©
Ю. М. Дымков
РОСТ СФЕРОКРИСТАЛЛОВ И
СФЕРОЛИТОВ НАСТУРАНА
Рост сферокристаллов можно рассматривать с двух сторон. Прежде всего
необходимо выяснить, как растут волокна сферокристалла и как они
взаимодействуют в процессе роста между собой и с препятствиями другой аспект
- рост сферокристалла как индивида, взаимодействие, сферокристаллов между
собой и образование сферокристаллических сферолитов, взаимодействие
сферокристаллов и сферолитов с плоскогранными кристаллами в процессе
совместного роста.
Сферокристалл и включения
Поскольку в образовании сферокристаллов важную, если не решающую, роль
играют механические примеси иных минералов или различных фаз
UO2+x,
вопросы их роста могут быть рассмотрены в плане взаимодействия двух
одновременно растущих или по крайней мере сосуществующих фаз. Если принять
включения как изометрическую частицу с ребром а или радиусом
r, ширину кристаллического блока или иглы
сферокристалла в участке с включением равной h, а
радиус сферокристалла вблизи включения - R, то
основные взаимоотношения между сферокристаллом и инородным телом в общих
чертах можно свести к четырем вариантам (см. табл. 20).
По мере увеличения размеров включения по отношению к сферокристаллу
последний из особой, радиально упорядоченной среды превращается в индивид,
для которого инородная фаза сама становится средой [303]. Форма и размеры
инородной фазы и сферокристалла в процессе взаимодействия зависят от
факторов, определяющих скорости роста(*см.примечание,
на вставке ).
Влияние частицы на изменение формы растущего сферолита возрастает по
мере уменьшения отношения h/а, а затем
R/а, достигая переломного момента при (h/а)
≤ и (R/а) ≤1.
Это в значительной мере определяется тем, что при одновременном росте
двух минералов размеры их выделений пропорциональны относительным скоростям
роста индивидов или субиндивидов (соответственно ύh/ύа
и ύr/ύa). По мере
увеличения отношений h/a
(или h/r) растет
влияние концентрации посторонних включений. В одном из образцов при а,
равном 200-700 Å, количество их в 1 мм3 сферокристалла настурана достигает
огромной величины - 5 ×1012 . С увеличением значения а(r)
количество включений снижается. Поскольку волокна в процессе роста
расширяются сравнительно мало, роль включений не ослабевает, а это
показывает, что включения имеются в избытке и более или менее равномерно
распределены (или постоянно возникают) в окружающей среде. Рост
сферокристалла, таким образом, упорядочивает среду, насыщенную скачкообразно
возникающей (см. рис. 37) тонкокристаллической взвесью.
Рост волокон
Изучение элементарных процессов роста волокон встречает определенные
трудности: волокна, как правило, перекристаллизованы, и многие детали роста
удается увидеть лишь на уранинитовых сферокристаллах, образованных при
расщеплении гипертрофированных зародышей с высоким параметром решетки. Более
«грубые» детали можно выяснить и на перекристаллизованных образцах, но в
любом случае особенно интересны сохранившиеся реликты первичных зародышевых
сферокристаллов. Признаки перекристаллизации, связанной с фазовыми
превращениями (см. гл. 10), а также другие вторичные изменения, естественно,
учитывались лишь в той мере, в какой они были поняты. Подобные оговорки
должны быть приняты во внимание и при анализе тончайших деталей рельефа
волокон, образованного в результате воздействия растворителя. В связи с этим
интерпретацию электронномикроскопических наблюдений особо тонких деталей
роста волокон надо рассматривать как первый опыт.
В
сферолитах настурана обнаружены признаки двух видов волокнистого роста:
- фибриллярного и игольчатого.
В центральных частях сферолитов можно встретить реликтовые участки
своеобразной скрытоволокнистой структуры, напоминающей в разрезе ветвящиеся
языки пламени. Кристаллические волокна здесь едва различимы, и по
ориентировочной оценке величина их не превышает 50 Å. Встречаются и
грубоволокнистые фибриллярные структуры, в которых изогнутые волокна
толщиной около 200 Å образуют спутанноволокнистые агрегаты с общей
тенденцией к радиальному разрастанию из одного центра. На основании внешнего
сходства с известными структурами [351] их можно рассматривать как возможный
показатель полимерного состояния вещества в момент кристаллизации (Возможно,
некоторые из «фибриллярных» структур выявлены на участках отрыва частиц при
микроскопах.)
