Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Концепция эффективной устойчивости минералов

ВАК РФ 04.00.20, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Концепция эффективной устойчивости минералов"

Комитет Российской Федерации по геологии и использовании недр (РОСКОМНЕДРА)

Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья имени Н.М.Федоровского (БИМС)

УДК 549.01

На правах рукописи

ГРУДЕВ Алексей Петрович

КОНЦЕПЦИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ МИНЕРАЛОВ

Специальность 04.00.20 - минералогия, кристаллография

Диссертация в форме научного доклада

на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

Уосква

1995

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте минерального сырья Комитета Российской Федерации по геологии и использованию недр и на Кафедре минералогии Московского Государственного университета.

Официальные оппоненты

Доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник ИГЕМа РАН В.Ю.Бугельский

Доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института кристаллографии РАН Р. В \ Галиулин

Доктор геолого-минералогических наук, профессор Г. А. Сидоренко (ВИМС)

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ Институт геологии Коми Научного Центра Яральского отделения РАН

Защита состоится "_____" октября 19Э5 г. на заседании

Специального Совета Д,071.04.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте минерального сырья им. Н.М.Федоровского по адресу: 109017 Москва 1-17, Старомонетный переулок, 31.

Доклад разослан сентября 1995 г.

Цченый секретарь специализированного Совета, кандидат геолого-минералогических наук

Т.Н.Шурига

- 3 -

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Практические запросы экономической геологии и научные императивы анализа парагенезисов выявили совершенно недостаточную разработанность понятия "устойчивость минералов". Эта же проблема сдергивает промышленное освоение месторождений с неблагоприятными технологическими свойствами руд.

Нарастающая потребность интенсивного развития биомодулей в горно-металлургических производственных системах делает данную проблему еще более злободневной. Кроме того, все более обостряющаяся проблема литомониторинга и прогнозирования критических экологических ситуаций во многом упирается в оценки устойчивости минералов и их ансамблей.

Внимательный анализ тенденций собственно минералогических исследований показывает, что среди важнейших направлений нет ни одного, чье развитие не использует характеристики устойчивости минералов (типоморфизм,минералогическое обеспечение горно-рудных технологий, обоснование металлогенических прогнозов и др.). Эти исследования заметно сдерживаются отсутствием фундаментальной разработки теории устойчивости минералов в природных процессах.

Введение понятия эффективной устойчивости минералов как относительно реалистичной меры вероятности существования их в геологических, технологических, и экологических системах, выражаемой некоторым функционалом от частных функций стабильности (термохимической, кинетической, топологической), представляется целесообразным с точки зрения генетической, технологической и экологической минералогии.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - интерпретация "критической массы" геологического и экспериментального материала, в основном полученного соискателем лично и в коллективах исследователей, для формирования концепции эффективной устойчивости минералов, с тем, чтобы данная концепция могла составить предмет дискуссий и доработки, имеющих задачей превратить концепцию в полноценную научную теории.

Для этого были поставлены следующие частные задачи:

1. Исследование современного содержания понятия устойчивости минералов при сопоставлении с общенаучными трактовками устойчивости в базовых научных дисциплинах.

2. Выявление и демонстрация существенного для генетических процессов взаимообмена информацией (меяду эволюционирующими минеральными индивидами и геологической средой), конструктивным образом дополняющего потоки массообмена и энергообмена в механизме процессов.

3. Введение понятия эффективной устойчивости минералов как

относительно реалистичной оценки вероятности существования минерала в геологических, технологических и экологических системах, выражаемой функционалом от частных функций стабильности (термохимической, кинетической и топологической).

4. Демонстрация и совершенствование базовых вариантов частных функций стабильности на базе геологических и экспериментальных исследований важных групп минералов.

5. Разработка приемов статистической минералогии с целью получения апостериорных оценок эффективной устойчивости минералов широких рядов состава для совершенствования методики выявления химических разновидностей.

6. Использование концепции эффективной устойчивости для конструирования исходного варианта минералогического обеспечения биотехнологии полезных ископаемых.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

1. Впервые акцентировано значение взаимообмена информацией между эволюционирующими минеральными индивидами и геологической средой, конструктивно завершающего формирование системного научного представления о генетических процессах (энергообмен + мас-сообмен + взаимообмен информацией).

2. Установлен принципиальный вид матрицы эффективной устойчивости минералов - функционала от частных функций стабильности (термохимической, кинетической и топологической), определяющего вероятность существования минерала в геологических, технологических и экологических системах.

3. Впервые показана эффективность комплексной оценки устойчивости минералов - как априорной (на базе предложенного функционала), так и апостериорной (на базе специально разработанных приемов статистической минералогии).

4. На основе методологии п.З, в результате геологических и экспериментальных исследований, а также путем анализа литературных данных впервые зафиксирована проявляющаяся с различной интенсивностью геологическая тенденция формирования эквиатомных минералов (состава приблизительно в интервале 40:60 - 60:40) - и в широких рядах состава.

5. Показана результативность специально разработанного комплекса приемов статистической минералогии для рационального выделения химических разновидностей минералов, равно как для исследования типохимизма минералов.

6. Установлена недостаточность традиционных исследований для минералогического обеспечения биотехнологии полезных ископаемых и предложен комплекс апробированных геологических, лабора-

торных и вычислительных процедур на базе концепции эффективной устойчивости минералов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Материалом для исследования послужили в основном следующие группы минералов:

1. Арсенатн ряда аннабергит - эритрин из окисленных руд местороядений Ак-Джилга в Кыргызстане и Даикесан в Азербайджане, широкие эксперименты по контролируемому синтезу, а также специально подобранный совместно с Л.К.Яхонтовой, массив литературных данных, содержащий порядка 40 анализов мономинеральных проб.

2. Арсениды, сульфиды и сульфоарсениды элементов группы железа из местороядений Абаканского в Хакассии, Ак-Джилга и Даикесан, музейные образцы, использованные для яирокого цикла экспериментов, моделирующих рудный гипергенез и биокосные взаимодействия с участием минерального субстрата.

3. Вольфрамит из местороядений Чалба в Якутии-Саха, а также специально организованный, совместно с Т.И.Гетманской, массив литературных данных, содержащий около 200 анализов мономинеральных проб.

4. Гранаты ряда андрадит - гроссуляр из месторождений Ак-Джилга и Даикесан, Бурлукского и Ирбинского в Красноярском крае, Капаевского в Иркутской области, Соухусанского в Бурятии, а также порядка 800 анализов мономинеральных проб из литературных источников.

5. Магнетит из месторождений Абаканского и Анзасского в Хакассии, Бурлукского, Дашкесанского, Ирбинского, Капаевского, Коршуновского и Соухусанского, а также подобранные, совместно с Н.Е.Сергеевой, литературные данные, содержание порядка 200 анализов мономинеральных проб.

6. Сульфаты железа, содержащиеся в зоне гипергенеза и крио-генеза месторождений, богатых пирротином (Ак-Джилга, а также Красная Горка, Тасаппа и Укачилкан в Якутии-Саха).

Для исследования природного изоморфизма в породообразующих дитригонально-скаленоэдрических карбонатах было использовано около 800 опубликованных химических анализов при достаточной характеристике достоверности материала.

Соискателем интггнсивно разрабатывались, совершенствовались

и применялись методы статистической минералогии, которые в результате были описаны в форме комплекса лабораторных и вычислительных методик, позволяющего давать апостериорную оценку эффективной устойчивости минералов, а также на объективной основе Фиксировать химические разновидности.для широких природных рядов.

Автор активно участвовал в разработке методики цифрового моделирования месторождений на основе весьма эффективного алгоритма, предложенного И.Д.Савинским. Эта работа оказалась конструктивно полезной как для совершенствования комплекса вычислительной обработки в статистической минералогии, так и для создания исходного варианта системы минералогичекого обеспечения перспективных технологий полезных икопаемых (такая система должна содержать блок "минералого-технологичекое картирование", причем, сама по себе получаемая цифровая модель, в принципе, является исходным материалом для дальнейших вычислительных операций, направленных на выявление зональности месторождения, картирование вариабельности вещественного состава, оптимизацию параметров кондиций на.основе построения специальных номограмм, предложенных соискателем, и др.).

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Полученные геологические и экспериментальные результаты в итоге комплексной интерпретации позволили предложить концепции эффективной устойчивости минералов, для развития в дальнейшем последней до уровня научной теории, которая позволит на единой методологической основе получать и применять относительно реалистические оценки устойчивости минералов для решения задач прогнозирования, поисков, разведки и оценки месторождений, для повышения эффективности перспективных технологий минерального сырья и литомониторинга окружающей среды.

Разработанный для апостериорной оценки эффективной устойчивости комплекс приемов статистической минералогии позволил предложить уточняющие методики для количественной характеристики степени типоморфизма и для объективного выделения химических разновидностей минералов.

Основные положения диссертации могут быть использованы:

- при решении вопросов, связанных с минералогическим картированием для подготовки месторохдений к промышленному освоению,

- для получения объективных данных об условиях образования минералов и их ансамблей (геологические потенциометры и др.).

- для решения задач технологической минералогии, при разработке и оптимизации схем рудоподготовки и обогащения мине-

рального сырья,

- при исследованиях механизмов взаимодействия минеральных индивидов с геологической либо технологической средой (включая микробиологическую),

- в учебном процессе, при чтении курса минералогии и некоторых специальных курсов (что уже несколько лет имело место в государственных Университетах СНГ: Киевском им. Тараса Шевченко (проф. В.И.Павлишин) и Московском им. М.В.Ломоносова (проф. Л.К.Яхонтова).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Отдельные этапы работы обсуждались на 2-х международных и 4-х Всероссийских конференциях: двух Годичных сессиях Московского отделения ВЫО ("Прикладная и экологическая минералогия", 1990 г., 3 доклада; "Проблемы минералогии России", 1994 г.), 2-х Ломоносовских чтениях в Московском университете (1988 и 1992 гг.), на 2-х конференциях Украинского минералогического общества ("Основные понятия минералогии", Симферополь,1978 г. и Юбилейной, посвященной памяти Е.К.Лазарсенко, Львов, 1992 г.), на Первой межгосударственной конференции "Био-минералогия-92" (Луцк, 1992) и на Межгосударственном семинаре "Минералогия и жизнь" в Коми научном центре РАН (Сыктывкар, 1993 г.), на II и III Съездах Всероссийского минералогического общества в Санкт-Петербурге (1986 г. и 1992 г.), на совещании "Минералого-геохимические аспекты охраны окружающей среды" (ВМО, Ленинград, 1991 г.), на 2-х Всесоюзных совещаниях "Теория минералогии" в Институте геологии Коми научного центра (1985 г. и 1991 г., 3 доклада) и на X Международном совещании по россыпям и корам выветривания (Москва, 1994). На XIII и XYI съездах Международной минералогической ассоциации (IMA) автором были представлены 3 доклада, на 5-м Международном конгрессе по прикладной минералогии IСАМ (Варшава, 1996) - 5 докладов.

Соискатель имел счастливую возможность на протяжении 1960-1990 гг. докладывать и обсуждать отдельные этапы своей работы на заседаниях Петрографической секции Московского общества испытателей природы, с публикацией авторефератов докладов в "Бюллетене МОИП" (6 докладов), получая на этих заседаниях конструктивную критику и дискуссии, способствовавшие совершенствованию содержания работы. Наконец, автор участвовал в 1995 г. в деятельности Геометрического семинара при Институте кристаллографии РАН, а также Комиссии по минералогическим проблемам новейших геотехнологий Академии естественных наук РФ.

Две статьи соискателя (в соавторстве) были отобраны редакциями иностранных геологических журналов для перевода с русского языка и опубликованы, включая статью в " International Geology

Review " (1981, том 23, К II), побудившую иностранных коллег к развитию изложенных в статье исследований, причем полученные в результате материалы, в основном, подтвердили выводы соискателя.

На нескольких совещаниях соискатель участвовал в докладах, посвященных проблемам математической обработки результатов геолого-минералогических исследований на ЭВМ, включая реализацию комплекса приемов статистической минералогии, а также построение и дальнейшую вычислительную обработку цифровых моделей месторождений.

ПУБЛИКАЦИИ. По итогам исследований опубликовано больше сотни работ в периодической научной печати и сборниках, включая статьи в "Докладах Академии наук" (по представлению академиков Н. В. Белова, М. Г. Воронкова, Д. В. Рундквиста и В. И. Смирнова), а также в журналах "international Geology Revieu" и "Zeitschrift für flngeuandte Geologie".

Соискатель является также соавтором 6 монографий, а также одним из редакторов научно-технического информационного сборника АО "Геоинформмарк" "Геоэкололгические исследования и охрана недр" (Вып. 2, 1995).

К чисто научным публикациям примыкают 12 статей в справочниках: "Энциклопедия неорганических материалов" (Киев, "Наукова думка", 19??); "Горная энциклопедия" (Москва, "Советская энциклопедия", 1983); "Типоморфизм минералов" (Москва, "Недра", 1989).

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ СЛЕДЭДИЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

1. Предлагается комплекс исходных определений необходимых для анализа устойчивости минералов, центральное из которых: "Минерал является устойчивым относительно некоторой сравнительно стабильной области геологических (физико-химических) параметров (фазового пространства), если траектория его эволюции не покидает пределы такой обалсти".

2. Эффективная устойчивость минералов ЭУМ (Minerals Effective Steadiness, MES ) определяется как относительно реалистичная оценка вероятности обнаружения минерала в геологических, технологических, экологических системах, отражаемая квадратной матрицей обобщенных потоков и частных функций (3x3) и, в принципе, рассматриваемая как функционал от трех частных функций стабильности ЧФС ( Partial Functions of Stability, PFS ) - термической, кинетической и топологической.

3. Рассмотрена и акцентируется роль взаимообмена информацией между минеральными индивидами и геологической средой, определяющего многоуровневое структурирование минерального вещества и контролирующего его эффективную устойчивость.

4. Реалистические оценки ортостабильности могут быть получены на основе предлагаемой системы эффективных кристаллохими-ческих параметров (ЭКП).

5. В качестве первой попытки верификации предложенной концепции эффективной устойчивости минералов теоретически обоснована статистическая предпочтительность формирования эквиатоиных минералов для широких рядов состава; такая предпочтительность подтверждена специальными исследованиями природного материала и может рассматриваться в качестве распространенной геологической тенденции с варьирующей интенсивностью проявления.

6. В качестве второй проверки работоспособности концепции эффективной устойчивости минералов на базе концепции сформирован исходный вариант минералогического обеспечения биогеотехнологии, проработка некоторых элементов этой системы показала пригодность их и системы в целом.

ОБЪЕМ И СТРИКТУРА РАБОТЫ. Доклад состоит из шести глав (стр. 12-75), Введения (стр. 3-11) и Выводов (стр. 75-78). В 1-й главе (стр. 12-15) приведены краткие сведения о понятии устойчивости природных фаз и приводятся некоторые практические соображения, вынуждающие расаирять подходы к оценке устойчивости минералов за рамки, предписываемые термохимией. Глава 4 (стр. 38-48) посвящена рассмотрению эффективных кристаллохимических параметров как базовых критериев термохимической стабильности минералов, определяющих соответствующую частную функцию (псевдостабильность), также лежачую в основе функционала эффективой устойчивости. Глава 5 (стр. 49-62) посвящена вытекающему из концепции приемов статистической минералогии и, в частности, компьптерной томографии, позволяющей объективно оценивать апостериорные вероятности существования минералов в геологических системах и на этой основе решать практические и научные задачи. В результате фиксируется факт широкого формирования в природе эквиатомных минералов, понятие о которых введено соискателем. В главе б (стр. 63-78) концепция эффективной устойчивости минералов рассмотрена как научная основа минералогического обеспечения перспективных технологий минерального сырья.

На стр. 78-88 приведены публикации соискателя по теме доклада (107 работ).

Исходной базой для предлагаемого исследования послужили труды Л.А.Асланова, Н.В.Белова, Г.Б.Бокия, М.Е.Виноградова,

- 10 -

ft. И. Гинзбурга. М. Д. Дорфмана, В.А.1арикова, В.В.Зуева,

B. М. Изоитко, Ю. Л. Климонтовича, Г. ft. Крутова, В. И. Кузьмина, Е. К. Лазаренко, Ф. ft. Летникова, ft. С. Марфунина, 0. И. Матковского, Г. В. Остроумова, ft. С. Поваренных, В. И. Павлиши-на, В. Т. Покалова, И. Д. Савинского, Г.ft.Сидоренко, В.С.Соболева, В.С.Урусова, В.А.Франк-Каменецкого, В.А.Чантурия, И.Р.Юх-новского, Н.П.Юшкина, Л.К.Яхонтовой, а также известных иностранных исследователей: Ch. Balareu, 3.R.Goldsmith, A.Navrotsky, E.H.Nickel, R.Parr, R.E.Pearson, L.Poling и многих других, полное перечисление которых затруднительно (структурное изучение минералов широких рядов состава, общие проблемы изоморфизма и типоморфизма, минералогия и геология ванных рудно-петрографичес-ких формаций, минералогическое обеспечение технологии полезных ископаемых). Весьма поучительны -теоретические проработки, равно как

моделирование растворения и осаждения минералов в условиях кинетического контроля (работы В. MacLé, B.Fritz и других исследователей,

докладываемые на Международных симпозиумах по проблеме "Взаимодействие вода/порода", 7-й из которых ("WR1-7") состоялся в I9S2 г.

Соискатель выражает благодарность за полезные обсуждения отдельных вопросов и содержательные консультации академикам Н. С. Зефирову, Ю. А. Золотову, Д. В. Рундквисту, В. ft. Чанту-рия, Н. П. Юшкину; докторам наук В. В. Авдонину, Л. А. Асланову,

C. С . Бацанову, Е. Л. Белоконевой, А. Г. Булаху, Л. 3. Быховс-кому, ft. М. Быбочкину, В. А. Долгих, В. Т. Дубинчуку, Н. И. Еремину, А. Г. Мабину, П. Н. Зоркому, Л. Н. Когарко, Б. М. Моисееву, Г. В. Остроумову, В. Ф. Пенькову, Б. И. Пирогову, Л. К. По-аарицкой. В, Т. Покалову, Г. Г. Родионову, И. Ф. Романовичу,

Е. И. Семенову, В. С. Урусову, В. Н. Щеточкину; кандидатам наук Т. М. Амичба, ft. ft. Ашихмину, В. И. Батителю, В. А. Блинову, С. С. Боришанской, М. И. Веригину, Р. А. Виноградовой, Т. И. Гетманской, Р. В. Голевой, Г. А. Горбатову, Л. И. Горогоцкой, И. С. Евтеевой, А. И. Зарицкому, В. М. Казаку, 0. В. Кононову, Г. К. Кривоконевой, В. И. Кузьмину, Т. Г. Левиной. И. 3. Логиновой, 0. Н. Лукьяновой, Г. В. Румянцевой, Н. Е. Сергеевой, Н. Л. Смирновой, М. И. Черновскому, С. Д. Четверикову. В. И. Шелеге-де, В. А. Шапошникову, Г. А. Шугиной.

