вероятность и приводит к наблюдающемуся в микроклине двойникованию, и мы можем рассматривать вероятности периклинового и альбитового двойникования отдельно, как это уже отмечалось выше (рис. 7.1). Таким образом, тонко и сложно сдвойникованный микроклин (рис. 7.5) содержит четыре субиндивида, два из которых связаны альбитовым законом (отличаются утратой плоскости симметрии), а два других - периклиновым законом (отличаются потерей первоначальной оси второго порядка в материнской структуре санидина).
Если бы неисключительно медленная диффузия Al и Si в калиевом полевом шпате, переход моноклинный - триклинный происходил бы очень просто. В реальных же обстоятельствах ситуация сложнее, так как необходимо учитывать, что простому переходу между санидином и микроклином может препятствовать кинетика. Ввиду таких ограничений материнскому санидину не остается ничего другого, как по мере возможности упорядочиваться на основе своей моноклинной симметрии. На практике это означает, что существуют очень маленькие локальные участки, в пределах которых имеет место альтернативный выбор позиции Al. Такое локальное упорядочение не связано с необходимостью нуклеации триклинной фазы. Электронно-микроскопические исследования показывают, что в этой альтернативной структуре локальные участки отстоят друг от друга на расстояние порядка 100 А и что в отличие от микроклина между этими участками нет границ двойникового типа. Такие участки можно рассматривать как начальные триклинные домены. Электронная микрофотография этой микроструктуры показана на рис. 7.6,а, а схематическое изображение характера искажений - на рис. 7.6,б. Важно отметить, что эта тонкая решетчатая структура не то же самое, что тонкомасштабное двойникование микроклина. Во-первых, здесь не происходит ни образования внутренних фазовых границ, ни какого-либо изменения симметрии. Более того, сам механизм образования этой ритмичной структуры совершенно иной.
Эта альтернативная моноклинная структура особенно хорошо наблюдается в адуляре - калиевом полевом шпате, который кристаллизуется в моноклинной симметрии значительно ниже температуры упорядочения. Совершенно такое же объяснение можно предложить для случая метастабильной фазы ортоклаза. Здесь снова происходит тонкомасштабное локальное упорядочение, и материал кинетически замораживается в отношении возможного перехода в триклинную фазу - микроклин. Электронномикроскопическое исследование типичного ортоклаза из медленно остывавшего гранодиорита показывает, что процесс перехода из ортоклаза в микроклин сопровождается локальным ростом участков с предпочтительным заполнением Al различных позиций (рис. 7.7), и этот процесс имеет много общего с нормальным процессом нуклеации.
Было также обнаружено, что при достаточно низких температурах процесс непосредственной нуклеации собственно микроклина сам по себе может быть подавлен и что в этом случае вместо него происходит переход в микроклин в виде гомогенного процесса, при котором относительные количества двух локальных вариантов упорядочения становятся неодинаковыми. Таким образом, кристалл медленно и равномерно движется от состояния с моноклинными параметрами решетки к конечному состоянию с параметрами микроклина. Другими словами, в результате такого дисбаланса в распределении напряжения в кристалле укрупняющиеся участки, в которых имеет место некоторая степень упорядоченности Al и Si, способны постепенно «обернуться» из моноклинного состояния в триклинное через непрерывную серию промежуточных стадий. Таким образом, в этих низкотемпературных «промежуточных», как их принято называть, микроклинах возможны различные «степени триклинности», соответствующие распространению упорядоченности. Второй механизм образования микроклина из модулированной структуры мы будем называть путем промежуточного микроклина.
Можно свести воедино различные возможные варианты поведения калиевого полевого шпата при охлаждении на схематической диаграмме (рис. 7.8), показывающей соотношение кинетики и температуры при различных возможных процессах. C другими сторонами поведения щелочных полевых шпатов мы познакомимся в следующей главе, где будем обсуждать процессы, происходящие при охлаждении разупорядоченных моноклинных твердых растворов промежуточных составов.