Радиальноволокнистые сферокристаллы отличаются прямолинейной или
слабоволнистой формой кристаллических волокон. Поверхность таких
сферокристаллов в срезе может быть ровной общей для всех волокон либо
зазубренной, с клиновидными углублениями между отдельными волокнами. Внешняя
поверхность отдельного волокна в срезе более или менее прямолинейна, с торца
она имеет округлые или угловатые очертания, как правило, кривогранная,
слабовыпуклая. Угловатые площадки одноименно ориентированных волокон
образуют характерную «черепитчатую» поверхность сферокристаллов. Торцовые
грани волокон имеют в одних случаях квадратные (выход L4),
в других - треугольные (выход L3), ромбовидные (L2),
а чаще неправильные очертания. Соответственно и черепитчатая поверхность
сферокристалла состоит в одних случаях лишь из треугольников (шестигранников),
в других - только из квадратов, ромбов или округлых площадок. По границам
между торцовыми гранями волокон иногда можно видеть ряды ямок травления.
Травление кислотами выявляет местами общее для всех волокон направление
спайности, заметное по четким рядам (толщиной 150
Å) ямок в
равномерноячеистой поверхности растворения. В отдельных волокнах ячеистая
структура меняет свои направления, появляется структурный: рисунок,
локализованный в пределах одного волокна (h=2500
Å),
сходный с зональностью роста. Судя по таким зонам роста, поверхность
растущего волокна была «зазубренной» (в срезе), объемно «многоглавой» и
состояла из вершин параллельно ориентированных кубов или октаэдров высотой
150-200 Å (рис. 39,а).
В развитие идей Е.С. Федорова [352] и других исследователей [340,
353, 354] предполагалось [301], что сферокристаллы настурана растут за счет
ориентированного прилипания субмикронов.
Электронномикроскопические наблюдения не показывают каких-либо
зародышевых форм в слоях роста волокон. Поскольку многоглавый рост вызван
осаждением соответственно более мелких примесей, субмикронные и любые иные
трехмерные зародыши будут намного меньше 150 Å (ориентировочно 15-20
Å) и неразличимы при использованной технике препарирования и съемки. Вместе с тем
отчетливо видно, что в построении сферокристалла участвуют различные
включения иных фаз, а также многочисленные более крупные (превышающие
критические размеры) зародыши основной фазы, поэтому можно утверждать, что
какая-то (в некоторых случаях весьма значительная) часть объема
сферокристалла образована путем «блокового» роста за счет ориентации
окристаллизованных субмикронов. Посторонние частицы вызывают расщепление
волокон, а зародыши - появление новых узких (из 2-З волокон) пучков.
Изучены [213, 355] сферокристаллы настурана, волокна
в которых состоят из цепочек сравнительно крупных (до 1 мкм) кубических или
октаэдрических кристаллов. Такие кристаллы соединяются в цепочки вершинами,
чем напоминают цепочки зародышей самородной серы [342, 356], однако их
первичная природа сомнительна: подобные микронные кристаллы в других
образцах образуют дендриты в массе лучистых сферокристаллов (см. стр. 163).
Расщепление волокон
Количество включений в волокнах возрастает в участках образца, не затронутых-
перекристаллизацией. Сегрегация посторонних Примесей при перекристаллизации
- явление редкое, поэтому можно допустить, что вещество включений может
растворяться при перекристаллизации в основной фазе. Форма большинства
посторонних включений - кубоиды, с ребром от 200 до 700
Å, однако
встречаются и призматические кристаллы. Часть включений зональна и имеет
нерастворимую оболочку. Мелкие кубоиды не поддаются травлению. По ряду
признаков они близки к U409, но прямых доказательств этому нет.
Включения первичны, т. е. образовались в процессе роста, а не связаны с
преобразованиями в сферокристаллах (многие включения приурочены к границам
и местами вызывают расщепление волокон на субволокна). При толщине волокон
0,3 - 0,5 мкм. толщина субволокна колеблется от 20 до 1500
Å. По границам субволокон
в результате травления образуются цепочки ямок травления, показывающих,
согласно В. Т. Риду [357], на незначительную дезориентацию и небольшое число
выходов линейных дислокаций. Границы между волокнами в одних участках резко
протравлены, в других ничем не отличаются от границ между субволокнами.