Особую признательность автор приносит сотрудникам Отдела минералогии, Кристаллохимической лаборатории Лаборатории прикладной минералогии ВИНСа, а также Отдела математических методов ВИМСа, в особенности Сектора математических методов решения геофизических и разведочных задач. Соискатель благодарит руководителей и сотрудников Кафедры кристаллографии и кристаллохимии. Кафедры минералогии. Кафедры петрологии и Кафедры полезных ископаемых Геологического факультета МГУ за помощь и участие в проведении различных исследований.

Автор считал и считает удачей и честью принадлежность к плодотворному неформальному научному межведомственному коллективу "Минералогические проблемы перспективных технологий полезных

ископаемых" (лидер - профессор Л.К.Яхонтова), в котором и была инициирована для разработки концепция эффективной устойчивости минералов (1958-1994 гг.). Л.А.Баусовой, Е.Л.Безруковой, А.Н.Бу-зуновой, В.С.Суханцевой и Л.С.Шитковой соискатель обязан больной помощью в оформлении работы.

Соискатель считает своим приятным долгом поблагодарить заведующего Отделом математических методов ВИМСа, канд.техн.наук В.Н.Добрынина за большую поддержку и интерес к работе, равно как и других специалистов этого отдела, в первую очередь И. И. Го-ловченко, Н. Ф. Морозову, Н. Н. Смирнову и Т. Н. Чернышову.

Совершенствованием научной методологии исследования автор во многом обязан многолетней работе под руководством выдающегося ученого, доктора технических наук И. Д. Савинского, чья жесткая строгость в постановке задач,оптимизации путей их решения и достижения адекватности интерпретаций количественным результатам достойны быть примером для многих.

Соискатель был глубоко воодуаевлен поддержкой Фонда фундаментальных исследований РАН (РФФИ), сделавшей возможным подготовку монографии, достаточно полно излагающей результаты автора и его коллег по созданию концепции эффективной устойчивости минералов (проект N 94-05-17372а).

Наконец, соискатель не может не отметить бесценную помощь в высшей степени благожелательных руководителей и сотрудников трех библиотек: НТБ имени В.В.Ариинова (Н.А.Серпер, В.Н.Нуренкова, И.С.Березовская), Читального зала Геологического факультета МГУ (Н.В.Бакшеева, И.А.Васильева), Библиотеки Дома культуры и техники "Внуково" (Л. М. Семкина).

■ В целом выполнение работы было бы неосуществимым, если бы не было возможности использовать активную всестороннюю поддержку соискателя со стороны Л. Л. Воллерштейна, А. В. Крыловой, И. В. Кузйецовой, В. А. Никитина, Г. И. Харьковой и Т. А. Хрулевой.

Последняя признательность, без которой остальные теряют свою правомерность: увлекательный мир исследований Природы был открыт автору геологом и человеком экстра-класса Игорем Николаевичем Лукьяновым: профессор Георгий Алексеевич Крутов убедил автора в том, что полноценные занятия минералогией - изнурительный труд, иногда приносящий высочайшуи степень удовлетворения.

- 12 -

II. ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИИ

1. Предлагается комплекс исходных оппепелений. необходимых для анализа устойчивости минералов, центральное из которых: "Минерал является цстойчивым относительно- некоторой сравнительно стабильной области геологических/физико-химических параметров (фазового пространства), если траектория его эволюции не покидает пределы такой области" [5, 12, 18, 24, 29, 30, 41, 46, 49, 54, 62-64, 67-691.

Минералы, как естественные субъекты природных процессов, практически непрерывно эволюционируют. Они проходят "предстадию" протосоединений, далее возникают уже в качестве собственно минералов, накапливаются, испытывают фазовые переходы первого и второго рода, физически и химически модифицируются, деградируют и, наконец, полностью исчезают - на протяжении всего этого пути часто сопровождаемые возникновением и эволюцией интермедиатов.

Направление и скорость указанных процессов существенно определяются как физико-химическими характеристиками геологической среды, так и относительной устойчивость» рассматриваемых минералов, под которой - в недостаточно явной форме (дефицит строгих определений в соответствующей литературе недопустимо велик!) понимается та или иная мера способности минералов противостоять деструктирующему воздействию среды (как правило, конденсированных фаз, включая агрегаты твердых веществ - геологическую матрицу процессов).

Методологически неверная подмена (в рассуждениях) минералов "соответствующими" неорганическими веществами основана на кажущейся естественной софистике примерно следующего рода: "Минерал представляет собой неорганическое вещество; следовательно, законы, классификационные системы и вообще теория минералогии должны черпаться в соответствующих, в основном "уже созданных" положениях неорганической химии, поэтому нет смысла в работе по созданию специфических, концепций, классификационных систем и, в целом, теории собственно минералогии". Такая софистика основывается на игнорировании важнейшего обстоятельства, заключающегося в том, что минералы являются участниками не лабораторных/технологических ансамблей, траектория изменения которых определяется программой экспериментаторов, заданием операторов или управляющим воздействием автоматики - а естественными элементами сложных систем, развивающихся по законам природы в ходе геологической эволюции Земли/родственных ей астрономических объектов.

В основе предлагаемой методологии лежит представление о сравнительной устойчивости минералов как видимом, геологически докчментирцемом эффекте взаимодействия в триединой природной

системе: генерирующий/деструктирующий агент (раствор, расплав, культура микроорганизмов, газовая составляющая в растворенном или свободном виде) + петрографическая/рудная матрица процессов (инертная чисто условно) + рассматриваемое минеральное вещество.

Надежное представление о механизмах процессов и сравнительной устойчивости минералов может быть получено лишь в результате взаимно сопряженного, параллельного рассмотрения массообмена, энергообмена и взаимообмена информацией. Последний аспект пока только "стучится в дверь", хотя, как представляется, для оценки устойчивости важен не в меньшей степени, чем первые два.

Устойчивость (стабильность) - одно из основных понятий науки и практики, тесно связанное с идеей инвариантности. Количественная характеристика системы, ее эмерджентные свойства как целостности, свойства ее элементов либо отновение между элементами называется инвариантом некоторого преобразования системы или среды (говорят также: являются инвариантными относительно преобразования), если они сохраняются неизменными при этом преобразовании (Данилов-Данильян, 1975). Например, кристаллическая структура минералов - инвариант таких преобразований, как перенос индивидов потоками, гравитационная дифференциация, но она не инвариантна относительно преобразования комплекса термодинамических параметров за пределы генетически индивидуальной области на фазовой диаграмме.

Семантически близкими понятиями к понятия "устойчивость" являются такие термины, как равновесие, стационарность и пр., однако они трактуются в относительно узком смысле (Чухнов, 1975).

Устойчивость -бихевиорестический термин, она дефиницируется поведением системы. Траектория последнего называется устойчивой относительно некоторой области фазового пространства, если, начавшись внутри этой области, она никогда ее не покидает.

Простейшим случаем устойчивого состояния системы является равновесие, в котором она остается сколь угодно долго, если отсутствуют возмущающие воздействия.

Стационарность- постояноство во времени характеристик некоторого процесса. Под стационарностью случайного процесса Ц, (и (Ь принимает либо целые, либо все действительные значения) понимается независимость совместного распределения

вероятностей любой его выборки и 1 )......... Ч Ц п )

по отношению к сдвигу моментов времени Ь 1 .........Ь п на

постоянную величину^ 2 =1 1 + Г........ ; Ь п+1 = Ь п + г

(Гришанин, 1975).

Из уравнений, связывающих термодинамические потенциалы, работу разрушения вещества (в частности, минерального) и энтропию.

следует, что работа разрушения Н в общем случае будет или равна, или меньше убыли потенциала П:

Н * - Д П : ¿П = П2 - П 1 . (1)

Минус в неравенстве (1) поставлен потому, что в самопроизвольно протекающих процессах П .2 < П 1' , а Н > 0. Знак равенств в левой части (1) возникает в случае обратимых процессов. В состоянии равновесия работа Н = 0, потенциал П достигает максимального значения, 4 П = 0; самопроизвольные процессы протекают: при условии постоянства Р, Т - в сторону убыли 6 ; при условии постоянства V , Т - в сторону убыли 1? ; при условии постоянства 5 - в сторону убыли Н ; при условии постоянства Б,и - в сторону убыли и (Николаев, 1979).

Устойчивое равновесие характеризуется тем, что система, выведенная из него "небольшим" возмущением, снова приходит в исходное состояние. Математическим признаком устойчивости является неравенство > 0.Й бсолютная

устойчивость (полная стабильность) системы достигается тогда, когда значение П абсолютно наименьшее.

При соблюдении условия > 0 и существовании принципи-

альной возможности перейти в состояние с еще меньшим П система будет находиться в метастабильном состоянии. Таково, например, состояние природного твердого раствора, способного выдержать небольшие возмущения, но при более энергичных воздействиях (нагревание) распадающегося на кластеры идентичных атомов (Никитина, 1979).

Полезно обратить внимание на связь между степенью упорядоченности структурного состояния и температурой. Пусть, например, равновесие определяется минимумом геохимически важного потенциала ( I) - Т.Б ). При низких температурах член Т.5 мал, и практически минимум функции Р определяется минимумом внутренней энергии. Это означает, что устойчивыми будут состояния с относительно упорядоченной структурой. Несмотря на малую энтропию, эти состояния стабильны потому, что имеют минимальное значение и . Поэтому при относительно низких температурах сравнительно устойчивы регулярные структуры, имеющие небольшую внутреннюю энергия - в частности, кристаллы, в которых минимум I) обеспечивается правильным пространственным расположением конституентов (Николаев, 1979). Это обстоятельство имеет первостепенное минералогическое значение, поскольку учет достаточно тесной взаимосвязи стехиометрии природных изоморфных рядов и степени их цпорядочен-ности (проявление сверхструктур) приводят к важным научным результатам и практическим приложениям [3, 0, 11, 17, 19, 46, 64 и ДР .1.

Строгость и, соответственно, целесообразность определения равновесия, принятого в физической химии, не требует дальнедих дискуссий. Сложнее обстоит дело с применимостью такого определения для решения специфических задач геологии. Труд геолога-поисковика направлен к выявлению достаточно значительных скоплений тех или иных минералов, утилизация которых в конкретной экономико-географической ситуации оправданна. При этом искомый минерал может быть термодинамически устойчив в строгом смысле, как это трактуется выше. Но бывают случаи, когда термохимический анализ условий существования минерала показывает, что, теоретически говоря, данный минерал неустойчив, поскольку в пространстве фазовых координат он, по ходу эволюции соответствующей геологической системы, покинул область термохимической стабильности (ортоста-бильности). Тем не менее, кинетика вынуждаемой при этом геологической деградации данного минерала может быть настолько вялой, что запасы минерала не изменяются количественно ощутимо на протяжении эпохи цивилизованного-человечества. Такая кинетика является достаточным условием для того, чтобы экономически привлекательные скопления данного минерала могли быть с разумной скоростью выявлены, оценены, разведаны, добыты и, тем более, впоследствии запущены в разнообразные технологические циклы (например, металлургические). С этой прагматической точки зрания данный минерал не менее устойчив, чем в полном смысле слова (термохимически) стабильный. Таким образом, человеческая практика вынуждает, для более эффективного решения конкретных геологических задач, искать варианты более адекватного таким ситуациям подхода к определении и количественной оценке сравнительной устойчивости минералов. Разработка научных основ такого подхода в высшей степени увлекательна, поскольку требует интенсивного поиска нетрадиционных решений.

2. Эффективная устойчивость минералов ЗЯМ ( Minerais Effective Steadiness, MES ) определяется как относительно реалистичная оценка вероятности обнаружения минерала в геологических. технологических, экологических системах. отражаемая квадратной матрицей обобщенных потоков и частных функций (3x3) и, в принципе, рассматриваемая как функционал от трех частных

Функций стабильности ЧФС (Partial Functîons ofjStability, PFS) -

термохимической, кинетической и топологической £20, 26, 29, 41. 42, 44-46, 48-50, 52-55, 57, 58, 61, 65-69, 72-74, 76, 79. 80, 82-88, 90, 96-99, 102].

И настоящему моменту накопилось более чем достаточное количество фактов из области геологии, горного дела, технологии обо-

□

Таблица /. БАЗОВАЯ МАТРИЦА ФУНКЦИОНАЛА ЭФФЕКТИВНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ МИНЕРАЛОВ Vst

asBBacBBBSceDeBnsccncssasscsBcssESscccassssBsesE

Чаотные функции отабильнооти ( PFS )

Обобщённые потоки взаимообмена

(I)

энергией (

SIF

(2) массой

( snO

4 m

(3)

информацией ( SIPj )

(I) Термохимическая (о р то о таб и ль н о с ть)

(2) Кинетич^кая (дмвдо^таб^'^оотъ^

(3) Тополо^чеокая (кваэиотаби та^Ьоть)

Стандартные термодинамические потенциалы, энергия ато-миэации, параметры ТФП и т. д.

CUD

Энергия активации; вваимойодбор партнеров взаимодействии по принципу , ЖЮЯКОСТЬ/МЯГКОСТЬ

(HAHD/SOg'JJ

CUD

Проотранохввниов размещение вещества минеральных ин-дгоидов и аггрега-тов

1.2

Химические потенциалы (также активности, концентрации, фугитив-ности и т. д,)

(22) Конотанты равно-веоия, кинетические коэффициенты и т. д.

3.2

Морфогрануломв трия блоков, кнаоторов и доменов (также "мертвых зон" индивидов)

Фу1гкции смешения, рассматриваемые совмеотно о оценками структурного упорядочения

(23)

Импактивнооть преобразований мине-

8 алоэ; катали? и иокатаяиз; эффекты геохим. гистерезиса

(НЮ

Фрактальная раямер-нооть аггрегатов| интермедиати и про-тосоединения в растворах

w от

ПРИМЕЧАНИЯ: I.

Обведены номера элементов матрицы, для которых автором получены нетрадиционные результаты по эффективной устойчивости для некоторых минералов.

Обозначения и термины, применяемые в таблице, представлены для дискуссий международному минералогическому сообществу ( съезд 1МА-9'( [ю2) ).

гащения и металлургии, а также литомониторинга, говорящих о необходимости разработки концепции ЭУМ на базе системного цчета факторов термохимии, кинетики и топологических параметров процессов эволюции минералов. Поскольку каждая из перечисленных трех групп факторов представляет, вообще говоря, достаточно сложную функцию стабильности минерала, то формируемую на их основе характеристику ЗУМ приходится рассматривать в качестве некоторого функционала ( в соответствии с общепринятым определением его (Корн и Корн, 1970), как числовой функции, определенной на некотором множестве функций).

Количество геологических и физико-химических факторов, определяющих наличие/отсутствие данного минерала, настолько велико, причем, эти факторы характеризуются настолько пестрым набором размерностей, что количественным оценкам ЗУМ в исходном варианте концепции предпочтительнее придать вероятностную (а это означает - безразмерную) форму. Пороговые (индикативные) значения такого функционала должны быть согласованы на дискуссиях, обсуждающих конкретные геологические интерпретации. Однако, в принципе, они могут соответствовать обычно принимаемым для технических приложений: 0,95 и выше - наличие данного минерала практически гарантируется; 0,05 и ниже - минерал вряд ли может быть обнаружен.

Для ЗУМ предлагается следующее определение: сравнительно реалистичная оценка вероятности присутствия минерала в генетически индивидуализированном фрагменте геологической системы (соответственно технологически индивидуализированном блоке производственной системы / экологически индивидуализированном элементе техногенного комплекса).

Как и любая вероятность, ЗУМ имеет априорный и апостериорный аспект. Априорная ЗУМ, в принципе, должна рассчитываться на основании ЧФС. Однако, в настоящее время набор требуемых для этого алгоритмов далеко не полон. Полезность же последовательного рассмотрения (целеустремленного перебора) частных факторов для реализации плана уточнения функционала ЗУМ показана соискателем и его коллегами в [3, 11, 24, 27, 28, 38, 41, 46 и др.], причем на основании этих исследований появилась возможномть составить концептуальную матрицу ЭУМ, показанную в табл. 1.

Представляется, что выделенные в ней, на равных правах с другими, сравнительно привычными, факторами взаимообмен информацией 51Г1 и топологическая функция стабильности РР5И перспективны для результативного исследования.

Апостериорная ЗУМ оценивается на основе регистрации геолого-минералогических Фактов и, с первого взгляда, относится к

Таблица 2

Минералы и процессы — индикаторы некоторых условий гипергеиеза

Условие гипергеиеза

Индикатор условий гипергеиеза

Аридный климат

Многолетняя мерзлота

Концентрация в растворе ионов Н+ (рН)

Концентрация в растворе

мннералообразующих

элементов

Концентрация в растворе .добавочных нонов

Окислительно-восстановительный потенциал

Скорость реакции мине-ралообразования

Возможное участие микроорганизмов

Безводные и маловодные минералы: иантокхт, ата-камит, хотуннит, терлингуаит, роценнт, вольтант, ангидрит

I. Многоводные кристаллогидраты типа мелаитери-та, халькантнта, каенштедтита. 2. Основные сульфаты типа брошантита с нестехиометрией состава за счет изоморфизма ОН—О. 3. Экзотермические реакции мннералообразовашм

Аустннит Ю), хальцнт, хркзоколла (5=8, тнро-лит-<-конихальцит (>8), оливенит->-тнролнт (>7), фармаколит-меренит (>7). талмесснт (7—7,5). ар-сеиолит (6), олнвеиит (4—5), позиякит (4), ярозит (<3)

Бисмит %), кальцит (>0,007 г/л СаСО,).

