Введение
Биотит – это распространенная группа филлосиликатных минералов в группе слюд, с приблизительной химической формулой K(Mg,Fe)3AlSi3O10(F,OH)2. Он представляет собой преимущественно ряд твердых растворов между железистым аннитом и магниевым флогопитом; более богатые алюминием конечные члены включают сидерофиллит и эастонит. До 1998 года Международная минералогическая ассоциация считала биотит отдельным минеральным видом, после чего его статус был изменен на минеральную группу. Термин «биотит» до сих пор используется в полевых условиях для описания неанализированных темных слюд. Биотит был назван Й. Ф. Л. Хаусманом в 1847 году в честь французского физика Жана Батиста Био, который проводил ранние исследования многих оптических свойств слюды. Минералы группы биотита являются слоистыми силикатами. Железо, магний, алюминий, кремний, кислород и водород формируют слои, слабо связанные между собой ионами калия. Термин «железная слюда» иногда используется для биотита, богатого железом, но он также относится к чешуйчатой микавидной форме гематита, а полевой термин «лепидомелан» для неанализированного биотита, богатого железом, позволяет избежать этой двусмысленности. Биотит также иногда называют «черной слюдой» в отличие от «белой слюды» (мусковита) – обе образуются в одних и тех же породах, и в некоторых случаях параллельно друг другу.
Biotite is a common group of phyllosilicate minerals within the mica group, with the approximate chemical formula |K(Mg,Fe)3AlSi3O10(F,OH)2. It is primarily a solid solution series between the iron endmember annite, and the magnesium endmember phlogopite; more aluminous end members include siderophyllite and eastonite. Biotite was regarded as a mineral species by the International Mineralogical Association until 1998, when its status was changed to a mineral group. The term biotite is still used to describe unanalysed dark micas in the field. Biotite was named by J. F. L. Hausmann in 1847 in honor of the French physicist Jean Baptiste Biot, who performed early research into the many optical properties of mica. Members of the biotite group are sheet silicates. Iron, magnesium, aluminium, silicon, oxygen, and hydrogen form sheets that are weakly bound together by potassium ions. The term "iron mica" is sometimes used for iron rich biotite, but the term also refers to a flaky micaceous form of haematite, and the field term Lepidomelane for unanalysed iron rich Biotite avoids this ambiguity. Biotite is also sometimes called "black mica" as opposed to "white mica" (muscovite) – both form in the same rocks, and in some instances side by side.
Свойства
Как и другие слюдяные минералы, биотит обладает совершенным базальным спайностью и состоит из гибких листов, или ламелей, которые легко отшелушиваются. Он имеет моноклинную кристаллическую систему, образуя таблитчатые или призматические кристаллы с выраженным пинакоидным окончанием. Кристалл формируется четырьмя гранями призмы и двумя гранями пинакоида, создавая псевдогексагональную форму. Хотя из-за спайности и слоистости вскрытие не всегда заметно, оно неравномерное. Биотит может быть зеленоватым, коричневым или черным, а при выветривании – даже желтым. Он может быть прозрачным или непрозрачным, обладает стеклянным или перламутровым блеском и серо-белой чертой. Крупные куски кристаллов биотита называют "книгами" из-за их сходства с книгами, состоящими из множества страниц-пластинок. Обычно цвет биотита черный, а его твердость по шкале Мооса составляет 2,5–3. Биотит растворяется как в кислых, так и в щелочных водных растворах, при этом скорость растворения максимальна при низком pH. Однако растворение биотита сильно анизотропно: краевые поверхности кристаллов (h k0) реагируют в 45–132 раз быстрее, чем базальные поверхности (001).