Сильно вытянутые, замкнутые (линзовидные в срезе) канавки травления между
волокнами, достигающие в длину до 2 мкм. при толщине в расширенной части 0,1
мкм., возможно, являются вскрытыми пузырьками, а не показывают на сильную
дезориентацию. В настуранах с более низким параметром решетки волокна более
тонкие и менее прямолинейные, однако количество таких наблюдений
недостаточно для общих выводов.
Согласно Кейту [314, 358], ширина волокон полимеров δ прямо пропорциональна
коэффициенту самодиффузии D и находится в обратной
зависимости от скорости роста сферолита G: δ =
D/G. Интересно, что
ширина волокон полимеров колеблется примерно в тех же пределах, что и
волокон настурана: от 100-1000Å до нескольких микрометров. Скорость роста
сферолитов полимеров с радиусом R составляет
G = dR/dt
(где t - время) и зависит от температуры:
G = dR/dt
= f(Т).
Сферолиты полимеров образуются при «малоугловом некристаллографическом»
расщеплении («ветвлении») волокон из сильно вязких расплавов или растворов,
когда величина δ крайне мала. В таких условиях образуются сферолиты
тонковолокнистой «Закрытой» (гладкая сферическая поверхность) текстуры. При
увеличении δ, если переохлаждение невелико, растут грубоволокнистые
сферолиты с несоприкасающимися волокнами, т. е. с так называемой «открытой»
текстурой (в книге такие сферолиты в соответствии с работой [320]
рассматриваются как дендритные сферолиты). Сферолиты полимеров представляют
собой поликристаллы, волокна в которых вытянуты по главной оси (по принятой
здесь терминологии их можно называть сферокристаллами). Свойственное
сферолитам малоугловое расщепление противопоставляется «кристаллографическому»
расщеплению (ветвлению), в результате которого образуются дендриты.
Дендритная кристаллизация контролируется диффузией тепла «термические»
дендриты) или свежего материала («концентрационные» дендриты) [358].
Расщепление - результат сложного взаимодействия различных факторов:
соотношения скорости накопления посторонних примесей на поверхности
сферолита и скорости роста граней [359], размера кристаллов и размера
посторонних частиц, вида дефектов решетки и т. д. Включения не всегда служат
причиной расщепления; известно, например, влияние подложки на расщепление
кристаллов селена (Расщепление монокристаллов селенидов связано, как
предполагается [360 а], с захватом примесей; образующиеся волокна вытянуты в
направлении максимальной скорости роста.), [360], по-видимому, в связи с
искажением решетки, а также расщепление в результате растрескивания за счет
напряжений, возникающих в начальные стадии кристаллизации [361]. Расщепление
на субволокна в сферокристаллах настурана может происходить и в отсутствие
включений за счет дислокаций (дислокации в синтетических
UO2 и U4O9 рассмотрены в работах [200, 211, 362 и др.], дислокации в природных окислах
урана не изучены.) (см. рис. 20), вызванных внедрением кислорода [1]. Не
исключено, что такого рода дислокации - результат кратковременного
существования группы (ОН) и образования в поверхностном слое
U(ОН)4 . Во всяком случае в реликтах фибриллярного
настурана видимых (превышающих 20 Å) включений не обнаружено.
Субволокна в пределах волокна образуют сильно вытянутые конические пучки и
таким образом постепенно вызывают увеличение поверхности растущего
сферокристалла. Здесь по-существу происходит мозаичный рост волокон.
Существует и более грубое расщепление - разделение одного волокна на
два самостоятельных волокна в связи с появлением включений, вызывающих
заметную дезориентацию по границам образующихся субволокон. Такое
расщепление наблюдалось, например, в волокне пирамиды нарастания <100>
расщепленного зародыша уранинита, наклоненном под небольшим углом к зонам
роста. Включение, вызвавшее расщепление, имело форму гвоздя длиной около
2500 Å с граненой головкой порядка 1000 Å в поперечнике и тонким
ступенчатым основанием. Включение ориентировано перпендикулярно зонам роста
зародышевого кристалла, т. е. под углом к удлинению волокна (см. рис. 39,
6). Шов расщепления, выявленный травлением, появляется над включением.
В
сферокристаллах более часто происходит расщепление одного волокна на серию
новых волокон, своего рода разветвление волокна вокруг более крупных
включений (см. рис. 39,в), наблюдаемое в настуране уже при небольших
увеличениях [301]. Такое расщепление экспериментально получено для
органических соединений [311, 312]. Кинетика захвата пузырька воздуха
растущими сферокристаллами салола продемонстрирована А.В. Шубниковым и В.Ф. Парвовым [304]. В процессе роста сферолита захваченный пузырёк воздуха
принимает треугольную (в плоскости) форму. В углах основания треугольника
можно видеть центры расщепления игольчатых кристаллов. Треугольную форму
пустот следует ожидать и при захвате пузырьков газа сферокристаллами
настурана, но подобные структуры не установлены.