Со-кальцит (до 0,04 г/л Со), малахит (<0,014 г/л СОа), азурит (>0,014 г/л С03), пикрофармаколлт (Са: Аэ= 1), халькантит (>40 г/л Си), мореяозит (>150 г/л N1). познякнт-н5рошантит-»антлерит— рост концентрации 504'-

1. Ион 50,'- замедляет, а ионы АзО,1-, РО,3". Б!"", А11+ ускоряют кристаллизацию гётита (морфология)

2. Ион СО!1- замедляет окисление Ие5* (лепндокро-кит)

Арсенолит, лазареикоит (0,1—02 В), ыелаитерит, ссомольнокит (<0,3 В), позиякит (0,4—0,5 В), скородит, гетерогенит (0,5 В)

Лепидокрокит — медленное окисление Ре11'; феррп-гндрит — быстрое окисление Ре1*; вернадит — быстрое окисление Мп", магнетит — медленный процесс. Маггемит в железной руде — медленный переход магнетит—»-гематит

Ярознт, ферригиярит — Т/ч'одасШиз ¡еггооШапз, се-иархонтит-мгтибнконит — ЗНЫоЬас1ег. сульфиды, сера, гипс с "Б — сульфатредуцпруюшие бактерии

Таблица 3

Тнпоморфные гяпергенные минералы * некоторых типах месторождения

Тип первичной ыилеральиоЛ ассоциации > рулах

ТипоморфяыА минерал зоны пшергсхеза

Пример ысгт&рохзеяпА

Мед но-никелевый сульфидный (магматический)

Золото-арсенопиритовый, нередко с РЬБ

Мышьяхово-хобальтовын (скарковыи)

Мышьяково-ннкель-ко-бальтовый (гидротермальный)

Висмутовый с минералами 5Ь и РЬ

Медно-колчеданаый

Свннцово-иннковый (гидротермальный)

Боршгт-халькозпновын (стратн формный)

Моренозит, ретгерсит, ни-кельгексагидрит, мур-хаусят, эплоуит, никель-буссенготит, гндроксиды железа

Скородит, бёдантит, гнд-рохсяды железа, симлле-зит

Собственно эритрнн, ефе-рокобальткт, Со-адам»н, Со-кальшгг

Эритрнн, аннабергит, хо-вахеит, смольяниновнт, гетерогенит

Валентиянт, сенармонтит. Сиенит, бнемутит, силле-ннт

Гндроксиды железа, яро-зкт, гипс, халькантнт, мелантервт, халькозин, ховеллин, борнит, куприт, медь самородная

Диглезит, церусснт, саит-СОЯ1ГГ, каламин

Халькантпт, брошантит, антлерит, серпиерит, дрп-зоколла, малахит

Норильский узел. Нит-ткс-Кумужье (Мурманская обл.), Камбалда "(Австралия), Сэдбери (Канада)

Забайкалье, Кавказ

Дашкесан (Азерб), Ак-Джилга (Кыогьй.)

Ховуаксннское (Тувинская Респ.), Рудные Горы, Бу-Аззер (Марокко), Кобальт-Онтарио (Канада)

Устарасайское (Узбек. >

Блява, Гай (Урал)

Ачисай (Казан. ) Садон (Северная Осетия)

Джезказган (Казахсй. Удокан (Читая схая обл.). Месторождения в-Зимбабве и Заире

"само собой разумеющимся" понятиям. Однако, его существенно осложняют не всегда очевидные методические "подводные камни". Основные их них состоят в разномасатабности минеральных индивидов и в разномасштабности геологических систем, исследуемых на предмет фиксации конкретных минералов. Редко учитывается, что процедуры апостериорной оценки ЗУМ должны опираться на достаточно от работанные приемы пассивного эксперимента, и в то же время принимать во внимание методологические следствия специфики движения материи в геологических процессах [6-11, 13-15, 17-19, 23, 25, 28, 29, 36, 64].

Апостериорная ЭУМ имеет прямое отношение к разработке количественных критериев типоморфизма минералов. Здесь идет речь о "типоморфизме присутствия" (широко распространен также термин "индикаторные минералы"), уточнении принципов использования которого соискатель уделил значительное внимание [1, 14, 18, 19, 23, 25, 50, 51], главным образом - в приложении к гипергенным системам важных типов рудных месторождений. Доступная соискателю (из литературы, либо в результате исследований, выполненных автором лично, а такие совместно с коллегами) геологическая информация позволяет предложить определенную систематизацию типоморфизма присутствия, базирующуюся на концепции ЭУМ (табл.2,3).

В развитие идей Н. В. Петровский и Ф. В. Чухрова предложена следующая формула, усиливающая адекватность количественных оценок выраженности типоморфизма:

ИТ = В - В , (2)

1 2

где: В - частота встречаемости признака в анализируемом параге-

1 незисе,

В - встречаемость рассматриваемого типоморфного признака

2 за рамками данного парагенезиса.

Для оценки степени генетической (в геологических процессах) либо технологической (в обогащении, металлургии, горном производстве) податливости рудно-петрографического материала различного характера представляется необходимой разработка также концепции эффективной устойчивости минеральных ансамблей варьирующего уровня сложности: парагенезисов, рудных ассоциаций, петрографических и рудных формаций и др. Методологической основой здесь может явиться положение об естественном обособлении геологических объектов, разработанное в исследованиях В.И.Вернадского, Д.П.Григорьева, С.В.Нейена, В.С.Соболева, Н.П.Хераскова, Н. С. Иатского, а также соискателя с коллегами [4, 5, 12, 24,

Таблица 4

«Ряды напряжения* рудных минералов для сернокислого раствора

рН=2—3 | рН=5—6

Минера» ЭП. в Минерал ЭП, в

Пирит р-типа 0,58 Кобальтин р-типа 0,50

Марказит 0,55 Марказит 0,48

Саффлорит 0,55 Пирит р-типа 0,45

Кобальтин р-типа 0,55 Арсенопирит р-типа 0,45

Арсенопирит р-типа 0,50 Пираргйрнт 0,43

Шмальтин 0,50 Пирротин (гекс.) 0,42

Леллингит 0,45 Тетраэдрит 0,42

Тетраэдрит 0,45 . Стефаннт 0,40

Пирротин (гекс.) 0,45 Халькопирит 0,38

Арсенопирит л-тнпа 0,42 Молибденит 0,35

Пентландит 0,42 Полибазит 0.34

Раммельсбергит 0,42 Пирит л-типа 0,32

Пираргнрит 0,41 Сфалерит 0,32

Пирнт л-типа 0,40 Пирротин (мон.) 0,30

Висмутин 0,40 Арсенопирит л-типа 0,30

Пирротин (мон.) 0,40 Висмутин 0,30

Никелин 0,40 Саффлорит 0,30

Халькопирит 0,40 Серебро 0,30

Стефаннт 0,39 Фрейбергит 0,29

Молибденит 0,33 Пентландит 0,28

Френбергит 0,37 Галенит ~ 0,25

Сфалерит 0,35 Халькозин 0.25

Серебро 0,34 Леллингит 0,22

Полибазит 0.34 Шмальтин 0.10

Галенит 0,30 Раммельсбергит 0.10

Халькозин 0,25 Никелин 0,10

(ЭП - электродные потенциалы минералов; экспериментальные данные охарактеризованы В [24, 29, 38, 41-42, 44-46, 49-50 и др])

Таблица ^

Электродные потенциалы хонтах-Пфующих сульфид» в дистиллированном воде I вольтах (рН охоло 7)

Р«СОШрИМ<МыЛ СульфиД я ere индивиду«льныА ЭП, О Сгл4>дм. м*та*т*руюшк« С рассыатрмазошм сульфидом

a i л топ»- жу6а»г виррот»* пегглан-А*т Тзлиаягг

»лтродммй летгжхАд рассматриваемого сул>4*да

Халькопирит 0,32 0,20 0.25 0,23 не опр.

Кубзккт 0,24 0,30 0.28 0,30 0,23

Пирротин 0,21 0,22 0,20 0,20 не опр.

Пентланд1гт 0,21 0.23 0.22 0.22 0.21

Талнахит 0,20 не опр. 0,24 не спр. 0,22

Здесь положение сульфидов в ряде уменьшения ЭП существенно изменилось. Кубаиит во всех случаях занял первое место. Несколько-»благороднее» стали талиахит и певтландлт. ЭП пирротина в парах мало изменился. Что касается халькопирита, то его ЭП при взаимодействии с прочими сульфидами заметно снизился.

Сводные результаты акогрнмпттов

Среда Условия в nut в» TufM wwip^w» во увыяаляа ЭП • вольта*

Дистиллированная вода С рН 7 отсутствие контактов между минералами халмопяргг (0.32) — убавит (0.24) — пирро-ткн. пежтлаадст 10,21) — талнахкт (0.20) — ишапа (0,17)

контактирование минералов кубамяг (0,30) —халькопирит (0.28) —пент» да я ант. талнадмт (0.22) — пирротин (0.20)

Натрки-сульфатнын электролит в рН5 отсутствие кок-тактов между мн-м ерями (ткрроття (0,42) —далькопоркт (0,33) —куба-кет (0.35) — «сятлаахгт. талнахкт (0,30) — далжсош» (0.20)

контактирование минералоа халхопярят (0.40) — кубакит (0,35) — пентлэн-дит (ОД?) — ахррошн (0.25) — дальладкк (0,15)

25, 28, 46, 50-54, 58, 64, 97 и др.]. Учитывая несомненная важность контроля индивидуальной ЭЫМ со стороны интегральной устойчивости матричных геологических образований, соискатель счел естественным выделение этого фактора для учета в концептуальной матрице табл. 1 в форме элемента 3.1.

Термохимическая функция стабильности минерала (для краткости предлагается синоним "ортостабильность", с обозначением для формул ) может адекватно выражаться свободной энергией

образования кристаллической решетки, полученной для материала и при условиях, соответствующих требованиям СССД. В таком случае переход к вероятностной (безразмерной) форме Р5Р-ьс возможен при сопоставлении требуемой и альтернируемого термического эффекта рассматриваемого процесса минералогенеза.

Переход к вероятностным оценкам РГЗЬс возможен и на базе менее фундаментальных термодинамических параметров, если они предсталяются существенными факторами контроля Э9М. йвторок проведены обширные экспериментальные и геологические исследования, имевшие целью количественно оценить контролирующую роль электрохимических потенциалов, энергии атомизации и эффективных кристаллохимических параметров для процессов эволюции минералов (элемент 1.1 концептуальной матрицы табл. 1 [24, 26, 29, 41, 42, 44, 46, 49, 50, 52, 55, 61, 70, 72 - 74. 76 - 841). В частности, весьма обширные многолетние исследования электрохимических и гальванических характеристик рудных минералов из месторождений важных геолого-промыщленных типов позволили существенно конкретизировать традиционные "ряды напряжения" рудных минералов (см. табл. 4 и 5). Полученные результаты, в свою очередь, заставили осознать необходимость создания комплексной методики более объективного констрцирования вероятных р&иий окисления минералов, которая во многих случаях позволила существенно уточнить неха-низмы процессов рудного гипергенеза (табл. 6, опубликована в справочнике [461 в 1987 г.).

В теоретическом плане предложены уточняющие соображения, касающиеся роли и адекватности оценок термодинамической функции смешения, сопряженной с индексами структурного упорядочения природных твердых растворов (элемент 1.3) в концептуальной матрице табл. 1.

Кинетическая функция стабильности минерала (для краткости предлагается синоним "псевдостабильность", с обозначение* в формулах РРБкп) может адекватно выражаться энергией активации процессов эволюции минерала, полученной для материала и при условиях, соответствующих требованиям СССД. В таком случае переход к вероятностной (безразмерной) форме РРБкп возможен при со-

Таблица

•Вероятные реакции окисления минералов в сернокислых растворах

Мширм, ciiiiMtciiii« 8П с умднченноч р|| ■ услоших npoaueililux tKcuepHutitTuB pll piel aopl

<5 >5 Тишишие ранние гиперганмыа ыннаралц

ApcenoniipiiT FeAsS 0,Б2-*0,40 (p-Tiin) С 42-»0.30 (л-Tlin) (р-тип) 4 FeAsS+6,511,0 +12,750r*8Fe" + Fe" + + 2H,AsO,+2H,AsO,- + II,SO,+3SO,,- + ll++4S (íi-tiiii) 2FcAsS+5H,0+4,60r^2Fe,» + S0,,-+ XIIAsO,+H,AsO,+HSO,-+6H* + 6e FeAsS+ H,0+Or^-Fe" -1- SO,'-+H, AsO,- + И+ + e Скороднт, спмплезкт (при отполс кислых продуктов реакции)

Висмутин DI,S, 0,40-*0,28 DliS,+4lli0 + 60r«-2DI0» + llS0,- + 2H,S04+311* + +4e 2BI,S,+6,6H,O+IIOI->-0.5BI,O1+3BIO* + +Cll,S0,+2H++65 Бнсмнт, бисмутит, сендеро* опт и их смеси

Галенит PbS 0,32-*0,28 PbS + 0,01ljO+l,7GOj—IPbllSO,] + + e 4PbS + Gl 1,0+70r~ [Pb, (OI I),] <+-Hi |jSO, + 4 8 Англезит, линарит, биперит

Кобальтин CoAaS 0,00-^0,45 (р тпм) CoAJS H 4,511,0H-1,7BOj-»CO^ + 1 l,AaO,-+1 l,SO, + + 5114 es CoAsS+2,5H,0+3,260r+Co,* +11,АЮ,- + + H,SO,+m+30 Эрнтрин, смолыншнощт, Со* кальцит, роэелит

Л(ллш1гит FeAj, 0,47-^0,20 FcAs, + 4ll,0-*Fc«* + 21IAsO,+OII* + 8S FcA J,+311,0 + 30j-»Fe (OH)'* + l I,AsO," + + IIAsO,,-+211+ + e Лвзарспхонт, ареенолнт, хо-вахент

Марказит FcSi 0,б£ч-0,42 SFeS,+1,511,0 + 7,S50r~[FcHSO(]'* + [FeSO,]+ + + 2IIS0,- + a FaS,+2.5H.0 + 2.750r-.F«'+ + 21 l.SO, + H+ + 4« Мелаитсрнт, гидрокеиди железа

Никелин NIAs 0,41-^0,08 ГЗ) NIA1 + 6H,0-^N1,* + As0|l-+ I0H + + 50 2NIAj + ll,0+l,50t-»-2NI>> + 2IIAs0a+4í Анпабсргнт, арсеиолнт е реликтами ннкслина («саж|г-сшЛ никелин»)

Пентланднт NI,Fe,Si 0,38-»0,20 |4Э) NI(Fc,S, + Sll)0+ll.50r»5Fc" + 4Nl»- + 4MS0l-+ + 4IISO,- + 2I1* + I20 Nl,Fc,S, + ll,0+15,60r+4Nl"+SFo>*+8SO,'-+ + 2H* + 0S Ретгсрент, мореноэнт, ин-ксльгексагидрнт, никельбус-сенготит

Пирит FcSj 0 СО-*-0,45 (/> тш|) 0,42-^0,32 (/I-tiiii) FeS,+ 211,0 + 30,~Fc,* + 2HSO,- + 2ll+ + 25 FcS,+2,511,0 + 2,760r+Fc' > + 21 l,SO, +11 ► + 4 5 Яроэнт, гидрокеиди желез»

Пирротин • FC|-.S 0,1 М,37 2FeS + 5H,0 + 30,-«-[PellSO,]*+[PeHSO,]>* + + 2II+ + 5S !FeS+2,5H,0 + 2.750r*5Fe,* + 2H1S0<+H» + 7l Мелаитсрнт, марказит, гидрокеиди железа

Минерал, снижение ЭП с увеличением р11 а услоопвк проведении! »ксиеркментои I'll рвет ворв Типичные finiHtte гилергепныв ыпнервли

<s

Сбффлориг СоАяа 0,67-^0,25 CoAs, |-4 1 IjO-^Co"- + 2tIAiOj + GI 1 + + 8fl CoAsi + 3!liO + 2,5Or-»C0« + l!,AsOi- + Il,AsO,+ +u<-+2a Эритрии, хопахеит

<4 4-« »

Р0ММСЛ1,СбС|1ГИТ NlAij NIAa, + 8II,0-*NI"-+2Aj04,-+M[l + + 8a NIAs,+1.611,0 + 2.250,-» -*NI"- + HAsO,+ + IliAsO,- + 5 2NIAs, + 8lliO + 40i— ->-2NI"- + lliAsO,- + + 3ll,AsO) + 5m + 8a Аиипбсргит, лрссполит, «са-мнстио продукты»

Сфллсрнг ZnS o.ia—J.30 0ZiiS + 2,Sll,O + e,7SOr-*Zn"- + 4[ZnllSO(] + + +uso,-+n*+oe ZnS+0.611,0 + 1,750,-» -»(Z»HSO,]*+i ZnS+2,5HjO+ I,250j-^ — [ZnOH) + + H,SO( + +2П++за Госларит, гвшшгнт, биаикит

Тстрпадрит CtiiSbSj 0,50-*0,40 CiijS +1,61 ljC>-*-0,5CuS +1 .SCu* + 0.16S,0,'- + +ои*+зоа CujSbSj + 60г-*-ЗСи|+ + +3s0,«-+sb"'+6a гСи^ЬБ, + 511,0 + +1 l,50r-*-GCu,+ + + 2Sb,t + OSO)<- + + I0I1+ + 20S Прошаитнт, халькаитит, сер. винтит, бинлгеЛмнт

Хллькоэпп CtijS 0,215->0,07 Cn.S + 1, И l,0-»0.<SCuS + 1 ,BCu* + 0, lfSS,0,>- + +0,21 ISO,- + 2П++30 Cu,S + 0,6HjO+1,760,— -2Cu"+nso,-+3a Cu,S + 11,0+1,60,— —2Cu'+ + SO,,- + 2ll* + + 46 Слмородиая медь, куприт, коасллии

Хпльколирит CuFcSa 0,42-1-0,35 (« тли) CuPcSi+1,51 l,O+3,750r+[CuHS0(] + + [FcHSO.l ♦ + + H+ + 35 CuFeS, + 40r->-Cu'* + + lFeSO,]t + SO,>- + S CuFeS,+1,511,0 + +3.250I-»-Cii,f + Fe,i' + + SO,'- + ll1SO, + H+ + +<e Хальклптит, брошаитнт, ме. ляитернт, гидрокенды желе, за

<5

Шмпл1,тш1 CoAsj.) 0,51—0.11) CoAi,-, + (1—0) 1 l,0-*Co't + (2-3) 1 IAiO, + nl + hi 2CoAa,-,+ (G—0)H)0+ (5-7.5)0^200'►+ + (4—G)ll|AtO,+4a Арссиолит, врптрик

* U оценочных (»счетах * принимался рапным О-

поставлении РР5кп и потенциальной энергии окружающей среды.