Оптические свойства
В тонких срезах биотит проявляет умеренный рельеф и от светло-зеленовато-коричневого до темно-коричневого цвета, с умеренным до выраженного плеохроизма. Биотит обладает высокой двойным лучепреломлением, которое может быть частично скрыто его насыщенной собственной окраской. Под скрещенными поляризаторами биотит демонстрирует погасание, приблизительно параллельное линиям спайности, и может проявлять характерное "кленовое око", или пятнистость, вызванную деформацией гибких пластинок минерала при шлифовке тонкого среза. Базальные сечения биотита в тонких срезах обычно имеют приблизительно шестиугольную форму и, как правило, выглядят изотропными под скрещенными поляризаторами.
Структура
Как и другие мики, биотит имеет кристаллическую структуру, описываемую как TOT c, что означает, что он состоит из параллельных слоев TOT, слабо связанных друг с другом катионами (c). Слои TOT, в свою очередь, состоят из двух тетраэдрических листов (T), прочно связанных с обеими сторонами одного октаэдрического листа (O). Именно относительно слабая ионная связь между слоями TOT обуславливает совершенное базальное спайность биотита. Тетраэдрические листы состоят из тетраэдров кремнекислорода, представляющих собой ионы кремния, окруженные четырьмя ионами кислорода. В биотите каждый четвертый ион кремния замещается ионом алюминия. Каждый тетраэдр разделяет три из четырех своих ионов кислорода с соседними тетраэдрами, образуя гексагональный лист. Оставшийся ион кислорода (апикальный ион кислорода) доступен для связи с октаэдрическим листом. Октаэдрический лист в биотите является триоктаэдрическим листом, имеющим структуру листа минерала бруцита, при этом магний или железо обычно выступают в качестве катионов. Апикальные кислороды занимают место части гидроксильных ионов, присутствующих в бруцитовом листе, прочно связывая тетраэдрические листы с октаэдрическим листом. Тетраэдрические листы обладают значительным отрицательным зарядом, поскольку их объемный состав составляет AlSi3O105−. Триоктаэдрический лист имеет положительный заряд, поскольку его объемный состав составляет M3(OH)24+ (M обозначает двухвалентный ион, такой как железо или магний). Комбинированный слой TOT имеет остаточный отрицательный заряд, поскольку его объемный состав составляет M3(AlSi3O10)(OH)2−. Оставшийся отрицательный заряд слоя TOT нейтрализуется межслойными ионами калия. Поскольку гексагоны в T и O листах немного различаются по размеру, листы слегка искажаются при образовании слоя TOT. Это нарушает гексагональную симметрию и понижает ее до моноклинной симметрии. Однако исходная гексаэдрическая симметрия проявляется в псевдогексагональном характере кристаллов биотита.
Возникновение
Члены группы биотитов встречаются в самых разнообразных магматических и метаморфических породах. Например, биотит встречается в лаве Везувия и в интрузивном комплексе Монцони в западных Доломитах. Биотит в граните обычно содержит меньше магния, чем биотит, встречающийся в его вулканическом эквиваленте – риолите. Биотит является существенным фенокристаллом в некоторых разновидностях лампрофира. Биотит иногда встречается в виде крупных кристаллов, легко расщепляющихся по плоскостям спайности, особенно в пегматитовых жилах, как, например, в Новой Англии, Вирджинии и Северной Каролине (США). Другие известные местонахождения включают Банкрофт и Садбери (Онтарио, Канада). Это важный компонент многих метаморфических сланцев, и он формируется при подходящем составе в широком диапазоне давления и температуры. По оценкам, биотит составляет до 7% от площади континентальной коры. Магматическая порода, состоящая почти исключительно из тёмной слюды (биотита или флогопита), известна как глиммерит или биотитит. Биотит может встречаться в ассоциации с его обычным продуктом изменения – хлоритом.
Применение
Биотит широко используется для определения возраста горных пород методами калий-аргонового или аргон-аргонового датирования. Поскольку аргон легко высвобождается из кристаллической структуры биотита при высоких температурах, эти методы могут давать лишь минимальные оценки возраста для многих пород. Биотит также полезен при изучении температурных условий метаморфизма горных пород, так как распределение железа и магния между биотитом и гранатом чувствительно к температуре.