В
сферокристаллах настурана в основании конических пучков из 2-3 новых волокон
можно видеть зародышевые кристаллы уранинита, достигшие 0,3 мкм. Зародыши
уранинита - основная причина развития волокон при а(r)
~h (см. табл. 20), но в таких случаях следует
говорить о непрерывном появлении новых сферокристаллических пучков, растущих
одновременно с вмещающим его основным сферокристаллом (сферокристаллы новых
"зарождений" по терминологии Д.П. Григорьева [295]).
В
зернистых сферокристаллических агрегатах каждый индивид, как правило,
затравливается целиком, однако степень почернения их различна. По аналогии с
синтетической UO2 (см. гл. 3) более протравленные
сферокристаллы срезаны в плоскости (100), менее протравленные - в плоскости,
близкой к (111). Общее травление сравнительно крупных сферокристаллов
настурана свидетельствует так же, как и структура их поверхности, о наличии
в сферокристалле одной, общей для всех волокон кристаллической решетки.
Общую с основным сферокристаллом ориентировку имеют и разрастающиеся пучки
новых зарождений, что может указывать на ориентированное прилипание новых
центров расщепления - зародышей уранинита к растущим волокнам.
Ориентированные в одном направлении тонкозональные кубооктаэдры (1200
Å в поперечнике, ядро 500 Å) встречены по зонам роста
волокнистых пучков. О первичном осаждении кубооктаэдров в этом случае
говорит сходство внутреннего строения и размеров ориентированных кристаллов
с типичными зародышевыми кристаллами уранинита.
Особенно наглядное расщепление происходит при обрастании волокнами
более крупных препятствий (а>h). Расщепление
начинается вблизи точек поверхности включения, максимально удаленных друг от
друга в направлении, перпендикулярном удлинению волокон (см. рис. 39, г). В
отдельных участках расщепления отчетливо видно, что центром расщепления
служит не волокно, а новый зародыш уранинита. На поверхности включений,
диаметр которых в несколько раз превышает поперечное сечение волокна, можно
видеть осевшие зародыши уранинита. Они расщепляются и переходят в
зародышевые сферокристаллы. Зародыши уранинита, осевшие по бокам включения,
разрастаются, в то время как зародыши, расположенные близко к центру,
зарастают. В любом случае здесь также образуется характерный шов над
включением, что позволяет при изучении реплик определить ориентировку
волокон и направление роста. В процессе обрастания сравнительно
крупного включения в образовавшуюся щель осаждаются многочисленные зародыши,
многие из них имеют форму вытянутого ромба, но по отношению к травлению не
отличаются от настурана (U3O8).
Из приведенных примеров следует, что многие тонкие особенности
расщепления определяются кинетическими факторами и прежде всего соотношением
скорости роста волокон и скорости роста образования и (или) осаждения
дисперсных включений или зародышей.
Абсолютная и
относительная скорости роста
Абсолютную скорость роста минералов пытаются определить различными
способами [295, 363]. По-видимому, можно использовать для этого и
взаимодействие осаждающихся частиц с растущим сферолитом. Скорость
осаждающихся частиц рассчитана для воды (табл. 21) и может быть вычислена
для жидкости с известной плотностью по формуле Стокса [364].
Размеры таких сингенетических включений в волокнах сферокристаллов настурана
колеблются в пределах 100 - 1000 Å, давая для отдельных примеров максимум
при 200 Å и реже при 700 Å. Состав включений неизвестен. По форме (кубоиды) и
отношению к травлению они близки к U4O9
(плотность 11), но могут принадлежать и другим, менее плотным минералам.
Распределение сингенетических включений в сферокристаллах более или менее
равномерное, признаки гравитационного скопления на отдельных участках
волокон не наблюдались. Все это позволяет считать, что скорость роста
сферокристалла превышает скорость осаждения частиц. Пользуясь данными табл.