Переход к вероятностным оценкам РРБкп возможен и на базе менее фундаментальных кинетических параметров, если они представляются существенными факторами контроля ЭУН. Автором с коллегами проведены экспериментальные и геологические исследования, имевшие целью количественно оценить кинетику эволюции рудных минералов в зоне гипергенеза путем непосредственного моделирования природных процессов при учете изменения среды эксперимента (состав растворов, скорость поглощения кислорода) [24, 29, 38, 41, 42, 44 - 46, 49, 72, 73, 76, 78 - 84. 87 - 88] (элементы 2.2 и 2.3 концептуальной матрицы табл. 1); в теоретическом плане рассмотрена роль проявления принципа обобщенных жестких/мягких кислот/оснований (элемент 2.1) [29, 46].

Топологическая функция стальности минерала (для краткости предлагается синоним "квазистабильность", с обозначением для формул РРБ1.15 может выражаться энергией активации диффузии компонентов, которую необходимо оценивать для минералогического материала из конкретных парагенезисов при максимально возможном соблюдении методических требований, разработанных для подбора стандартных и типовых образцов пород и руд. Однако, методика построения РРБИ пока, фактически, только разрабатывается, что заставляет воздерживаться в настоящее время от чрезмерно конкретных инструкций. Велики перспективы характеристики квазистабильности минералов на базе фрактальной размерности Б. Мандельбро-та 0 [29, 71], но и они пока не уточнены в необходимой степени.

Переход к вероятностным оценкам РРБЬ1 с необходимостью должен учитывать структурно-текстурные характеристики минеральных аггрегатов (элемент 3.1 в концептуальной матрице табл. 1), но пути такого учета пока не ясны. Тем не менее, важность этого фактора велика и очевидна: практически всем геологам рудного профиля известно, что при одном и том же количественном соотношении минералов вкрапленные текстурные разновидности в зоне гипергенеза могут быть относительно стабильны, а в случае сгущения того же рудного материала в массивные выделения начинают работать природные гальванические элементы, резко понижающие стабильность целого ряда относительно низкопотенциальных ("анодных") минералов (рис. 1). Феноменологическому рассмотрения этого фактора соискатель посвятил многие публикации [44 - 46, 49, 52, 61, 72, 73, 76, 79, 80. 82 - 84 и др.].

Из вышеизложенного понятно, что пока не ясны алгоритмы расчета ЗУМ, исходя из частных функций стабильности. Причиной, в

Гждыатпгасж iumkkim с участки rvoeprmoro pac* твора s арсеям^вма« Вмц|то» мры

Сп—иирш it »втгмкмим ifcnw* а —г чмгп (pH) ымтродмта

Прч ИНИН Mill

'«'.ж U-U - V. и " »>-U l.b-is "T^J""

Ot^epe ».17 0.09 S.t-0 1 4.W.9 O.Oä 5.3—6.2

Jlùjranv •л S.I-ÍJ 0.09 (.6—6.0 0.08 5.4—6.2

Шмальля *jr «.s-sj «.и U-Í.D 0.07 5.6-6.5

HiutexM •я 5.3-ÍJ •.IT 0.<В

pit

Эаадеямолъ iiiii|iiiin nil—м* «уранита, прротаиа, пждищрвга > аежтлааакг» • aapaa о» pH *атр«в-су«1фап10с» электролита

I—губаинт-хымоппретом*. П— ffim >]fi щптпп". Ш — пся-яжлят-халышпирптоиа; (V — мррщии un «ппартпап вари сужфвдм

Рлс. I. Проявления топологдческого йгктора стабильности (кзазастабильность Hs^ ) арсенндных, сульфидных а сулЕфоарсенидных ианералов в зоне гиперге-неза

<к— >■>* тим атщ^тш» а гшчргоиы! «метем»

-Геквогеи.ма м .-каст...

• МГГШЦЖ. ШИЫ1 а '(Кшшккт опкм (»»••-в»"

Слабы« жм*оже*ст!Я1 (моиплстоппбраяваямс в другм« аерсаят юаямяоД хоордяишяя теоа) Химические реапжг е обра-аоааияем аоыа спэе* (гид- стаиоаетельяма • др.)* Конформшломе сим> мерима верспав струагур в аремяоемисяп «ара в* ПвдттрмодпнкоаыЛ миме-рал/иояямй просолинх-элсх-трелят Мдмерал-аягт-хтрмк / кон-яьс! ароаодняк-ыеятролят Миярооргэинзм/(ио«яыД пряродныА провод ник-алек-т рол и т )/п<м у п роао д я и ко о ы Л минерал Микроорганизм/ (ионный природный ароаодкяя-алек* троляг}/мяяера.1-дя).1ехтрнк

Оаредедавяую роль я г р а ят

Диполи мшехрв аади а р»>|Дояорао-япеяториыс ал*-1 Сложны» дояоряо-акаептор-сгаорекям* п.я||ц (иодсАспая в раияах ДЭС| име ааанмоаеАстая* а коып-

| лексес осмотическими (д*Ф-

. ' ' фушоимыми) вровессамя

* Например, вр* окмсаемня сульфидов типа пирита и пирротина переходящие в раствор железо к сера «подзаряжаются».

пирротин сульфатный комплекс

(б)

Основные типы траекторий рудного гипергенеза

Минеральные ассоциации

Стадии формирования зоны гипергенеза

Мономинералыше рулы

Полиминеральные руда

Вкрапленной текстура

Массивной текстуры

Вкрапленной текстур!

Массивной текстуры

Начальная

Неинтенсивное окислен« индивидов рудного минерала

Сравнительно быстрое и неравномерное окисление в случав работы "автогаль-ваяпческих" пар

Неинтенсивное одновременное окисление рудных минералов с формированием растворов смешанного состава

Весыга интенсивное окисление Солее низкапотенци-алънЕГХ минералов при стабильности прочих

Максимальное

развитие

процесса

Сравнительно широко развитое окисленяе индивидов рудного минерала

Продолжение окисления о вовлечением ранее относительно устойчивых индивидов

Продолжение окисления более ниэкопо-тенциальных минералов, при стявдли-русией роли продуктов на

Зввервенле окисления ниакопотен-пиальных минералов, начало окисления более вы-

окисление про- сокопотея-чих минералов циальных

В

закрытых системах

Конечная

Затухание окисления до химнче-ских обменных реакций до мере накопления продуктов окисления

Затухание окисления до химических обменных реакций по мере накопления продуктов окисления

Затухание Дальнейшее окисления всех развитие минералов по окисления мере накоплв- более 1Ысо-ния продуктов ковотенцз-окисления алъвдх руд. ных минералов по мере накопления продуктов окисления

В

открытых системах (о интенсивной "проточ-

НОСТЬЕ")

Завершение -разрушения рудных минералов

Завершение разрушения рудных минералов

Завершение разрушения всех рудных минералов

Зевероение раэрувения всех рудных минералов, за исхлгче-нг.еы "запе-чатаншх" при гальванических взаимодействиях

частности, является то, что далеко не все ЧФС сами по себе нточ-нены. Эта задача и будет основной при дальнейшей переработке исходной концепции ЭУМ в собственно научную теорию.

Тем не менее, в качестве исходного для апробации варианта предлагается использовать канонизированный в математике подход к использованию вероятностей логически связанных событий (Корн и Корн, 1970). Известно, что вероятность совмещения событий е.1 ,

Е 2 ..... независимых в совокупности, оценивается по формуле

произведения вероятностей:

■ р =

Полагая , что обнаружение данного минерала в природе кино достаточно адекватно рассматривать именно как совмещение возможностей его существования с точки зрения и термохимии, и кинетики, и топологических характеристик рудно-петрографкческого объекта, - представляется перспективным исследование возможностей соответствующего использования формулы (3), которая, в таком случае, приобретает вид произведения трех ЧФС_,£ бсроятностной форме:

ms vst = * ркз^ х prstl. (4)

Освоенная и накопленная соискателем геологическая инфоравцнн позволяет предложить пути конкретизация (4) душ гипергенных процессов. еистематлзипованше для л5с7япенда_влЬоша_та0л. J7_B_tL.

3. Рассмотрена и акцентируется роль взаимообмена, .информацией между минеральными индивидами и геологической средой, определяющего многоуровневое структурирование минерального вещества и контролирующего его эффективную устойчивость [3, 8, 11, 1?, 24, 27, 29, 30, 46, 54, 56-58, 62-65, 67-69, 90, 91, 102, 1041.

Фундаментальной парадигмой науки о Биосфере вляется необходимость интерпретации процессов жизнедеятельности на базе триединого механизма потоков взаимообмена энергией, массой и информацией. Значение последнего настолько велико, что для различных фаз существования любых организмов иногда приобретает статус главнейшего (процессы размножения, трофическое поведение и т.*.).

Весьма интересной была гипотеза профессора Е.Г.Куковского (1979) о роли взаимообмена информацией между слоистыми силикатами зозоя и органическим веществом, трансформирующимся при это» в "живое вещество" Вернадского. По мнению Е.Г.Куковского, не исключено, что именно такого рода взаимообмен информацией послужил решающим моментом в возникновении жизни на Земле в форме простейших.

В последнее время некоторые минералоги придают все болмее значение провидческим идеям Пьера Кюри и других классиков науки о соответствии симметрии минералообразукщей среды и формкрдв-щихся минеральных индивидов. В наше время эти, по существу "информационные", идеи поддерживались и развивались Й.Н.Асхабовым. Д.П.Григорьевым, А.Г.Лабиным и Н.П.Юшкиным, а за рубежом -Ch. Balareu и Julian R. Goldsaith. Наконец, значительный инпдльс исследованиям в области взаимообмена информацией в указанной вы-

Таблица 8

Специфические черты гнпергенных процессов

Гхпергеиные процессы

Специфические черты процесса

Основные механизмы массообыеяа

Особеяиостя эяергообмеиа

Характер бкжос-яых взаямоаеА-стяяА

Зона гнпер-генеза месторождений полезных НС' копаемых

<Пластовое окисление»

Коры выветривания горных пород

Почвообразование (педогенез)

Техногенез

Кряогенез рудных месторождении

Высокая роль полупроводниковых минералов, окислительно-восстановительных реакций, электродных в гальванических процессов

Высокая роль рассеянных в осадочной городе полупроводяи. ковых минералов, окислительно-вос- • становительных реакций и электродных процессов

Окислительно-гидролизная деструкция минералов-диэлектриков

Процессы экстракции, окисления, растворе-«ия и высаж-дения новообразований при высокой активности компонентов

Процессы экстракции, окисления, растворения и высажде-ния новообразований

Гидролизные и обменные реакции и процессы высажде-1шя новообразований

Окислительно-гидролизная деструкция минералов-диэлектриков с активным участием низших и высших организмов и с повышенным эф<(е-ктом сезонности процессов Активизация процессов гипергеяеза при освоении недр я ландшафтов. Коррозия техники. Резкое увеличение активности растворов

Преобладание мерзлотных условий периодическим теилеииеы при соответствующей смене сульфатных и гндрок-сипдых парагевезисов и с фазовыми превращениями воды

Гидролизные процессы и ком. плексообразо-«анне с участи ем органических лигандов

Процессы окис дения, растворения и высаж-дения новообразований

Процессы окисления, растворения н высаж-дения новообразований

Высокоэнергетические экзотермические реакции деструкции минералов

Экстенсивные, относительно низкоэнергетические экзотермические процессы

Низкоэнерге-тическне процессы деструкции минералов при активном участии солнечной радиации

Интенсивные биоэнергетические процессы с активным участием соединений углерода в условиях солнечной радиации

Высокоэнер-гетнческие процессы технологического воздействия на среду

Солнечная радиация, экзотермические реакции окисления сульфидов

Активное участие хемоаато-трофных исуль-форедупиру-юшхх бактерий. использующих энергию окисления сульфидов

Активное участие хемоавто-трофных микроорганизмов, использующих энергию окисления сульфидов

Высокая роль фотосянтези-рующих, гетеротрофных и ннтрофнциру-хшшх микроорганизмов, использующих энергию деструкции минералов и окисления СО* Специфические биоценозы и трофические взаимодействия макро- и микроорганизмов

Активное участие хемоавто-трофных, нп-трофнциру-ющих, фотосин-тезирующих. гетеротрофных и других микроорганизмов Биокосные взаимодействия ограивче-ны *

Тем не менее известны, например, данные о содержании в мерзлой породе Колымской низменности жизнеспособных ни-трофицнрующнх бактерии в концентрации до 3-103 кл/г

ше системе дали общенаучные работы Л.Берталанфи, Оаботинского и И.Пригожина за рубежом, а в России - З.Н.Елисеева, Ю.Л.Клиыон-товича и Ф.А.Летникова.Последнему принадлежит заслуга методологической постановки проблемы самоорганизации минерального вещества при движении материи в ходе геологических процессов (Летников, 1993). Таким образом, позволительно считать исследование взаимообмена информацией в системе "эволюционирующее минеральное вещество - матричная геологическая среда" неотъемлемой частью исследования эффективной устойчивости минералов (поток SIF i в табл. 1).

Принципиально ваяна разработка кристаллохимической модели межатомных взаимодействий (КММВ: Асланов, 1989), где выдвигается представление о "структурном ансамбле" - той минимальной совокупности атомов и локализованных электронных пар, которая содержит вся информации о структуре и является центром роста кристалла.

Для уточнения направлений дальнейшего исследования проблемы следует руководствоваться необходимыми дефинициями трактуемых понятий. Если рассматриваются случайные величины .принимающие значения соответственно х"i , i = 1,2.....п и Y j

j = 1,2, ... , ш .то информацией I ( ) о случайной величи-

не § , содержащейся в ^ , называется (Корн и Корн, 1970) сумма

4 У 1=13=1 v ^ 3 -х,)*я&»зг,)

где: р ( | =х i , 7 - У J ~> ~ вероятность того, что случайные величины % и (I примут соответственно значения х i и у j Всегда I i I ( 1 ) ^ 0, и равенство I ( ) = 0 воз-

моано тогда и только тогда, когда р ij = р i • р j при всех i и j , т.е. когда случайные величины £ и 1 независимы.

Пространственная организация минерального вещества, в качестве некоторой реализации (генетического) случайного процесса, феноменологически обусловливается приемлемостью параметров массообмена и энергообмена, а стерически контролируется структурированностью геологической (например, биосферной) среды, равно как и предварительно уже возникшей минеральной фазы. В формуле (5) оба воздействующих агента соответствуют случайной величине f - "переданному сигналу".

Можно полагать, что | фиксируется физическими полями кристаллов и по некоторым каналам связи подводится к фронту формирования/деградации минерального вещества, но в процессе подвода в общем случае преобразуется в Ц , определяющее , так или иначе, пространственную геометрии новообразуемых структур, - например, степень упорядоченности твердых растворов (для случая деградации

минерального вещества - селективность выщелачивания тех или иных конституентов, и пр.).

Количественное рассмотрение достаточно распространенного случая взаимообмена информацией между структурными составляющими проведено В.Б.Зуевым (1991) на примере взаимного влияния катионов (ВВК) в рамках развитой этим исследователем остовно-элект-ронной теории конституции минералов. Убедительность полученных им обобщений и доступность предложенных вычислительных процедур являются весомым аргументом в пользу необходимости анализа взаимообмена информацией.

При таком анализе необходимо помнить аксиомы, касающиеся потерь информации в процессе ее передачи. Достаточно можно полагать, что случайные величины £ и 4 имеют нормальное распределение вероятностей с нулевыми средними значениями и дисперсиями, равными соответственно 0"2 и о! . Тогда, как можно вывести из (5) (Прохоров, 1979), $ 1

с 71

Таким образом, количество информации в принятом- сигнале 1 относительно переданного сигнала Ц стремится к нули при возрастании уровня помех 4 (т.е.при -> оо ) и неограниченно возрастает при исчезающе малом влиянии помех (т.е. при 62 -> 0 ).

В структурах формирующихся/деградирующих минералов подводимая к фронту эволюции вещества информация I существенно уменьшается в каналах связи за счет помех , связанных с экранировкой "управляющих" атомов уже сформировавшейся части кристалла несовершенствами предварительно возникших структур и т.д. Поэтому вероятность инкорпорации в формирующийся минеральный индивид одного из альтернативных конституентов (например, по схемам ВВЮ сильно варьирует. При этом она всегда значительно меньше единицы, что весьма существенно в аспекте снижения "контролируемости" структур, поскольку суммарный эффект воздействия нескольких контролирующих факторов имеет стремление к закономерностям, описываемым формулой (3).

Необходимость количественной оценки различных параметров взаимообмена информацией возникает (элемент 1.3 в табл. 1) при рассмотрении так называемых термодинамических функций смешения, определяющих термохимию возникновения и структурного упорядочения твердых растворов. Как известно (Урусов, 1977; Урусов, 1987), эта функция предложена и используется, для бинарных растворов, в форме:

ДНСМ= 0 • х 1 • х 2 (6)

где: х 1 ,х 2 - мольная доля первого и второго минальных компонен-

tob (x 1 + x 2 = I), Q - так называемый параметр взаимодействия, определяемый, по В .С.Урусову, выраяением:

Q= а(лг)г +б(де)2, 17'

где: а и Ь - константы соответствующей размерности,

г - табличные значения радиусов взаимно смешивающихся атомов,

£ - табличные значения электроотрицательностей для

них же.

Учитывая желательность получения более реалистических оценок параметра взаимодействия за счет оперирования количественными характеристиками конкретных структур минералов, эффективность которых оценивается, представляется перспективным обсуждение замены Q в формуле (?) модифицированным параметром взаимодействия Q , описываемым следующим уравнением:

Q = k<yeff + 1 (teeif + и (дНКЧ)гз 00

где : к , 1 и и - константы соответствующих размерностей,

г IFf - эффективные радиусы атомов (Урусов, 1987), e<ef - эффективные заряды атомов (Зуев, 1991), НКЧ - нормированные координационные числа, предлагаемые соискателем для рассмотрения ниае, в защищаемом положении 4.

В формулах (6) и (8) уже рассматриваются некоторые параметры взаимообмена информацией. В частности, в (б) концентрационный сомножитель х 1 • х 2 пропорционален максимально возмо*ному количеству пар взаимозамещающих друг друга атомов. Реально же число таких пар определяется конкретным вариантом структурной организованности кристаллического континуума.

