Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Однако, как показал проведенный нами анализ, только один из трех вариантов, основанный на ^-границе, является удовлетворительным по стерическим условиям. Как отмечалось выше, в этом случае переходный угол Sin — О—Si*, составляет 138,5°. Это значение близко к естественному углу Si—О—Si в структуре кварца (144°), что делает такую границу мало напряженной. В случае /¦-границы переходный угол почти на 30° отличается от идеального и составляет примерно 114°. В третьем варианте — с-границы — построение модели приводит к сдваиванию тетраэдров по общему ребру; граничный угол Si—О—Si в такой системе близок к 70°. Очевидно, и г- и с-варианты неприемлемы из энергетических соображений.
Контролирующим фактором правильности той или иной модели может также служить сопоставление значений векторов смещения решеток в каждом из вариантов с экспериментальными значениями этих векторов, найденными методом дифракционного контраста. Такое сопоставление (табл. И) подтверждает корректность ^-модели. Поскольку во всех трех вариантах двойникующие плоскости тх не проходят через начало координат (центры шестиугольников), решетки двойниковых компонент после отражения будут смещены относительно друг друга на вектор 2Ь, где b — расстояние плоскости тх от начала координат (см. рис. 23).
В рассматриваемой ^-модели двойниковые компоненты связаны двумя последовательными преобразованиями симметрии: поворотом вокруг граничной системы осей 2 и 2i и отражением В системе плоскостей {1120}, перпендикулярных к осям. Результирующими двойникующими элементами симметрии на микроскопическом уровне будут центры инверсии, расположенные в виде ромбоэдрической сетки между двойниковыми компонентами на пересечении системы плоскостей (1120) и осей 2 и 2, со сдвигом на xUa (см. рис. 23). Таким образом, согласно ^-модели бразильские двойники в а-кварце относятся к категории инверсионных двойников. Это согласуется с их макроскопической симметрией, поскольку 32т = 32/.
По мере увеличения температуры (наряду с общим термическим расширением структуры кварца) наблюдается уменьшение величины с/а, что хорошо объясняется постепенным разворотом
103 тетраэдров вокруг осей а. Этот разворот происходит до тех пор, пока в точке а*->^-перехода симметрия каждого тетраэдра не станет 222, а общая симметрия структуры — гексагональной. При этом конфигурация R- и л-слоев трансформируется в промежуточную конфигурацию гексагональной дипирамиды ?-кварца. Расчет показывает, что переходный угол Si—О—Si в аналогичной модели двойниковой границы ?-кварца равен 130° (в монокристалле ?-кварца—155°). Различие в 25°, очевидно, слишком велико и делает такие срастания, так же как и срастания по плоскостям г в ?-кварце, энергетически неприемлемыми. Поэтому бразильские двойники никогда не наблюдаются в первично высокотемпературном кварце.
Из сказанного следует, что с повышением температуры кристаллизации вероятность образования бразильских двойников в а-кварце должна уменьшаться (уменьшается граничный угол Si— О—Si, и, следовательно, напряжение в границе возрастает). Поэтому наличие бразильских двойников в образцах природного кварца может указывать на первично низкотемпературное их происхождение (при этом, конечно, необходимо учитывать возможное осложняющее влияние примесей). Действительно, в минералогической литературе неоднократно отмечалось, что бразильские двойники особенно часто встречаются в кристаллах кварца низкотемпературного генезиса. Об этом же свидетельствует широко известный факт приуроченности двойников к внешним участкам кристаллов. Экспериментальные исследования температурной зависимости формирования двойников (с учетом влияния примесного фона) могут оказаться весьма полезными при рассмотрении различных аспектов проблем типоморфизма а-кварца.
Прямым подтверждением правильности /?-модели бразильской двойниковой границы является непосредственное наблюдение R-ориентаций этих границ в природных и синтетических кристаллах кварца.
При выращивании кристаллов кварца из щелочных растворов бразильские двойники образуются практически во всех основных пирамидах роста (хотя и далеко не с одинаковой для различных пирамид вероятностью). Чаще всего двойники образуются в пирамидах основных положительных ромбоэдров <R> и пирамидах отрицательной тригональной призмы <—х>. В первом случае они имеют форму тонких пластин, ориентированных параллельно смежным с нарастающей гранью плоскостям того же положительного ромбоэдра R. Поэтому след выхода их на растущую грань всегда параллелен ребрам R/R (рис. 24). Иногда наблюдается объединение таких пластин в «крышеподобные» образования. Толщина бразильских двойниковых ламелей для кристаллов синтетического кварца обычно не превышает долей миллиметра. Аналогичные «крышеобразные» двойники (но с ламелями значительно большей толщины) встречаются в кристаллах природного кварца. В базисных срезах этот тип двойников представлен прямолинейными вростками, сходящимися под углом 60°. 104 Сходные по форме бразильские микродвойниковые ламели толщиной в несколько нанометров широко распространены в природных и синтетических аметистах и подробно описаны в литературе.