21, можно ориентировочно определить минимально возможное значение скорости
роста сферокристалла. Так, если частица опускается со скоростью 1 см за 1000
ч, скорость роста волокон не может быть меньше 10 мкм/ч. Для точных расчетов
скорости осаждения нет данных о составе (плотности) включений и вязкости
раствора. Более точно скорость роста сферолитов
устанавливается экспериментально. Максимальная скорость роста
сферокристаллов настурана на самородном мышьяке, по экспериментальным данным
[114], равна 3, 3 мкм/ч .
Относительная скорость роста определяет многие морфологические особенности
сростков сферокристаллов с сопровождающими минералами. Форма сферокристаллов
зависит также от того, с какой скоростью растут волокна. В идеальных
сферокристаллах волокна по всем направлениям растут с одинаковой радиальной
скоростью. Иные соотношения можно видеть в диссимметричных сферокристаллах
- сфероидолитах.
Сфероидолиты
Многие сферокристаллы настурана имеют неправильную, в первом приближении
грушевидную форму, заметно отличающуюся от сферической. Такие, часто
диссимметричные, сферокристаллы («сферолиты второго рода» [295] или «сфероидолиты»
[7, 365]) иногда имеют одну ось бесконечного порядка L∞.
В идеальном развитии их можно рассматривать как фигуры вращения. Зоны роста
в диссимметричных сферокристаллах - сфероидолитах - имеют неодинаковую
толщину: они постепенно утолщаются по мере приближения к
L∞. Поверхность их такая же гладкая и блестящая, как у симметричных
сферокристаллов.
Условия роста сфероидолитов изучены А. Н. Чураковым [366] на примере
трубчатых сталактитов СаСO3, однако общие выводы применимы и для объяснения
роста сферолитов иных минералов. Трудно не согласиться с тем, что «...расширенная
наружная часть сферолита указывает на условия более быстрого роста,
вследствие большей концентрации раствора, тогда как суженная часть указывает
на условия медленного роста в растворе с меньшей концентрацией».
Подтверждением этому служит и увеличение зон роста грушевидных сферолитов по
мере приближения к их средней части.
Рост сферокристаллов настурана происходил из такого материала, который
находился во взвешенном состоянии, но частично оседал под действием силы
тяжести, создавая градиент концентрации. Уменьшение толщины корок настурана
во впадинах, так же как уменьшение толщины концентров сферолитов в
промежутках между одиночными сферолитами, может быть вызвано конвекционным (гравитационным)
градиентом распределения частиц (рис. 40, 6) либо пересечением «двориков
кристаллизации» сферолитов (рис. 40, а), т. е. имеет чисто диффузионную
природу.
Кристаллические волокна в сфероидолитах изгибаются по мере удаления
от L∞, а поверхность и зоны роста ориентированы
нормально (перпендикулярно) к волокнам. Такое «преломление лучей»
сферокристалла происходит, согласно А. В. Шубникову [303], в результате
разницы в температуре (теплоотдаче) расплава и соответственно для растворов
разницы в пересыщении у контакта с различными частями сферолита. Разница в
толщине зон у расщепленных пирамид роста четко наблюдается уже в
кристаллах-зародышах уранинита (см. рис. 35, а). В таких расщепленных
кристаллах, как и в зародышевых сферолитах, дающих в срезах «двулистник»,
также наблюдается уменьшение толщины зон по мере удаления от
L∞, но здесь оно может быть лишь переходной
ступенью к формированию неискаженного сферокристалла.
Изменение концентрации вблизи отдельных участков кристалла-зародыша или
зародышевого сферокристалла может быть связано с диффузией, вызванной
поверхностными явлениями и прежде всего поверхностной миграцией вещества
[335]. Грани с максимальной скоростью роста, получившие за счет расщепления
возможность разрастаться, вызывают перераспределение концентрации вблизи
кристалла. Эти грани становятся центрами диффузии, так как диффузия будет
направлена к местам наибольшего поглощения вещества. В микромасштабе
кристалл или сферокристалл организует вокруг себя среду и посредством
пленочных процессов приобретает устойчивую форму. По мере увеличения размера
зародыша значение поверхностных процессов в формировании облика
сферокристалла снижается. В более крупном масштабе
градиент концентрации может быть вызван анизотропией среды, симметрией
массопереноса (гравитация, тепловая конвекция) и другими причинами. При
радиальной диффузии образуются высокосимметричные сферокристаллы, при
линейной - сфероидолиты.
Унаследованные формы
Форма растущего сферокристалла определяется не только симметрией среды [305,
367] и особенностями массопереноса (диффузия, конвекция, гравитация) [365].