Что касается формулы (8) для модифицированного параметра взаимодействия 9 , то именно исходя из указанных представлений о контролирующей роли взаимообмена информацией целесообразно введение .8 сумму слагаемого и ( Д НКЧ)2 , поскольку как раз НКЧ является, возможно, не оптимальной, но приемлемой для обсу!де-ния, сравнительно адекватной мерой количества парных взаимодействий (см. ниже формулу (15)).

Другой путь перехода от меры верхнего предела количества пар взаимообмена (х i « х 2 ) к эффективной оценке числа таких пар состоит в использовании того или иного индекса структурной упорядоченности. На практике в качестве такового часто используется стандартная форма константы равновесия ( К Ц4 ) "реакции" ион-

ного обмена между различными структурным;; юзициями М, например (Nord and Hemer, 1991):

Х- Ni/Mi/ • X Mg/M2/ KD = - , (10)

x Ni/иг/ • x Hg/Hi/

где: X - соответствующие количества рассматриваемых катионов.

Представляется, что К , как мера упорядочения, обладает су-; щественными недостатками. Так, она неоднозначна, поскольку не дифференцирует принципиально различные три случая: (1) X.Ni/Ml/ -0, X Mg/M2/ = 0. Кроме того, с метрологической точки зрения константа Kj) весьма несовершенна: она изменяется of?iслучай полного упорядочения) через 1 (полностью статистическое размещение атомов) до 0 ("обратный" случай полног^ упорядочения). Соискателем предложен нормированный показатель К Д(0,1) , лишенный указанных недостатков:

X .Ni/Ml/

К .fit0, 1 >.= 4 I-:--0,5

X. Ni/Ml/ +X.Ni/M2/ X Mg/M2/

-- 0,5 I . (11)

X Mg/Ml/O + X Hg/M2/ Сопоставление эффективности различных показателей упорядочения на модельных и реальных примерах дается в табл.9 .

Акцентируемая роль взаимообмена информацией делает естественным требование учета геологического значения других факторов такого взаимообмена, помимо рассмотренного. Прежде всего, выдвигается задача рассмотрения импактивности процессов эволюции минерального вещества, т.е. ограниченности во время атакующего импульса. При традиционных исследованиях имеется в виду сколь угодно длительное воздействие. Математический анализ такого рода общенаучных проблем, уве давно выполненный А.Н.Колмогоровым (Колмогоров, Петровский, Пискунов, 1937) и плодотворно развитый его последователями (Баренблатт, 1985), показал, что лишь после пороговой длительности воздействия наступает необратимое разрушение рассматриваемого объекта (в интересующем нас аспекте -фрагмента минерального вещества). Импульсы же "допороговой длительности" могут, по истечении соответствующего интервала времени, сменяться компенсирующими эффектами, которые, при внимательном отношении к онтогении минералов, документируются не так уж редко ("залечивание" и т.п.).

Другая "информационная" сторона кинетики процессов эволюции минералов состоит в том, что накопление их в природе идет с некоторой - возможно, нарастающей или более сложно изменяющейся во времени - скоростью. Данный процесс либо просто заканчивается ввиду исчерпания ресурсов массы для обмена, либо же геологи-

Таблица 9

Варианты оценки степени упорядоченности кристаллических структур твердых растворов для модельных примеров и для ортованадатов ( N1 , Г^ЭдСуО^^

Реальные ортоваиацатные"раствор^-(экспериментальные ванные по кога «па ¥»гпег , 1991)

Модельные примеры

N1

N1

М

N1

м,

N1

Распределение катионов по позициям

М1

<1'0

0,75 (100^)

0,25 (2С$)

0,64

0,44 1(44

0,56

0,31 (44^)

0,69 (53%)

М2

"(ТоУ

0,50 (3&)

0,50 аЬи/о)

(Ьб8?

0,71 (53$Т

0,29 (4ё|)

' 0.57 (5<&)

(&

со сл

Оценка упоря доченности рас пределения ка тионов по раз личным,анализируемым в тексте формулам

оо

0,73 0,59 0,67

(размах значении.О,14 (относительно центра ±11%))

Промежуточный вариант

0,67

0,80

0,21 | 0,19 0,20

(размах значении 0,02 (относительно центра ±5$))

(ii)

0,33

0,60

0,006 " 0,02 0,009

(размах значении 0,014 (отнооитольло центра ±54%))

n

ческая эволюция выводит минералообраз'лида систему за пределы физико-химического поля устойчивости данного материала. Последний тогда начинает разрушаться - опять-таки в соответствии с кинетическими характеристиками процесса деградации и, как правило, со значительной релаксацией (один из наиболее распространенных документируемых фактов в геологии - реликты: кристаллов, минералов, горных пород, рудно-петрографических формаций ... ). И лишь по истечении достаточно длительного времени, либо в результате грандиозной мощности деструкткрующего импульса запасы (ресурсы) минерала редуцируются вплоть до полного исчезновения. Таким образом, зависимость оцениваемой геологом залежи того или иного минерала от мощности как формирующего, так и деструктирувщего процесса нередко напоминает "петли" физических гистерезисных зависимостей, что представляет непосредственный интерес для решения как научных, так и производственных задач.

Завершая краткое обоснование третьего защищаемого положения, можно привести пример достаточно яркого взаимообмена информацией, имеющего непосредственное отношение к эффективной устойчивости каолинита [62, 63, 71 ], подвергающегося биодеструкции. Как известно (Рубин, 1984), общее изменение энтропии открытой системы ( йБ ) складывается из двух величин:

= с!'? 5 + с1 ? 5 . (12)

где: с1/еч Б - изменение за счет процессов обмена энтропией

внешней средой,

с! Т 5 - возникновение энтропии в самой системе вслед-

ствие внутренних необратимых изменений.

Рост и развитие организмов сопровождается усложнением их организации, и, с точки зрения классической термодинамики, выглядит как самопроизвольное уменьшение энтропии живых систем, что явно противоречит второму закону. Однако, это противоречие лишь кажущееся, поскольку, как известно, направление самопроизвольных процессов определяется увеличением энтропии лишь для изолированных систем, а отнюдь не для открытых, какими являются биологические. На самом деле для организмов, сопровождаемое уменьшением общей величины их энтропии, происходит при условии:

> 0;

dt

de S

d/TS

- , (13)

dt

dt

за счет того, что в других участках внешней среды идут сопряженные процессы, при которых энтропия увеличивается.

Конкретные исследования данной проблемы начаты [71] для каолинита, который подвергался выщелачиванию с помощью Bacillus mucilaginosus. Образцы представлены двумя типами мономинеральных

псевдоморфоз каолинита по биотиту. Псевдоморфозы первого типа (Дубровское месторождение) образовались по механизму эндотакси-ческого послойного замещения биотита, псевдоморфозы второго типа - путем зпитаксического слоисто-спирального роста каолинита. Последние насыщены винтовыми дислокациями, а структура самого каолинита имеет не дискретное, а геликоидальное межслоевое пространство. Б накопленных растворах количественно определялись БЮ и Й1 0 (табл.10 Ь. 2 2 3

Таблица 10

Усредненные характеристики образцов каолинита и результатов выщелачивания 5Ю2 и А1203 за 7 суток обработки образцов силикатными бактериями

Характеристика образцов Выщелачивание в проц.

Тип псевдо- Коэффициент Фрактальная S i 0 ftl 0

морфоз кристалличности размерность 2 2 3

по Хинкли по Мандельброту

(Волкова и др., (Иванова, Балан-

1978 ) кин и др., 1994)

I 0,67 2,7 12 16

II 1,36 2,3 22 20

Деструкция разупорядоченного каолинита (тип I) существенного прироста энтропии дать не может, в силу его "статистического" характера. Но упорядоченный каолинит (тип II) обладает пониженной энтропией и, соответственно, имеет большие резервы для ее увеличения при деструкции, чем и пользуются микроорганизмы, вызывая большие и, в принципе, технологически перспективные эффекты малозатратной, экологически приемлемой'десиликации забалансовых (кремневый модуль!) бокситов. Поэтому естественной представляется постановка проблемы ..взаимообмена информацией при биокосных взаимодействиях [24, 39, 46], транспонирующей интенсивно развиваемую современной химией концепцию "Molecular Recognition".

В связи со сказанным полезно сопоставление ранее опубликованных результатов абиогенной и биогенной деструкции одних и. тех же минералов, свидетельствующее, в целом, о повышенной биогенной деградации структурно "более организованных" минералов.

"Степень организованности минералов" - понятие не слишком определенное в минералогии, поскольку может подразумевать отно-

сительную сложность конституции (например, количество типов координации одного и того же атома в рассматриваемом ряде минералов, полноту упорядочения атомов по неэквивалентным структурным позициям природных твердых растворов и др.). Тем не менее, при любом подходе ниже имеется в виду некоторая (пока, возможно, разноплановая) информационная мера энтропии, связанная с увеличением либо уменьшением сложности математического описания размещения атомов (группировок атомов) в пространстве минерального индивида. Известно, что более организованная структура минерального субстрата характеризуется пониженной энтропией и, соответственно, обладает повышенным резервом "акцепции" ее при взаимодействиях с микроорганизмом. На основе современных теоретических представлений (Рубин, 1984) была произведена интерпретация имеющегося экспериментального материала [24, 27, 29, 30, 38, 46 и др.] с целью проверки высказанного предположения.

Дистен - андалузит - силлиманит. Дистен имеет субцепочную структуру с шестерной координацией fil. У конституционно более сложного (цепочно-слоистого) андалузита А1 пятикоординацион-ный. Структура силлиманита характеризуется не только октаэдри-ческим, но также тетраэдрическим fil. В целом для рассматриваемых минералов идентичного химического состава в указанном порядке имеет место усложнение структурной организации ( в принципе, количественно выражаемое информационной (в том числе конфигурационной) энтропией - Урусов, 1987).

Результаты биовыщелачивания этих силикатов показали заметный рост извлечения кремнезема параллельно снижению энтропии соответствующих структур - от дистена через андалузит (извлечение Si0 2 на 19% больше) к силлиманиту (на 48% больше).

Кварц - опал. Биовыщелачивание образцов кварца, харак-

теризуемого индексом кристалличности 5 - 10, зафиксировало различное извлечение S i 0 2 в раствор, в зависимости от уровня кристалличности проб. Рентгеноаморфный опал в этих же условиях практически не выщелачивается, оказавшись неподходящим субстратом для развития силикатных бактерий.

Полевые шпаты. Выщелачивание плагиоклазов силикатными бактериями зафиксировало прямое соответствие количества выщелоченного кремнезема номеру плагиоклаза и, следовательно, параллельно содержанию в нем тетраэдрического fil. Из альбита (вне зависимости от его структурного состояния) было извлечено в раствор 5-6% от исходного содержания в нем S i 0 2 . Зквиатомный Лабрадор (N 58) еще сравнительно стабилен (8 % выщелоченного S i 0 2 ), что соответствует общей концепции повышенной устойчивости эквиа-томных минералов (40-60% минальных компонентов бинарной системы). Что же касается анортита (N 93) с максимальным содержанием

тетраэдрического Й1, то он выщелачивался приблизительно втрое (по 510 2 ) интенсивнее альбита. Полученные результаты, повидимо-му, могут быть сопоставлены с пониженной структурной энтропией для анортита, поскольку в альбите резко доминируют кремнекисло-родные тетраэдры. Что же касается конфигурационной энтропии анортита, то от альбита она отличается всего на 8У. и вряд ли является контролирующим фактором.

-Смектиты. Образцы бентонита, аскангеля, Н -монтмориллонита и Са-монтмориллонита из месторождения йскани (Грузия) выщелачивались силикатными бактериями, адаптированными к кварцу. Заметно интенсивнее разрушались пробы (особенно Са-монтмориллонит, из которого извлечено 34У. 5Ю 2 и 242 Й1 2 0 3 от исходного содержания), обладающие фазовой однородностью с наиболее высоко упорядоченной структурой, с максимальной долей тетраэдрического Й1.

Подчеркнем, что в условиях абиогенной (химической) деструкции минералов, в том числе рассмотренных выше, характерна повышенная устойчивость наиболее структурно организованных объектов. Достаточно вспомнить хрестоматийную иллюстрацию - процесс перекристаллизации мелкодисперсных минералов в экспериментах с аналогами гидротермальных растворов, когда при специально подобранных параметрах среды мельчайшие частицы минерала становятся неустойчивыми (растворяются), и в то же время из этого же раствора формируются крупные кристаллы с более совершенной структурной организованностью.

Результаты бактериальной деструкции минералов со специально изученными структурными характеристиками позволяют анализировать уже не единичные случаи биоинверсии "нормального" (для абиогенеза) соответствия устойчивости минералов их струтур-ному состоянию. Даже если для некоторых из приведенных выше результатов могут быть сконструированы другие интерпретации,- факты биоинверсии нельзя рассматривать как случайные совпадения. Желая в максимальной степени следовать строгому смыслу научных терминов, автор н е утверждает, что приведенные выше материалы являются законченным доказательством интенсивного взаимообмена информацией при биокосных взаимодействиях с участием минерального субстрата. Тем не менее, понятна уверенность в том, что рассмотренные данные стимулируют дальнейший поиск такого рода доказательств, поскольку наметившаяся концепция обобщенных потоков взаимообмена [29, 102] может способствовать повышению адекватности дальнейших интерпретаций биосферных процессов и совершенствованию высокоэффективных биотехнологий минерального сырья.

Одно из возможных объяснений рассмотренной выше биоинверсии стабильности минералов состоит в структурно-геойетрическом

аспекте биокаталитических эффектов при биодеструкции полезных ископаемых. Согласно мультиплетной теории катализа, созданной fi.fi.Баландиным 65 лет назад, если "принцип структурного соответствия" реагирующих веществ и катализатора не выполняется, катализ невозможен.

Структурное соответствие является необходимым условием катализа, в том числе биокатализа выщелачивания минералов, поскольку вследствие малого радиуса действия валентно-химических сил (1 - 3 А) при контакте сложной струкуты минерала и поверхности биокатализатора (микроорганизм, органика метаболизма) могут непосредственно реагировать с образованием каталитического комплекса лииь отдельные атомы минерала (индексная группа)'и биокатализатора (й. П. Руденко, 1994). Число и взаимосвязь атомов, вступающих в непосредственный контакт, определяется строением "активного центра" биокатализатора и кристаллохимией минерала. В простейшем случае (в дублетных реакциях) индексная группа состоит из 4 атомов (рис. 2). Остальные атомы минерала, связанные с атомами индексной группы, входят в состав внеиндексных заместителей (й. П. Руденко, 1994).

Принципиально важно, что возможность образования биокаталитического комплекса определяется соответствием межатомных расстояний между атомами индексной группы минерала и каталитического сайта микроорганизма-партнера. Следовательно, разнообразные индексы упорядочения кристаллической структуры минералов (см., напр., табл. 9 и пояснительный к ней текст) приобретают непосредственный прикладной аспект, поскольку так или иначе определяют стабильность расстояний между альтернативными атомами в структуре минералов.

4. Реалистические оценки ортостабильности могут быть получены на основе предлагаемой системы эффективных кристаллохини-ческих параметров РКП) [22, 24, 29, 30, 46, 56-58, 62-70, 77, 78, 90. 91. 96. 97, 99-102, 104].

Стабильность индивидов минерала при всех обстоятельствах их формирования и последующей эволюции - особенно в аспекте предлагаемой в настоящей работе концепции эффективной устойчивости минералов - не может быть реально оценена вне'системного подхода к проблеме. Рассматриваем ли мы минерал в литосфере, или мы исследуем его поведение в том или ином технологическом процессе, либо же он интересует в качестве объекта литомониторинга - во всех этих случаях минерал входит в очень разнородные и совершенно конкретные системы, что и определяет нередко уникальный характер его поведения в каждой из таких систем.

Так, ранее казалось естественным строить казавшиеся устой-

аац

I

аац

схсхц

Л с 1 1 4- -с я—с

1 1 в в В- -в в—л

ахгц о-ац аац

аац - атомы активного центра

кем

кем

2 кем.

& оксидную минеральную Фазу

кем.,

Те О н н 3е~0

II II о-'Ь в=о »\ О О

5 О 0=0

кем.

ксмл

6 сулъерзткии. природный

кем - каталитический сайт микроорганизма ы-ы* твхнола-

гическии. раствор

Рис. ¿. Эволюция каталитичоских комплексов при элемонтарнсм

акте катализа:

1 - одщая прыншшцальная схош (по А. А. Руденко, 13%); '

2 - приятапиальнал схег,:а бпокатал:;за лр:: йкодест-рукц:::! сульфида геле за С лишь длу простоте изображения показанного в форсе "молекулы"-Ре Б).

чивыми "ряды напряжения", привлекавшиеся для прогноза развития процессов в зоне гипергенеза рудных месторождений (Зммонс, 1933; Смирнов, 1955). Многочисленные эксперименты над распространенными арсенидами, сульфидами и сульфоарсенидани, проведенные автором и другими исследователями [26, 29, 61, 46, 48-50, 52, 55, 72, 83 и др.] показали, что стабильные значения электродных потенциалов не могут служить надежными ориентирами Ни для исследователя, ни для практического работника. В качестве эффективного параметра электрохимических взаимодействий и, соответственно, ортостабильности минералов, было предложено использовать экспериментально получаемые зависимости электродного потенциала от рН среды, причем, всегда для конкретных групп сред, типизируемых по составу.

Такие характеристики минералов, которые все же представляются "абсолютными" (объемная масса, свободная энергия образования, оптические свойства и т.д.). причем, часто контролирующими эффективную устойчивость, определяются значениями некоторых кристаллохимических параметров (атомные радиусы, заряды атомов, координационные числа, индексы упорядоченности и пр.). Анализ результатов различных исследований в этом направлении, а также опыт их практического применения показывают, что вполне целесообразно введение в научный и научно-технический оборот некоторой системы эффективных кристаллохимических параметров (радиус, заряд и т.д.), прогностическая мощность которых (по крайней мере, в отношении рассматриваемой здесь эффективной устойчивости минералов) существенно превышает соответствующие возможности номинальных кристаллохимических параметров того не звучания.

Рассматривая вопрос о предсказании либо интерпретации эффективной устойчивости минералов в различных системах, можно выделить среди последних однофазные, сравнительно простые для анализа. Таких систем, однако, очень мало; характерны двойные и более сложные системы. Для большинства технологических систем (даже не вовлекающих в производственные структуры биоблоки) минимально сложными являются бинарные. Наконец, при исследовании биотехнологических и биосферных взаимодействий с участием минерального вещества приходится рассматривать системы не менее сложные, чем тройные (рис. 3).

