Методы определения температур минералообразования и состава минералообразующих растворов

Минералогические термометры

Вхождение изоморфных примесей в минералу зависит, как известно от температуры. На этой основе были разработаны полевошпатовый термометр Т.В.Барта, плагиоклаз-роговообманковые, биотит-гранатовые термометры. Максимальные температуры погружения пород и их преобразования при катагенезе определяются по отражательной способности витринита.

Метод гомогенизации

В настоящее время газово-жидкие включения в минералах (как реликты минералообразующих сред) широко используются для определения температуры минералообразования. Наибольшее распространение получил метод гомогенизации. Впервые гомогенизация включений была выполнена Сорби в 1857 г. Теоретические основы этого метода и техника его выполнения были затем разработаны Н. П. Ермаковым (1950).

Метод гомогенизации состоит в том, что для определения температуры минералообразования газово-жидкие включения переводятся путем их нагревания из гетерогенного состояния в гомогенное. При этом температура гомогенизации включения принимается за минимальную температуру его консервации минералом-«хозяином», т. е. за температуру образования минерала или зоны минерала, в которой находится данное включение.

Микропорция раствора в момент ее захвата и консервации минералом-«хозяином» представляла собой герметически замкнутую гомогенную систему (включение), имеющую ту же температуру что и раствор, из которого происходит кристаллизация данного минерала. По законам физической химии после консервации этой микропорции раствора и при охлаждении минерала плотность раствора увеличивается, а его объем уменьшается. В связи с тем, что общий объем образовавшейся вакуоли практически не изменяется или это изменение очень незначительно, а объем раствора уменьшается, внутри вакуоли образуется свободное пространство, заполняемое газовой фазой (образуется газовый пузырек). Таким образом, включение становится двухфазовым — гетерогенным.

Если же минерал с включением, имеющим объем газовой фазы менее 50% объема вакуоли, нагреть, то при повышении температуры объем жидкого раствора во включении будет постепенно увеличиваться, а объем газовой фазы постепенно уменьшаться до того момента, когда весь объем вакуоли будет заполнен только жидкой фазой. Газовый пузырек исчезнет, и включение гомогенизируется в жидкую фазу. Температура, при которой произойдет гомогенизация, будет несколько ниже той температуры, при которой произошла консервация капли раствора, т. е. температуры, при которой шла кристаллизация данной части кристалла. В связи с этим температура гомогенизации включения принимается за минимальную температуру кристаллизации данной части (зоны) кристалла.

Криометрия

Криометрия — это метод исследования газово-жидких включений в области отрицательных температур при охлаждении препаратов различными способами. Включения являются замкнутыми многокомпонентными микросистемами, имеющими при комнатной температуре различное агрегатное состояние. Охлаждение включений ниже комнатной температуры вызывает разнообразные изменения внутри этих микросистем. Во включениях происходят физико-химические процессы и явления, исследования которых дают дополнительную информацию о минералообразующих растворах, в том числе о их составе.

Декрепитация

Метод термозвукового анализа (декрепитации) минералов был предложен в 1948 г. Скоттом. С помощью стетоскопа Скотт на слух определял растрескивание гидротермальных минералов при нагревании. По наблюдениям Скотта, растрескивание наступало после заполнения двухфазового жидкого включения одной жидкой фазой. Таким образом, метод декрепитации представляет собой особый вид фиксации температуры перехода газово-жидкого включения из гетерогенного состояния в гомогенное. Температура, при которой восстанавливается однородная фаза при нагревании минерала, принимается в методе гомогенизации за минимальную температуру образования минерала. При декрепитации температура, при которой начинается массовый разрыв включений (увеличивается частота растрескивания), принималась за температуру образования изучаемого минерала. Однако последующие работы и наблюдения внесли ряд ограничений в возможности использования этого метода для установления температур образования минералов.