Какое-то значение имеет, очевидно, «наследственность» и прежде всего форма
зародышевого сферокристалла.
Об унаследовании форм свидетельствуют плоскогранные пирамиды роста с
нормальным расщеплением. В принципе это небольшие ровные площадки на
сферолитах, но такие площадки могут быть по своей природе индукционными,
если предположить, что одновременно растущие сферолиты, контактировавшие в
последние моменты роста, были впоследствии разобщены. Доказательством
первичности таких площадок служит наличие прямолинейных зон, вскрываемых
травлением или природным растворением (рис.41).На микрофотографии образца из
настуран-селенидной ассоциации пунктиром показаны границы одной из пирамид
плоскогранного роста. Участки растворения сферолита, выполненные кальцитом,
подчеркивают зональность и блоковое строение пирамиды роста (нормальный тип
расщепления кристалла - см. рис. 36).
Унаследованные плоскогранные элементы на крупных сферокристаллах обычно
отсутствуют. Крупные сферолиты развивались более длительное время и имеют
более сложное строение, фиксирующее отдельные моменты их истории. Одним из
важных факторов искажения и усложнения форм сферокристаллов являются
гравитационные явления.
В
процессе роста сферолитов и сфероидолитов настурана в открытых пустотах
тончайшие зародыши кристаллов иных минералов, появляющиеся в растворе,
опускаются вниз под действием силы тяжести и перекрывают верхние части
сферолитов. Среди таких примесей чаще всего встречаются мельчайшие
кристаллики коффинита, галенита, кальцита, а также мельчайшие сферокристаллы
настурана поздних зарождений. Размеры осаждающихся частиц нередко
колеблются в пределах единиц и десятых долей микрона. Во всяком случае,
скорость их осаждения превышала скорость роста волокон и является, таким
образом, верхним пределом скорости роста сферокристаллов настурана.
Соосаждение примесей иногда происходит в течение всего периода роста
сферолитов, и в итоге сферолиты разделяются на две половины: верхнюю с
многочисленными центрами роста сферолитов новых зарождений и нижнюю,
отличающуюся отсутствием заметных включений (рис. 42). Верхняя половина
таких сложных сферокристаллов становится агрегатной: сферокристалл здесь
состоит из узких сферокристаллических пучков - субиндивидов, расположенных
радиально по отношению к первичному центру роста. Подобное строение нередко
характерно для всего сложного сферокристалла и тогда он может быть назван
сферокристаллическим сферолитом (терминология Б. Попова [312]).
Сферокристаллические
сферолиты
Новые центры роста, образовавшиеся на поверхности сферокристалла за счет
захвата или осаждения зародышевых кристаллов уранинита, какое-то время
растут совместно со сферокристаллами раннего зарождения.
Закон совместного роста сферолитов был рассмотрен А.В. Шубниковым [313].
Если сферолиты одного и того же минерала растут с одинаковой скоростью, но
возникли в разное время, на их контакте образуется индукционная поверхность
гиперболоида вращения (рис. 43). При одновременном росте сферокристаллов
настурана нескольких зарождений ось L∞ фигур,
близких к гиперболоидам вращения, совпадает с радиусом раннего
сферокристалла А. Такие гиперболоиды выступают на поверхности крупных
сферокристаллов в виде сферических бугорков Б. При дальнейшем росте
сферокристаллы поздних зарождений приобретают форму, близкую к эллипсоидам
вращения (рис. 43, В и рис. 44).
Строение сферокристаллов настурана имеет большое сходство с
текстурами жидких кристаллов. Так, в работе [368] на (рис.8,а)
сферокристаллы [образованные за счет расщепления кубических (?) зародышей]
олеата натрия сгруппированы в обычный сферокристаллический сферолит. На
(рис.8,б) в работе [368] отчетливо видны гиперболоиды поздних сферокристаллов,
выросших одновременно с основным сферокристаллом. Сходство с жидкими
кристаллами здесь представляет двойной интерес. Сходство обусловлено чисто
геометрическим фактором сферокристаллического роста, оно позволяет
использовать результаты изучения сферокристаллов минералов (настурана,
гематита и др.) для расшифровки конфокальных текстур и т. п. С другой
стороны, это сходство заставляет задуматься о возможности промежуточного
жидкокристаллического состояния в процессе образования настурана.