При описании и анализе любых систем наиболее "прозрачные" результаты, в принципе, дает использование понятия пространства состояний системы (или фазового пространства). При этом состояние системы стараются однозначно зафиксировать соответствующими координатами по осям параметров, определяющих состояния данной системы в (многомерном) пространстве состояний. При этом не накладывается принципиальных ограничений на размерность указанного

ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИНДИВИДЫ МИНЕРАЛА

ЦИТОПЛАЗМА

3- о

Рис

.3.

Принципиальная схема взаимодействий в биосферных процессах и в бзогеотехнологии с участием микроорганизмов. Условные обозначения: I - сфера исследований в области шнераяоютзского обеспечения биогзотзхнолс-•гии и биолитоыонаторинга, 2 - пункты наиболее интенсивного энергосбыена з микроорганизмах при биокосных взаимодействиях.

пространства, но, естественно, всегда стремятся минимизировать эту размерность для простоты анализа и удобства графического изобранения. Стремление вводить и совершенствовать некоторые эффективные параметры (не только кристаллохимические), контролирующие эффективную устойчивость минералов, по существу направлены именно к минимизации размерности пространства.

В настоящее время еще далеко до создания общепринятого комплекса координат (в данном контексте - эффективных параметров ортостабильности), описывающих поведение минералов в пространстве состояних с достаточной для практических приложений степенью уверенности. Не претендуя на то, что предлагаемая система эффективных кристаллических параметров (ЗИП) имеет законченный вид, перечислим составляющие ее ЭКП: (1) эффективные радиусы атомов ЗРй; (2) эффективные заряды атомов 33; (3) нормированные координационные числа НКЧ; (4) характеристики степени упорядоченности структур; (5) "информационная сложность" кристаллических решеток (включая конфигурационную энтропию); (6) фрактальная размерность (в идеале дополняемая структурной плотностью минералов).

Разумеется, нет оснований считать приведенный список исчерпывающим - хотя бы просто потому, что в нем дополнительно не указаны важнейшие параметры систем, содержащих минералы, а именно: температура, давление и химические потенциалы среды минера-лообразования. Однако, перечисленные параметры уже получили надежную, оправдавшую себя в многочисленных исследованиях и практических приложениях трактовку, к которой соискатель не- имеет существенных дополнений.

Предваряющего рассмотрения требует широкое использование автором в тексте настоящей работы прилагательного "эффективный" ("эффективная устойчивость минералов", "эффективный заряд атомов", "эффективный радиус атомов" и пр.). Уместно высказать две группы соображений, позволяющих применять такого рода терминологию.

Во-первых, в хронологическом плане первые, но уже весьма результативные, эффективные кристаллохимические параметры введены по необходимости, причем авторитетными исследователями, достаточно давно (сведения по истории вопроса изложены в: Боголюбов и Шведов, 1962).

Во-вторых, строгие определения научных терминов, содержащих прилагательное "эффективный" таковы, что его добавление к наименованию конкретных кристаллохимических (а также иных контролирующих) параметров не создает впечатления об искажении правил или традиций научной терминалогии. В связи с этим достаточно обратиться к терминологии математических оценок распределений ста-

тистических совокупностей. -Помимо -других оценок (их мощности, несмещенности и т. д.) в качестве необходимого показателя рассматривается з ф ф е к т и вно с т ь , определяемая следующим образом (Корн и Корн, 1970): эффективная оценка - несмещенная статистическая оценка, дисперсия которой совпадает с нижней гранью в неравенстве Рао-Крамера. В случае, если в последнем достигается равенство для какой-то несмещенной оценки Т, она является наилучшей в смысле минимума квадратичного риска в классе всех несмещенных оценок и называется эффективной оценкой (Прохоров, 1979).

и точки зрение тасрст;:':с,с::ой к?нгтаплпхимии. особенно ее прогрессирующего раздела - прогноза кристаллических структур -- получаемые из электронной плотности эффективные атомные радиусы (ЗРЯ) мало пригодны, будучи.слишком тесно обусловленными конкретными характеристиками структурно-кристаллического пространства. Однако, с точки зрения прогноза эффективной устойчивости минералов именно данная индивидуальная конкретность оборачивается достоинством, поскольку, будучи полученными не расчетным путем, а экспериментальным, эффективные атомные радиусы "автоматически" учитывают конкретные параметры и характеристики, существенно контролирующие ортостабильность минералов.

Представляется перспективным при расчете параметра взаимодействия, определяющего сравнительную устойчивость твердых растворов различного состава, опираться не на "табличные" значения металлических, ионных и (или) ковалентных радиусов, а именно на эффективные атомные радиусы. Методика и методология оценки эффективных радиусов рассмотрена в основополагающих работах А. С. Нарфунина (1974, 1975) и В. С. Урусова (1977, 1987), а также некоторых других исследователей. Необходимым, однако, представляется замечание, касающееся конкретного смысла, вкладываемого в термин "эффективный радиус". Зто понятие в последнее время начинает утрачивать геометро-физическую определенность, которую хотелось бы иметь взаимопонятной,- общепринятой. Например, этот термин предложено применять для обозначения радиуса наиболее объемной комплексной частицы неорганического соединения (Мага-рилл, Юданова и др., 1991). Такая трактовка термина "эффективный радиус", как легко понять, не имеет ничего общего с понятием, Фундаментально рассмотренным 'А. С. Марфуниным и В. С. Урусовым.

Еще более нежелательно, когда тот же термин используется в приложении к . условной средневзвешенной величине, "усредняющей" радиусы катионов в эвтектической смеси. Вряд ли можно представить себе, что в такой смеси атомные радиусы не остаются достаточно индивидуальными, присущими соответствующим конституентам смеси , вне существенной зависимости от их долевых соотношений.

Тем не менее, в некоторых работах, публиковавшихся в 1990-х гг., считается правомерным упомянутое выше вычисление по принципу среднего взвешенного "эффективного радиуса катионов эвтектической смеси" для нахождения отношения ионных моментов катионов матричного расплава и содержащегося в нем постороннего металла. Такая мотивировка вполне может быть принята во внимание, но это не оправдывает употребление "эффективный радиус" не по первоначальному предназначению.

Трактуемое теоретической кристаллохимией понятие эффективного заряда (33) атома гораздо теснее, чем обычно представляется, связано с результативностью деструкции минералов и в традиционно исследуемых процессах эволюции минералов, и в бнокосных взаимодействиях Биосферы с участием минерального вещества, и в биотехнологии минерального сырья. В частности, экономические коэффициенты биотехнологических (и соответствующие показатели биосферных) процессов тесно связаны с энергетическими преобразованиями, поскольку именно количество энергии, "запасенной" в минеральном субстрате, и эффективность трансформации этой энергии в доступную живым клеткам форму определяет количество новообразованных биомассы, метаболитов и технологических (в случае Биосферы - биосферных) продуктов.

Окисление железа бактериями в кислой среде микробиологи по традиции до сих пор изображают реакцией:

+2 + +3

+ 0,5 0 + 2Н = 2?е + Н 0. (14) 2 2

Изменение свободной энергии для реакции (14) в физиологических условиях (периплазма бактерий) составляет 24 - 38 кДж/моль (Рубин, 1984 и др.), т.е. достаточную для фосфорилиро-вания молекулы ЙДФ (цикл Кребса) величину. Представляется показательным, что для определенно записанного уравнения (14) изме-ненйе свободной энергии характеризуется не константой, а некоторым интервалом значений, причем достаточно большим ( 2У/. от центра интервала). Причина такого разброса состоит, повидимому, в том, что здесь, как и в иных биотехнологических интерпретациях, используется неправомерная оценка зарядности атомов, прямолинейно сводящаяся к табличной валентности соответствующих элементов. До настоящего времени во многих работах по биотехнологии переработки сульфидных руд принимают заряд атома Ее в пирите равным +2, а серы (точнее, суммарно гантеля "дисеры") - соответственно -2. Отсюда делается неадекватный вывод о том, что при окислении бактериями пирита они от каждого атома Ее "получают один электрон" для энергетического жизнеобеспечения (Ее 2+ -> Ее 3+ + е).

Современная физика минералов (Марфунин,1974-1975; Зуев, 1991; Бершов, 1985) отводит валентности элемента определяющую роль только на момент формирования кристаллической решетки минерала, когда валентности контролируют стехиометрию новообразования. Однако, в этот же момент возникают соответствующие злектро-отрицательностям атомов связи, весьма существенно перераспределяющие плотности заряда в объеме кристаллических структур минералов. •

Все атомы в пределах новообразованного минерала принимают одно и то же промежуточное значение электроотрицательности. Этот принцип выравнивания был опубликован Р.Т.Сандерсоном в 1951 г. (Бацанов, 1958; Воловик и др., 1993). В настоящее время принцип Сандерсона, в котоный инкорпорирована теория обобщенных кислот/оснований Р.Пирсона, развит трудами Р.Парра, Дж.Янга, С.В.Воловика и др. в базовую для химии теорию функционала плотности (ТФП), являющуюся фундаментальным обобщением представлений о строении вещества и механизмах процессов его эволюции.

Остовно-электронное моделирование конституции минералов позволило В. В. ЗуевуС19915 в рамках современных представлений о межатомных взаимодействиях разработать новый кристаллоструктур-ный метод расчета ионности связей и эффективных зарядов атомов. Совместно с В. В. Зуевым и другими коллегами соискатель продемонстрировал прикладное использование рассчитанных таким путем эффективных зарядов атомов как критерия ортостабильности минералов различных групп в условиях гипергенеза и в процессах биотехнологии полезных ископаемых (например, табл. II) [77-78]. ^

Таблица II

Энергетические характеристики некоторых сульфидов никеля и результаты извлечения Ш из них с помощью Т}1. Геггоох1йап5

за 10 суток

Минерал Извлечение Эффективный ЗП, В ЭхП,зв Е , , кДж/г

заряд N1

Полидимит 25 + 0,91 0,55 5,36 8,9

Миллерит 40 + 0,72 0,48 5,23 8,8

Пентландит 55 + 0,45 0,30 5,15 8,7

ЭхП - электрохим. потенциал по А.Д. Ракчееву; Е- энергия атомизаци

Отметим, что эффективные заряды и эффективные радиусы атомов приобрели статус общепринятых; остальные эффективные кристаллохи-мические параметры находятся в состоянии "фундаментализации", но уже в настоящее время приносят ощутимо полезные результаты.

К числу важнейших кристаллохиыических параметров, контролирующих ортостабильность минералов, относятся координационные числа, фиксирующие попарное взаимодействие атомов. В качестве доказательства этого тезиса достаточно рассмотреть энергию кристаллической решетки твердого раствора (А, В), представляемую, в рамках квазихимической модели для многорешетчатых низкосимметричных твердых растворов (Никитина, 1982; и др.) суммой

энергий взаимодействия в парах атомов:_

.ита* = z N [ U та - 1/2 ( и1ыГ + UOT jj. (15)

где: U 'А+В1 ,• I) 'А+А .U 'В+В' - энергия взаимодействия в атомных парах А+В, А+А, В+В соответственно,

z - координационное число, Н - общее число атомов в твердом растворе.

Характерно, что ввиду недоработанности концепции взаимной координации атомов непонятно, о каком, собственно, координационном числе идет речь в уравнении (15). Дело в том, хотя бы, что для атомов А и для атомов В оно ыокет быть не идентичным.

Идеально правильные координационные полиэдры встречаются весьма редко. Большинство координационных многогранников описывается лишь качественно, как искаженный идеальный полиэдр - например, "искаженный октаэдр". При этом, как правило, не уделяется внимание степени искажения многогранника, рассматриваемого в качестве идеального. Тем более, редко рассчитывается количественная оценка степени искажения (одна из них - угловой 8-критерий Л. ft. Асланова (1985)).

Заслуживает внимания специалистов по структурной минералогии крепнущее представление о том, что искаженные полиэдры, зафиксированные в адекватной последовательности, суть конфигурации комплексов в переходных состояниях (Mutterties and Guggenberger, 1974). Эта концепция представляет первостепенный интерес для генетической минералогии. Именно в качестве переходных состояний задокументировано поэтапное искажение координационных октаэдров кобальта/никеля для ряда аннабергит - эритрин [46, 75, 105], координационных полиэдров для ряда андрадит - гроссуляр [6, 8-11 ] и др.

Формальный, чисто "счетный" подход к фиксированию координационных чисел приводит к тому, что рассматриваемые на его основе валентные усилия, существенно контролирующие ортостабильность минералов, утрачивают ясный физический смысл и, соответственно, практическую адекватность. Поэтому естественной представлятся полезность некоторой нормировки формального координационного числа, опирающейся на различие расстояния координирующего атома

лигандов. Такую нормировку соискатель предложил выполнять на основе закона Кулона, хотя заслуживают целеустремленного исследования возможности нормировки также на основе иных зависимостей (например, убывание по параболе 6-го порядка, в соответствии с идеями Г.Гуггенгейма (Кристиан, 1978)).

В качестве примера можно привести данные по строению кристаллов СгиО 2 (РО 3 ).3 0(Линде, Горбунова и др.,1978), обладают пространственной группой Р2 1 /п, в структуре которых реализуются гексаметафосфатные циклы (Р .6 О 18)(УП (с собственной симметрией I), которые, наряду с ионами и (1У) и СгП ) и составляют основу кристаллической решетки. Каждый атом II координирован в экваториальной плоскости с пятью атомами 0 (один от монодентатно-конце-вого и по одному от четырех бидентатно-мостиковых Р-тетраэдров). Длины связей в и-полиздре (в 5, округленно) оказались следующими: две "небольших", 1,78 и 1,65: и пять "нормальных" - 2,30; 2,40; 2,38; 2,38; 2,36. По сравнении с первыми двумя, уменьшение силы кулоновского взаимодействия для остальных пяти составляет 44У.. Следовательно, с этой точки зрения нормированное координационное число 4,8 реальнее, чем 7.

Поскольку три рассмотренных эффективных кристаллохимических параметра (ЗКП) по результатам лабораторной апробации действительно оказались работоспособными, с точки зрения поставленных целей представилось целесообразным завершить рассмотрение 4-го защищаемого положения еще тремя эффективными параметрами. Один из них -'степень упорядоченности также можно отнести к ЗКП; некоторые соображения соискателя по повышению метрологической выразительности данного параметра рассмотрены выше, при обосновании 3-го защищаемого полокения (табл. 3, формулы 10 и 11. а также пояснительный текст).

Следующий поистине эффективный параметр - фрактальная размерность минеральных агрегатов - теоретически "уходит" от собственно кристаллохимии в сторону реальной кристалломорфоло-гии. Его роль, по данным предварительных исследований, вполне сопоставима с важностью показателей упорядоченности, но не перекрывает ее, а дополняет еще одной "координатой" адекватной интерпретации стабильности минералов [29, 71].

Информационные показатели сложности структур пришлось начать разрабатывать, когда встал вопрос о необходимости минералогического обеспечения перспективных технологий полезных ископаемых - в частности, биогеотехнологии. По образному выражению классика З.Иредингера, организмы получают от пищи не столько энергию (иначе было бы достаточно просто греться на солнцепеке), сколько информацию. Этот же афоризм в значительной мере следует относить и к минеральному субстрату жизнеобеспечения микроорга-

- 50-

низыов, транспонируя для биокосных взаимодействий широко практикуемую в супрамолекулярной химии концепцию molecular recognition.

В качестве грубо оценочной процедуры - например, для конфигурационной энтропии - может использоваться формула ¿еннона. Однако, выручая в частных случаях, она не дает общепригодных (для сложных структур минералов) расчетных алгоритмов. Поиск последних оправдан сопоставлениями устойчивости просто и сложно организованных структур при биокосных взаимодействиях (кварц-опал, смектиты, каолинит [ 21, 24, 46].

Не претендуя на исчерпывающий характер перечня шести эффективных параметров, представленных и охарактеризованных выше, соискатель имеет определенные основания предлагать их для использования в виде системы, располагающей перспективными способами применения в целом.

5. В качестве первой попытки верификации предложенной концепции эффективной устойчивости минералов теоретически обоснована статистическая предпочтительность формирования эквиатомных минералов для широких рядов состава: такая предпочтительность подтверждена специальными исследованиями природного материала и может рассматриваться в качестве распространенной геологической тенденции с варьирующей интенсивностью проявления [6. 8 - 11, 13 - 15, 17 - 19, 23, 25, 28, 29, 31 - 33, 36. 37. 40. 59. 60. 64. 75. 90. 1051.

Концепция ЗУЫ является лишь исходной системой взаимно непротиворечивых и взаимоувязанных положений, которую предстоит путем интенсивных исследований перерабатывать в полноценную научную теорию. Последняя, как всякая теория, должна поддаваться количественной проверке адекватности, что далеко не всегда выполнимо в отновении исходной научной концепции. Однако, на полуколичественном уровне непротиворечивость и правдоподобие любой концепции поэлеметно могут быть оценены, что, естественно, представлялось желательным и для предлагаемой концепции. Понятно также, что повышенный интерес представляла проверка новых, нетрадиционных элементов концептуальной системы (табл. 1), связанных с затронутым в 3-м защищаемом положении взаимообменом информацией, а также с впервые вводимой, для обсуждения, в научный оборот топологической функцией стабильности ( РРБЪ1 в табл. 1).

Если рассматривать минералы широких рядов состава (природные твердые растворы, двойные соли), то соотношение в них конечных членов, естественно, контролируется прежде всего коэффициентами распределения элементов между равновесно сосуществующими конденсированными фазами. Тем не менее, принимая во внимание этот принцип за базовый, можно добиваться дальнейших существенных уточнений, привлекая анализ термодинамических функций смешения (см. выше, 3-е защищаемое положение). В эту функцию входит сомножитель xl.x2 = xKI - xl), где xl и х2 - мольные доли миналь-них компонентов. Элементарным дифференцированием можно убедиться, что данный сомножитель достигает максимума (0,25) в точке xl = х2 = 0,5. Существенность же приуроченного к ней экстремума термодинамической функции смешения пропорциональна параметру взаимодействия Q , фигурирующему в уравнении (8):

( лНсм )' = CQ.xi.x2)* = CQ.xKI - xl))' =

= (Q(xl - xl.xi))' = QCI - 2x) . (15)

Константам ортостабильности минералов присущ некоторый аппаратурный, геологический, - возможно, также иной методико-экс-периментальный разброс, который в общем виде можно выразить среднеквадратичным (стандартным) отклонением s термодинамической функции Н : Н = Н + 2s (при уровне доверительной вероятности 0,05). Определяя интервал зквиатомных минералов, с учетом всегда имеющих место в природе флюктуаций, как xl = х2 = 50% + 10% (т. е. 60 : 40 - 40 : 60%),

аНм = xi.x2.tl = 0,4 . 0,6 . 9 = 0,240. По приведенному выше требованию двукратного превышения:

0.24Q i 2s ,

откуда

Q * 8s . (17)

Подчеркивая полуколичественный, сугубо оценочный характер неравенства (17), можно рассчитывать на определенную пользу его применения в ходе сопоставления факторов, контролирующих частоту встречаемости минералов того или иного состава из широких природных рядов изоморфной смесимости. Неравенство (17) предупреждает исследователя, что в зависимости от жесткости неравенства максимум термодинамической функции смешения (8) может быть выражен четко, а может быть не выше уровня метрологического шума.

Несомненно, что данный максимум конкретными кристаллохими-

ческими факторами сложных минеральных структур (экранировка взаимно замещающих друг друга конституентов, сложный набор типов связи, вопреки правилу парсимонии Л. По-линга (Смирнова, 1993 и др.) может смещаться из интервала зк-виатомности. Тем не менее, при подчеркиваемом варьировании четкости, мы вправе ожидать проявления данной тенденции в природных условиях.

Термохимическая функция стабильности природных твердых растворов, в соответствии с современными теоретическими разработками (Урусов, 1987 и др.), определяются, в принципе, двумя фазовыми границами, которые можно назвать "верхней границей" (кривая солидуса) и "нижней границей" (кривая распада твердого раствора) (рис. 4.1). Представляется весьма целесообразным отдельно рассматривать термохимические ограничения, накладываемые первой и второй границами.

Верхняя граница диктует условия стабильности, регулируемые равновесиями "расплав (раствор) - формирующаяся кристаллическая решетка". Равновесное состояние твердого раствора определяется стремлением к минимуму свободной энергии

Более точно поведение изоморфной смеси (состава XI мольных долей первого компонента и Х2 мольных долей второго компонента) управляется термодинамическими функциями смешения - разностями термодинамических функций твердого раствора и механической смеси компонентов того же состава: _ л£ л

¿Ней С**, АНтЬр.р -Х^Яг^м

Здесь аНси и ¿во,^-теплота и энтропия смешения соответственна ' (Урусов, 1987, стр!249).

В идеальной системе нет факторов, противодействующих смещению. Однако, в реальных ситуациях такие факторы существуют, и они связаны с различием физико-химических свойств компонентов смеси. Чем больше такие различия (например, различия радиусов и других характеристик замещающих друг друга атомов), тем больше силы, искажающие кристаллическую структуру твердого раствора по сравнению с чистым кристаллом. Эти деформиции приводят к повышению внутренней энергии чистых компонентов), что объясняет положительный знак , соответствующий эндотермическому эффекту (поглощению тепла) при образовании смешанного кристалла.

На рис. 4.1 показано несколько вариантов соотношения отдельных функций смешения в зависимости от состава двухкомпонентной

I i..

(U,

2

i уияспок trn»euii»itx . „ .

I ЗкАийпоМНЫХ MUHepq^oS(4QCM<0)

Частот* встречаемости дитригонатло-смленадпрических бсскалшиевых карбонатов. Hjo/plMflf »иражиот количесгяо шилтпоя, прндодашялся Ht зломе1гтдр111-гП треугольник

___ ^ (составляющий 1* от всей площади треугольник» составов). У стороны родохрозит-сидерит

ЕЕ] эквкатомниЯ минерал (сфероошрит). В непрерывном ряду мал^еаит-сияорит

t iWot > ф. жвнатомния минерал не фнкс;груется (случай кре£яе попсгого «i:mn.tyua àGCM) •

Ol W

Pzo. 4. Априорный (I) и апостериорный (2) аспекты оценки вероятности формирования аквиатошшх минералов.

4.1. : Соотношение пехот термодинамическими Зункцияма

смешения и типами диаграмм состояния (по В. С. Урусову, 1987; с дополнениями для интервала прегшолагаешх эквиатомшх минералов, по А. П. Грудеву)

4.2.: Изображение воовражаемого пространства составов ^ля сертифицированного природного материала, по А. П.

системы в субсолидусной области и соответствующие им типы диаграмм состояния.

Вариант (а) ( ЛлСА)>0> , лНсм < Таэсм> следовательно, Лбс/У1< 0 во всем интервале концентраций) соответствует непрерывным твердым растворам при повышенных температурах. Из обычного для минералов переменного состава, хорошо выраженного минимума йСсм следует, что при альтернативах вариантов состава твердого раствора термохимическое преимущество получают зкви-атомные минералы, по сравнению с примыкающими (по составу).

Иллюстрацией может служить сторона сидерит - родохрозит в треугольнике состава дитригонально-скаленоэдрических природных карбонатов (рис. 4.2). Это лишь один, но далеко не единственны!1 пример реализации такого преимущества в природе; представление о широте проявления "эквиатомной тенденции" дает материал, обосновывающий ниже пятое защищаемое положение.

Вариант рис. 4.1,6 ( >1 (Заимеет волнообразную форму с двумя минимумами) соответствует распаду твердых растворов при температуре эвтектики на две фазы, составы которых определяются положением минимумов кривой (Урусов, 1987 ). Иллюстрацией "природного оформления" данного варианта может служить сторона магнезит-родохрозит в треугольнике состава рис. 4.2. Количество соответствующих минеральных систем также достаточно обширно.

Таким образом, два фактора - энтропия смешения "Д^, понижающая свободную энергию на величину Тд5См > всегДа способствующая смесимости, и энтальпия смешения аНсм > в большинстве случаев повышающая свободную энергию и поэтому препятствующая взаимной растворимости компонентов смеси, - вступают в конкуренцию между собой. Результат их "борьбы" выражается, в частности, в том, что термохимическая Функция стабильности РРБЬс или способствует тенденции преимущественного формирования экви-атомных минералов (соответствующее вероятностное выражение 0,5 < РГ51с < 1 , как на рис.4.1,а), или же противодействует е (0 < РГЗЬс < 0,5 , как на рис. 4.1,6).

Что же касается нижней границы стабильности твердых раство ров, определяющей их распад (при понижении температуры) на две самостоятельные фазы, то решение задачи в рамках теории регулярных растворов было дано еще 60 лет тому назад Р. Беккером. Под симметричным куполом в координатах Т/Ткр - х находится облает сосуществования двух твердых растворов, составы которых при дан-

- критическая температура.

ЭКВИАТ0М1Ш МШ1ЕРАЖ1

НЕЭКВИАТШНЫЕ МИНЕРАЛЫ

Например типа А В

© О

и 1=8

АвАи

1«! Ы

А: В = 5 □: 5 О

Например типа

Л

т

Аз Аи

Ряд атомов вдош. некоторого кристаллографического направп. Уояошше номера атомов в ряду

О О'¡О О ы ' 1-з! 1-г и

А: В = 25*75

© СО

I

Р(х,„=В)^[Р^=Л1У,2......]

Усложнённый вариант чередования ------ - ------------ии А!В (50:30)

при том же ооотношении

® ©¡О о

Джша стрелок символизирует требуемую для упорядочения "глубину11 информации

— вероятность.инкорпорациг_атома В в момент¿+1

XI.

• вероятность.инкорпорациг_атома В в момент4+1

СП

сл

I--1В усложнённом варианте требуемая глубина

информации не' соответствует случаю простого чередования ..АВАВ..; соответственно вероятность Р(,,, _тп такова же, как и для случая а:13±15:

5

Рис. ^ К оценке информационного аспекта вероятности формирования

эквиатошшх минералов в процессе роста кристаллической решётки.

©

■8а ¡о

Грьссуляр

ф

го и ее га'/ЛпЛга

Ъм.

ЕЗ ЕЭ*

ЕЗ* СЕ17 ЕЗ»

таи сэл?

1 - известняки; 2 - андезнтовые псрфприты * ид. туфы; 3 - олориты к длорн-тооые лорфнриты; 4 - сшроксе новые скарны; 5 - гранатовые скарны; 6 - скало, лнтизаикя; 7 - альбитизацня; 8 - эпндсттизаиня; 9 - пренлтизация; 10 - машети-товая руда; 11-пиритиэашш; 12 - кривая железист ости пироксена; 13 - то же, граната; 14 - места взятия проб

Рис.6. (I) Гистограммы распределения содержания (в мольных долях) спессартпнового компонента в гранатах из пегиатотоа (а) и андрадлто-вого компонента г гранатах из скарнов (б), по Н. В. Соболеву (1964). Застрахованы области эквиатомных минералов.

(2) Частота встречаемости гранатов ряда андрадпт-гроссуляр (преимущественно из контактово-метасоматических и близких к ним ассоциаций): (а) - общая закономерность, (б) - внсокотитанистне граната, по А. П. Грудезу (1364).

(3) Составы граната и пироксена в зонах ыетасоматитов на Ломоносовском месторождения, по данным Г. А. Гревцова I Я. П. Бак-лаева (1977), с детализацией интерпретации А. П. Грудевым; прямоугольные рамки - проявление в разрезе граната эквяатокного состава.

ной ^определяются положением точек на нижней кривой рис. 4.1,а (кривой распада). Критическая температура Ткр связана с энергией смеиения 0 простым соотношением

Ткр = 0 / 4,

если выразить 0 в калориях на моль. Знание 0 позволяет предсказать в этом приближении область несмесимости (нижнюю границу стабильности) для любой бинарной системы; соответствующая теория в законченном виде создана в работах В. С, Урусова (1977; 1987), к который и отсылается читатель.

Кроме изложенных, существуют "информационные" предпосылки, позволяющие надеяться на статистически предпочтительное формирование эквиатомных минералов. Одна из них сводится к тому, что рост кристаллических решеток все чаще эффективно рассматривается в качестве некоторого случайного процесса. При этом одна из наиболее адекватных моделей - так называемая цепь Маркова (Корн и Корн, 1970), реализующая альтернативное чередование минальных структурных единиц А и Б (атомы, радикалы, ионы) - получает наиболее удобные условия реализации именно в случае эквиатомных минералов (рис. 5-7; рис. 7 изображает один из примеров крайнего по жесткости варианта- формирование антимонида с эквиатомностью, вероятность реализации которой близка к единице).

Опуская дополнительные теоретические соображения в пользу тенденции статистически преимущественного формирования эквиатомных минералов, подчеркнем, что такого рода гипотезы должны подвергаться максимально возможной верификации, поскольку они высказываются в отношении природного материала,далеко не все механизмы формирования которого выявлены и детализированы. Таким образом, необходимо выработать общеприемлемые процедуры количественной проверки такого рода гипотез. Применение классических приемов математической статистики в данном случае существенно затруднено, поскольку весовые функции для отдельных наблюдений (в данном случае - анализов мономинеральных проб) неизвестны, и даже по существу не рассматривались. Между тем, априори нет сомнений в том, что веса наблюдений часто могут расходиться более чем на порядок величины. Данное обстоятельство резко ограничивает возможности применения распространенных методов статистического оценивания, предъявляющих довольно жесткие требования к процедуре формирования выборок из анализируемой генеральной совокупности (Корн и Корн, 1970).

Автору пришлось в да.-п.и ьопросе, ради получения в обозри-

©N1 ®А5

Структура никелина

0 м © Си

Кркпдягсстал стр\ к г)" л

(по Ю. К. Кабанову, Е. В. Соколовой, 3. М. Спиридонову и Ф. М. Спиридонову; 1994)

Рис

."7

Пример формирования эквиатомного шнерала в структурном типе никелина за счёт альтернативного чередования атомов меди и никеля по оси с.

мые сроки первых данных по верификации гипотезы (существования тенденции статиститческой предпочтительности формирования экви-атомных минералов для широких рядов состава), пойти на своего рода методологический паллиатив, усиленно разрабатывая комплекс приемов, условно названных статистической минералогией, необходимость активного формирования которой давно признается в литературе многими лидерами современной минералогии (Б. С. Соболев, 1Э49; Д. П. Григорьев, 1956; Н. В. Соболев, 1964; и др.). Предложенный автором комплекс процедур [6, 8 - 10, 13 - 15, 17 - 19, 23, 25, 28, 29, 31, 32, 36, 64, 75, 1051 за истекшие два десятилетия возражений не встретил, позволив получить интересные материалы в подтверждение предположенной выше тенденции. Вследствие этого данный комплекс рекомендуется для дальнейшего применения.

Он базируется на "перекрестно проверяемом" поиске устойчивой повторяемости особенностей химического состава и физических свойств для отдельных участков изоморфного ряда. Критическая интерпретация результатов позволила отобрать следующие наиболее надежные критерии, которые таковыми оказываются лишь тогда, когда применяются в неразрывном комплексе.

(1-)Устойчивость основной характеристики химического состава.

Максимумы встречаемости определенных интервалов состава м о-г у т свидетельствовать о реальном существовании соответствующих разновидностей. Аналогично минимумы встречаемости могут определять положение границ между разновидностями.

Примером использования этого критерия является выделение разновидностей в ряду андрадит - гроссуляр (андрадит, аплом, гроссуляр), выполненное й. П. Грудевым (1964) и Н. В. Соболевым (1964) на основании многих сотен полных химических анализов (см. рис. 6.1 и 6.2). Как видим, отдельные максимумы встречаемости в данном ряду разделяются минимумами в интервалах железистости 30- 402 и 60 - 70%, являющимися естественными (в понимании Д. П. Григорьева и С. В. Мейена) границами между названными разновидностями.

(2-) Приуроченность минеральных разновидностей к определенным пространственным и генетическим единицам в конкретных геологических образованиях. В близких по условиям минералообразования метасоматических зонах,или типах руд, или генерациях одного и

а то

«¡»Ид

2-2 3и ¡чип

ССО lipcirfu.il

СИахп шиатощяых. тлерамь отярашхХага ра£а

МдО {крпези/п! ТО 10 ад «О СО - V Я йОЮяюСфлт)

П. Ввемц Плотность распределения анализов ыинвоалов гоуппы зоиташа в координатах (Сс*?е(11)) -Са - \Нс Условными обозначениями показано количество анализов на I% .площади координатного треугольника.

Внззу: Содергаяке гёрнезитового шшала в серии эрдтрин - аннайергит.

того же минерала достаточно вероятно выделение его в форме разновидности близкого состава в аналогичных геологических образованиях (месторождениях, жилах и др.). Такая приуроченность на конкретном геологическом материале расшифровывает выделяемые в п.(1-) статистические закономерности.

Примером, в данном случае, являются плагиоклазы, состав которых для отдельных типов глобально распространенных горных пород укладывается в достаточно жесткие рамки независимо от местонахождения. Показательна также нередко фиксирующаяся приуроченность -к зонам промышленного магнетитового метасоматического ору-денения гранатов именно зквиатомного состава (ап-лома, рис. 6.3).

(3-) Характерные черты зависимости содержания элементов-примесей от соотношения конечных членов изоморфного ряда. При постепенном изменении соотношения их в составе минерала его кристаллическая решетка может плавно, а иногда и скачкообразно изменяться (искажаются координационные полиэдры, изменяется характер связи и т.д.), что может отражаться в характере поглощения элементов-примесей.

Данный аспект иллюстрируется на примере снижения количества гернезитовой составляющей (рис. 8) в зквиатомной области ряда эритрин - аннабергит, имеющей статус типоморфной разновидности [25, 75, 105]. Другим примером является определенное снижение пироповой, альмандиновой и спессартиновой составляющих в минералах ряда андрадит - гроссуляр, также приходящейся на эквиатомную область, отвечающую промежуточной разновидности ряда - аплому [6, 8-10, 64].

(4-) Характерные черты зависимости рентгеновских характеристик и оптических свойств от соотношения конечных членов изоморфного ряда. На кривых названных зависимостей могут существовать характерные точки и интервалы (экстремумы, резкие изгибы и т.д.), фиксирующие определенные разновидности и границы между ними.

Автор на основании данных А. С. Марфунина (195Э) произвел расчеты зависимости среднего светопреломления плагиоклазов от их номера; результаты показали, что отмеченная зависимость в первом приближении, по А.С.Марфунину, прямолинейна, но при более внима-

в

I 8 I

Рис. 9 • а) Субсолидуо диаграммы соотояния плагиоклазов - распределение структурных разновидностей в зависимости от оостава и температуры (по А. С. Марфунину, 1962); б) зависимость ореднего светопреломления плагиоклазов от их номера, дащая повышенную точнооть определения ,ро-отпаа при андвпвнни.трВх разновидностей, по Л. П. Грудеву С1Э62 Г4 3 и 1978 1251)1 п) вапкоимоать ораднего'оввтопроломпвиня плагиоклазов от состава, не учитывающая подразделения на три разновидности и не дакщая повышенной точиооти (по Л. С. Ыарфунину, 1959).

тельном изучении распадается на три прямолинейных отрезка, заметно различающихся уклонами. Границы между отрезками проходят приблизительно в интервалах номера плагиоклазов 30 ± 5 и 70± ±5, т. е. практически не отличаются от указанных ранее (Изох, Казицын; 1959) границ между тремя структурными типами: а л ь б и т о в ы й тип - NN 0 - 35, промежуточный тип (чередование слоев альби-товой и анортитовой структуры) - NN 30 - 70,

анортитовый тип (область истинного изоморфизма) - NN 70 - 100 (рис. 9).

(5-) Реализация разновидностей в виде характерных морфологических разностей. Имеется много примеров, показывающих, что разновидности, выделенные по принципу устойчивости химического состава, характеризуются и достаточно специфической морфологией индивидов.

Обращаясь к ранее затронутому ряду зритрин - аннабергит, можно отметить характерные сферолитоподобные образования у анна-бергитовой разновидности, отмечаемые в природном материале 141, 44, 46, 51, 75] и хорошо воспроизводимые в процессе синтеза [46, 60, 75, 99]. Для ряда андрадит - гроссуляр показательна реализация редкой простой формы (100) лишь в интервале состава, отвечающем аплому (зафиксировано проницательнейшим взором Рене 1вста Гаюи).

(6-) Наличие характерных аномалий физических свойств для отдельных разновидностей. Это может вызываться определенными особенностями химического состава и кристаллической решетки данной разновидности и специфическими условиями минералообразования.

Например, в результате исследования граната Турьинских и других уральских месторождений (минерала теоретически изотропного) отмечено аномальное двупреломление в достаточно узком (апло-мовом) интервале состава (Коржинский, 1948; также богаты материалом по анизотропии и типоморфизму аплома работы Я. П. Баклаева, М. 3. Кантора и других исследователей).