Сферолиты поздних зарождений в объеме раннего сферолита имеют форму
эллипсоидов и гиперболоидов вращения лишь в том случае, когда они не
соприкасаются между собой. При большом числе зародышей поздних сферолитов,
осевших на ранний сферолит, последний прекращает свой рост. Разрастаются
лишь сферолиты поздних зарождений, покрывая ранний сферолит почковидной
коркой. В срезах отчетливо видно, что бугристая поверхность таких почек
настурана на любой стадии роста - это поверхность роста крупного сложного
сферолита, верхние зоны которого состоят из более мелких сферокристаллов
поздних зарождений, отделенных друг от друга плоскими индукционными
поверхностями. По отношению к индукционным плоскостям, ограничивающим
сферолиты раннего зарождения, оси L∞ сферолитов
позднего зарождения могут находиться под любым углом. В результате
взаимоотношений субиндивидов одного сложного сферолита с соседним индивидом,
а также с субиндивидами соседнего индивида возникает сложная картина
строения индукционных поверхностей.
По-существу очень многие сферокристаллы являются
сферокристаллическими сферолитами, так как образуются не только за счет
мозаичного роста волокон, но и за счет появления новых зародышевых центров и
последующего расщепления осевших (захваченных) зародышей с образованием
узких сферокристаллических пучков.
Сферокристаллы поздних зарождений растут медленнее и, как правило,
зарастают, что показывает на прямую зависимость между скоростью роста
сферолитов и их радиусом. Объяснение такого явления кроется, по-видимому,
в увеличении плотности дислокаций в процессе роста. По мере накопления
дефектов скорость роста кристаллических волокон сферокристалла, как и у
других реальных кристаллов [369], увеличивается. Проявляется, хотя и слабо,
своего рода автокатализ. Другим возможным объяснением может служить разница
отношений h1/а>h2/а у сферокристаллов раннего (толщина волокна h1, ребро
включения - а) и позднего (h2) зарождения. В
сростках одновременно образованных сферокристаллов и гипертрофированных
зародышей заметно уменьшение зон роста в сферокристалле нового зарождения (рис.
45, в). Ряд дополнительных деталей выявляется при
образовании сферокристаллов настурана совместно со сферолитами и кристаллами
других минералов, когда R≤а и R≤r
(см. табл. 20).
Совместный рост
сферокристаллов двух минералов
Известен совместный рост сферокристаллов настурана со
сферокристаллами молибденита [348, 370], никелина [7], коффинита и
гидробиотита [49].
Совместный рост сферолитов двух различных веществ рассмотрен А.В.
Шубниковым [313] (рис. 46). На рис. 46, а. показан случай, когда новый
сферолит B образовался на поверхности сферолита А;
оба сферолита росли с постоянной скоростью, причем скорость прироста дуги
ds была выше скорости разрастания сферолита А по
радиусу r. Сферолит В в момент полного обрастания
сферолита А имеет форму, образованную двумя развертками спиралей. Такие
взаимоотношения известны, но обычно сферолит В прекращает свой рост в
зародышевом состоянии (см. рис. 46, а - показан жирной линией), в то время
как сферолит А продолжает свой рост и служит средой для сферолита В. Пары
сочетания В - А: молибденит - настуран [348], настуран - [никелин]
раммельсбергит [7] (см. рис. 46, в), кварцин - халцедон [371, 372, 300].
В природных условиях часто отмечаются перерывы в росте сферолитов
одного вещества, в то время как сферолит другого вещества продолжает расти.
На рис. 46, б показан пример одновременного роста сферолитов двух различных
минералов. Центры расщепления O2,
O3, C2, - возникают при
остановке, а также при замедлении роста одного из сферолитов. Индукционная
поверхность (след её O1O3) отражает колебания соотношений скоростей роста сферолитов. Зона ГД росла
после прекращения роста сферолита с радиусом С1Б. Зона ВВ образовалась после
остановки роста сферолита с радиусом 01Д.
Сферолиты одного
минерала, одновременно растущие со сферолитом другого минерала, представляют
собой сложные фигуры с одной осью бесконечного порядка -
L∞,
лежащей на продолжении радиуса сферолита-хозяина. Форма поверхности роста
фигур, обладающих осью вращения, близка к сферической; индукционная
поверхность в первом приближении коническая или ступенчато-коническая,
ступенчато-гиперболоидная и т. п. Если скорость роста сферолита-включения
была больше скорости роста сферолита-хозяина, индукционная поверхность
сферолита-включения коническая, с вогнутыми стенками, при обратном
соотношении - с выпуклыми стенками. Габитус включения, определяемый
отношением хорды, соединяющей крайние точки сферы (поверхность роста), к
радиусу, также является указателем соотношения скоростей; в тех случаях,
когда это отношение приближается к 2, скорость роста сферолита-включения
либо резко превысила скорость роста раннего сферолита, либо ранний сферолит
прекратил свой рост. Если отношение хорды к радиусу приближается к нулю (т.
е. сферическая поверхность становится крайне малой либо исчезает), можно
говорить о резком преобладании скорости роста сферолита-хозяина [348].
Совместный рост
сферокристаллов с кристаллами
Сростки (R≈а) сферокристаллов настурана с
кристаллами коффинита (см. рис. 45) встречены в темно-фиолетовом флюорите из
флюорит-баритовых жил Рудных гор. Гипертрофированные зародыши
сферокристаллов настурана сохраняют очертания кристаллов уранинита.
Сферокристаллы настурана и кристаллы коффинита местами имеют единый центр
зарождения (см. рис. 45, а), впоследствии замещенный халькопиритом. Они
одновременно росли и практически одновременно закончили свой рост.
Кристаллы- зародыши уранинита оседали на кристалл коффинита эпитаксиально
(см. рис. 45, 6), их рост был прерывистым. Своеобразные сростки возникают
при одновременном росте сферокристалла настурана и кристалла уранинита,
послужившего центром для нового сферокристалла (см. рис. 45, в). Здесь
отчетливо видно, что одновременно возникшие зоны роста, подчеркнутые
последующими превращениями, у сферокристалла нового зарождения тоньше зон
раннего сферокристалла. В зоне А едва намечается зародыш уранинита.
Сферолиты раннего зарождения в других участках образца показывают на
постепенные переходы уранинита в настуран. Зона Б испытала ориентирующее
влияние нового зародыша при последующей перекристаллизации. Сросток
интересен тем, что дает пример одновременного роста настурана, уранинита и
коффинита, т. е. «запрещенную» с позиции эксперимента [114] ассоциацию.
Зародышёвый сферокристалл, изображенный на (рис.45.г), еще не приобрел форму
сферолита, поэтому здесь четко различимы эпитаксиальный характер нарастания
зародыша коффинита на кристалл уранинита и последующий одновременный рост -
явление, получившее название синтаксии [373] как особого случая
синкристаллизации (синкристаллизация
- одновременная кристаллизация основного вещества и примеси в виде отдельных
микроскопических кристаллов [238]).
Сростки
минералов при разнице в размерах R и а. на порядок
иные. При R>а. возникают своеобразные структуры
одновременного роста отдельных зон сферокристаллов настурана и включений
[49], а также пойкилиты, например, с галлуазитом [374].
При R<<a
появляются всевозможные индукционные фигуры сферокристаллов настурана,
растущих одновременно с отдельными зонами включающих их кристаллов. При
совместном росте возникают фигуры, обладающие осью вращения
L∞, ориентированной перпендикулярно к растущей
грани (рис. 47). Радиальная лучистость свидетельствует о первичном росте
сферокристаллов лов в отличие от фигур, образованных в результате заполнения
отрицательных кристаллов. В последнем случае игольчатые кристаллы минерала
перпендикулярны стенкам пустот [347]. Колебание в соотношении скоростей
роста кристаллов и сферолитов приводит к образованию ступенчатых фигур
вращения (см. рис. 47, в). Структуры одновременного
роста характерны для крустификационных жил. Зафиксирован совместный рост
сферолитов настурана с индивидами самородного висмута, раммельсбергита,
молибденита, флюорита [348], пирита [375], кальцита [348, 319], кварца,
адуляра [376], коффинита [49], галенита, скуттерудита, никелина и
предположительно эпидота [301]. Сведения о совместном росте настурана и
селенидов [377], по-видимому, ошибочны.
Рост
сферокристаллов совместно с плоскогранными индивидами в одних случаях
начинается с осевшего кристалла-зародыша уранинита, в других - с
зародышевого сферокристалла. В процессе совместного разрастания при
остановках грани кристалла по краям сферокристалла происходит расщепление,
вернее, образование новых центров роста волокон. Поэтому конечная
поверхность свободного роста индукционных форм сферокристаллов не бывает
строго сферической.
Источник: Ю. М. Дымков
"Природа урановой смоляной руды". М., "Атомиздат", 1973
(текст для интернет-публикации предоставлен автором). Ссылки на цитируемую лит-ру см. в
первоисточнике.
(Продолжение)