Перечисленные критерии выделения минеральных разновидностей в каждом отдельном случае должны всесторонне рассматриваться на основе полевых и лабораторных (один из характерных примперо!^при-веден на рис. 10) исследований; в противном случае подход к этому вопросу ливается комплексности, вследствие чего расви-ряется возможность проявления элементов предвзятости в уцерб всесторонней обоснованности. Представляется важным подчеркнуть, что обоснованное выделение границ разновидностей возможно только на основе специальной работы в каждом отдельном случае. Если

Содержание ферверитовой составляющей, проценты

(по А. П. Грудеву, Т. И. Гетманской, С. П. Пурусовой; 1991 Эквиатомный вольфрамит - тинлчкнк глинггал средне глубинных бысс-котемпетзатуюных кклъннх и гпенз'енсзнх ыестосоадений^-оОразухсртх-с я з услсзг£х относительно 7|зак1штнх" суднсмагыатических систе:.: (Ь. С. Чернов и др., 1987). " (Я| [N^WO^/m^COj]

1,5

0,9

0,5

Зависимость мольного отношения Ка^УОд/Т^СОз от времени выщелачивания при 1 = 225 'С: (по А. н. Зелшшану, Н. Н. Раковой, В. И. Хуртову; 19%)

Проявления павшенной устойчивости вольфрамита эквиатсмного состава: а - з генетических шэо-цессах земной ксш; б - шш сазлонении вольФЬа-штовых концентиатов састассами соды в автоклавах (I - мобнетшт; 2 - сесбёвит; 3 - эквиатомный вольфрамит 50;50).

Рис.10.

отсутствует достаточное количество фактических данных (причем не случайных, а сертифицированных) хотя бы для одного - двух из перечисленных выше аспектов, то корректное решение задачи маловероятно.

Кратко изложенный выше комплекс приемов статистической минералогии соискатель, руководствуясь теоретическими предпосылками, вытекающими из концепции ЗЯМ, применил для проверки гипотезы о статистически предпочтительном формировании эквиатомных минералов широких рядов состава. Соискатель обнаружил, что данная тенденция действительно вироко проявлена в геологических образованиях, но именно в качестве тенденции, с варьирующими априорной и апостериорной вероятностями проявления. В некоторых случаях такая вероятность близка к половине, как в случае ряда магнезит - сидерит, когда названная предпочтительность практически не проявляется [29, 59]. В противоположных случаях взаимное влияние структурных компонентов может быть выражено настолько интенсивно, что даже при весьма ограниченном изоморфизме в бинарном ряду эквиатомный участок пользуется статусом распространеннейшего породообразующего минерала - как доломит в ряду кальцит-магнезит. Наконец, при последовательном просмотре материалов по статистике химического состава многих известных природных растворов легко убедиться, что имеются любые промежуточные градации предпочтительности формирования минералов (в частности- эквиатомных; автор, в то же время, отнюдь не стремился "затушевать" вполне естественную реализацию в геологических системах также других стехиометрических "предпочтительностей" .(в качестве примеров предлагаются полуколичественные оценки на рис. 11).

Автор надеется, что своим анализом этой проблемы он привлек внимание к реальному природному факту, интегральное значение которого в должной мере до сих пор не осознавалось. Между тем( достаточно напомнить, что "хорошее" выделение минеральных разновидностей, учет реально существующих в природе разновидностей (в этой связи соискатель подчеркивает значение эквиатомных) - совершенно необходимое условие "хорошего" крупномасштабного картирования месторождений ("Что делать признаком картирования?"), без чего, в свою очередь, немыслимо ни научное исследование минерального состава и условий формирования объекта, ни, тем более, его рациональное- использование. Не лишне отметить, что здесь вопрос "хорошего" картироания выходит за чисто минералогические рамки, тесно соотносясь с методологическими основами фор-мационного анализа, заложенными в трудах Н. П. Хераскова, Н. С. Шатского и их научной школы.

6. В качестве второй проверки работоспособности коннепнии эффективной устойчивости минералов на базе концепции сформирован

ОЛИВИН 54 анализа х, - US / (Mg + Fei113

Xf - Ug /'(Mg + (¡II)

РОМБИЧЕСКИЕ ШРОКСЕШ -

237 анализов

КЛШОПИРОКСЕШ 438 анализов

- Чв / (Мб + Fe)1^

ЩЁЛОЧШЕ ПОЛЕВЫЕ ШПАТЫ 71 анализ

х12 - Na / (Na + Ca + К)

ПЛАГИОКЛАЗЫ 76 анализов

х12 - Na / (Na + Ca + К)

ГРАНАТЫ 539 анализов

КУШИНГГОНИГ - ГРШЕРИГ х. 48 анализов

хл - 11g / (Mg + Fe^115

327 анализов

х. - Ug / (Ug + Fe^11^

1Г7 анализов

Г-!

\l / (m . г4ч)°"т

КОРДИЕРИГ 76 анализов

- Ug / (Ug + Fe$Xl)

- Mg / (Mg Fe JII)

534 анализа x1 - Mg / (Mg + Fe

ХЛОРИТЫ

54 анализа

хл - Mg / (Mg + Fe$I3:)

СП ст>

...^........^ноии даплии охспдыпчиили^ иораоотки заимствованы ИЗ

справсчндка: Перчук Л. Л. "Сосуществующие минералы". Л.: "Недра". 1971.

Оливин.

Шксимум 0-20 приурочен к андезиту и кварцевому латяту из Колорадо; анальцимовому мудхиериту из Японца, эвлизиту из (г'-аоиуполя

Основной максимум свойственен нодулям а базальте (Австви, Сардикля, Чехия); кварпеЕОГ.у долеоату (Тасмания), дуниту (Новая Зеландия), акалымжшому базальту (Италия)

Ромбические пвроксены.

Эквиатомиая разновидность фиксируется в диабазовом силле (Ныз— -Дчерси). а также в грану лягв* Финляндии, кварцитах Алданского Щита и сланцах (Становой хребет, "^"^'(¡¡Ж^твенкы

Высокомагнезиальныа тюоксеиы нодулям в базальтах (Сардиния, ФРГ, Штирвд) и в лерцолито (США), а также дунитам (Новая Зелащшя)

Кланопироксеыы .

Назвомагнезиальные разновишости встречается в нефелиновой сиените (Онтарио) и мариуполите (Украина), а таим в гракулэтах Колъ-ского полуострова, скарнах Японии а эвлизите (Кольский полуостров, Мариуполь),

ВысскомагнезиглькыЯ пироксен свойственен сиенитам (псемолой-

цитовсьу - Северное Прибайкалье; щелочному - Армения и Tysа; нефол»

новому - Армения), а также монпокиту (Сахалин) и —"---------

точная Сибирь).

Гранаты.

Низкомагнезпалъные гранаты Фиксируется в нефелиновом сиените (Чукотка) я сланцах (США, Тироль, Финляндия, Япония).

Высокомагнезиальные гранаты свойственны гнейсам Анабарского шита, 1-ланпам Финляндии, а также эклогитам Гренландии, Якутия I Японии.

Замечание: Практически унимодальное распоеделение магнезиаль-яооти грзтатгв~Паскирует хорошо выраженные эквиатомные разновидности этого минесала, если рассматривать отдельно две минералогически индивидуализированные подгруппы: грандитов и мральспитов, что хорото видно на рае. 7.1 я 7.2.

Куммингтонит - грпиернт.

Эквиатомная разновидность фиксируется 1 гранатовых амфиболитах (Финляндия).

аысоко.чагнеэиальныв амфиболы свойственны амфиболитам Квинсленда, Новой Зеландия, Ньв - Гемпшира и Финляндия, а такте слашаи Шотландки.

Кордаврат.

анализюнК&РШ$еШР5ЩШе'^э^ност11> ПРИ *И0Р°" 745

ресчитош на IUUS я вирачёни в едином вертикальном масштабе.

шпаты .

Щелочные полевые

Интесзал состава 10 - 20: эгиюЕН-рибекитоЕый пегматит (Хабаровский край), нефелиновый сиенит ТНорвегия, Еотландыя), рисчоррит (Хибины), а такде пелитовые сланцы (Мэн).

Интервал состава 30 - 40: щелочной сиенит Асмехия, нефелиновый сиенит Армении, Вишнёвых Гор, Норвегии, Туркестано--Алая; мариуполит и фойяит Украины.

Интепзал состава 60 - 70: нефелиновый сиенит Индии, втата Ыэн, Норвегии. Средней Азии; фойяит Кольского полуострова; сиенит Сахалина.

Интервал соствва 80 - 100: мариуполит Украины; нефелиновый сиенит Норвегия; нефелан-альбитовыИ и нефелиновый пешатит Норвегии

;Пдагиохла зк .

' Альбит ИИ 10 - 20: гранат-эпадотовый амфиболит (Новый

¡лныЗ Уэльс и Япония); кварцевый мовдонат а гранит (Калифорния); роговик (Бавария): гранит (Кольский полуостров, Приморье и т. д.).

Оллгоклаз А'1 30 - 40: гранатовый амфиболит (Якутия); плагло-.гнейо (Становой хребет); пврагнейо (США); гипевстенозый йейо (Прибайкалье); гранодиорпт в тоналят (Калифорния); грануллт (Австралия). ! Лабрадор JW 50 - 60, эквватомная разновидность плагиоклазов:

долерст Сахалина; «аньяхят ыыгаскара; роговик Щотлаюзи: гифаболят Корая а США; «нортозиг'Кзебмц габбро Шиферная: хор» Индия я пр.

Батовнат М 80 - 90; сланец Финляндки, гнейо лольокого полуострова я Приладожья, г рану лит Нового Вшого Уэльса, амфиболит Австралии а Иьо - Гемпшира.

I

II о I о 11 ■ I 11 < а и ф я б о л ы .

Интервал состава 0 - 10: альбаткты Тувы; граниты Приморья, ;Тувы а Украины; эгиран-рибекитовый пегматит Хабаровского края. [ Интервал состава 20 - 30: нефелиновый сиенит Кольского

'полуостсова и Тувы; сиенит. Ильменские горы; явит, Калифорния; гнейс, Квебек; амфиболит, Дальняй"Восток;'гранулит, Австралия

Интервал осстава 50 - 60. эквиатомная разновидность; |аифиболовый гнейс (США); сиениты Армении, 1ут а Чукотка; ыонаокит Украины; дапст Калифорнии; диорит я мигматит Украины, а т. д.

Мусковит .

Унимодальное распределение, требугаев геолого-минеоалогическоЯ детализации по методология, реализованной для rjynna гранатов (см. вып», также текот 5-го защищаемого положения)

Б а о т а т .

Унимодальное распределение, достаточно убедительно фиксирупае» эквиатомнуп разновидность. Многообоази» пасагенезиссв биотита требует,

шетрия

■еолого-минералогической детализации привязка стехиометрия, Хлориты .

исходный вариант минералогического обеспечения биогептехнологии: проработка некоторых элементов этой системы показала пригодность их и системы в целом [2, 16, 20, 21. 23-25, 27-30, 32-35, 37-39, 46, 4?, 56-58, 62-69, 71, 74, 78, 81, 83-86, 88, 90-96, 101-104].

Под минералогическим обеспечением технологий использования полезных ископаемых автор понимает целеустремленное накопление, переработку и подготовку для практического применения данных о минеральном составе соответствующего сырья, необходимых для его комплексного, полного и экологически приемлемого использования и получаемых преимущественно специальными геолого-минералогическими методами с адекватным математическим обеспечением на базе необходимой вычислительной техники. Принимая в качестве аксиомы, что без достойного минералогического обеспечения современная горно-металлургическая промышленность практически нереализуема, соискатель при трактовке такового ниае касался только таких элементов обеспечения, без которых оно, в свою очередь, немыслимо.

По-видимому, критический набор элементов минералогического обеспечения сводится к следующему циклу.

(1-) Подготовка данных о минеральном составе полезного ископаемого, необходимых для формирования прогнозов и поисковой оценки ресурсов, логически переходящей в оценку на стадии предварительной разведки,

(2-) Подготовка данных о минеральном составе полезного ископаемого, необходимых для уточнения поблочного подсчета запасов, опирающегося на построение геолого-технологических цифровых моделей месторождений,

(3-) Подготовка данных о минеральном составе полезного ископаемого, необходимых для составлений кондиций на рассматриваемое минеральное сырье,

(4-) Формирование комплекса минералогических критериев эффективности предусматриваемой технологии переработки полезного ископаемого, включая подготовку полупромышленных испытаний обо-гатимости / металлургического передела,

(5-) Формирование комплекса минералогических данных для проектирования промышленной эксплуатации месторождения, включая обогащение либо металлургический передел, авторский минералоги-

ческий надзор за достижением утвержденных проектных показателей производства,

(6-) Текущий минералогический контроль переработки минерального сырья в запроектированном режиме, минералогический контроль комплексности и полноты использования ископаемого сырья, минералогический литомониторинг сопряженной с производством окружающей среды.

Представляется бесспорным, что намеченная система минералогического обеспечения выполняет поставленные перед ней народохо-зяйственные задачи лишь в том случае, если в ней реализуются надежные "обратные связи" от позднейших из перечисленных элементов с каждым из предыдущих. В принципе, также неоспоримо, что такая система должна предусматривать наличие электронного банка данных и опираться на соответствующую вычислительную технику.

Рассмотрение п. (1-) здесь опускается, поскольку соответствующее минералогическое обеспечение без труда достигается на базе так называемой поисковой минералогии, основные приемы которой достаточно хорошо отработаны, а в отраслевом аспекте также стандартизированы (офицальные методические документы, апробированные Научным советом по минералогическим методам исследования "РОСКОМНЕДРА" (НСОММЮ). Здесь лишь целесообразно отметить, что формирование представления о вещественном составе месторождения на стадии поисковой разведки и, тем более, предварительной должно завершаться вычислительной обработкой с построением цифровой модели месторождения, допускающей дальнейшее развитие и совершенствование. Соискатель посвятил 20 лет работы в ВИМСе практической апробации и совершенствованию весьма перспективного алгоритма построения цифровых моделей (в рамках программной системы "Бета-4" IBM PC), предложенного И.Д.Савинским на базе нового метода речения интегральных уравнений Фредгольма 2-го рода [21, 32-35, 75, 92-95, 103, 105]. Этот метод прошел официальную апробацию в бывш. ГКЗ СССр и в бывш. Нингео СССР и показал на материале, подготовленном и обработанном с участием автора, многие принципиальные достоинства, повышающие результативность решения научных и производственных задач [21, 32-35, 92-95, 103].

Решающее значение минералого-технологические цифровые модели приобретают в элементе (2-) системы минералогического обеспечения, когда с решающим эффектом для рационального использования месторождения данные модели пополняются на базе весьма результативного мелкообъемного минералого-технологического опробования. Фактически здесь создается база для построения цифровых моделей ожидаемых показателей эффективности переработки минерального сырья - наиболее надежной геолого-технологической основы для

- 70 -

внутрирудничного усреднения товарной руды.

Цифровые модели месторождения служат также необходимым исходным материалом при оптимизации параметров кондиций. Автор предложил методику построения, на базе цифровых моделей, специальных номограмм для такой оптимизации, позволяющих существенно увеличивать уверенность в том, что предлагаемый вариант кондиций оптимальный [21, 321. Естественным дополнением к этому обоснованию должны быть специальные минералогические и технологические работы, направленные на выявление максимально достижимого уровня обогатимости минерального сырья. В частности, проектирование дробильно-измельчительных комплексов - наиболее энергоемкого производства в обогатительном цикле - требует детального изучения морфогранулометрии минеральных индивидов. Автор разрабатывал методику экспрессной визуальной оценки соответствующих критериев на базе стандартных минералогических микроскопов, и статистической обработки результатов замеров [201. В настоящее время такие и более сложные задачи структурной характеристики рудно-мине-ральных агрегатов обеспечиваются автоматизированным анализом изображений с применением, например, приборов серии "Маджискан".

Один из наиболее ответственных вопросов минералогического обеспечения (4-) - выявление минералогических критериев эффективности переработки полезного ископаемого. Рассматривая в качестве контура научной основы для решения этого вопроса концепцию эффективной устойчивости минералов, при таком поиске необходимо сосредоточиться на контроле таких характеристик минералов и минеральных агрегатов, которые могут с наибольшей вероятностью быть контролирующими в аспекте проектируемой технологии, с учетом всех сопряженных взаимодействий, описываемых концептуальной матрицей табл. 1.

Целесообразно подчеркнуть необходимость полного анализа матрицы табл. 1 в каждом конкретном случае, не ограничиваясь рассмотрением по интуиции "наиболее важных" элементов. Например, часто будет подводить теоретически "естественное" (с точки зрения термохимии) представление о повышенной устойчивости минералов с наиболее упорядоченной структурой. Как показано выше (см. защищаемое положение 4-е), в случае с кремнеземистыми бокситами подход только с точки зрения термохимии привел бы к грубому просчету, поскольку именно упорядоченный каолинит наиболее интенсивно разрушается силикатными бактериями за счет более вероятной превалирующей роли взаимообмена информацией, минералогические критерии которого (показатель Хинкли, фрактальная размерность) и должны быть соответственно учтены [71. 91]. Аналогичной осторожности требует проектирование биотехнологий, включающих деструкцию кварца и плагиоклаза.

Еще бллее широкое употребление концептуальная матрица табл. 1 должна получать при проектировании всей технологической цепи переработки полезного ископаемого (5-). Учитывая, что, проходя полный путь от товарной руды до конечного продукта, минералы и минеральные аггрегаты последовательно попадают из одной "технологической ситуации" в другую (от дробления - к измельчению, от измельчения - к флотации и т.д.), приходится не ограничиваться сквозным набором минералогических критериев, контролирующих эффективность работы "основного" блока (флотация, биовыщелачивание или др.), но иметь для технологической цепи по всей ее полноте комплекс наборов минералогических критериев. Этот тезис усиливается для случая, когда производство объединяет в себе последовательные разнохарактерные технологические блоки (например, сначала отсадка, затем радиоактивное облучение, затем биодеструкция и т.д.).

Что касается завершающего звена минералогического обеспечения (б-), то его значение не менее велико. Даже в случае достаточного качества детальной разведки не исключается, что в ходе разработки месторождения будут вскрыты и подготовлены к отработке блоки с таким минеральным составом руды, который в отчеты по подсчету запасов фигурировал в качестве второстепенного по важности либо вовсе не фиксировался. Хороший пример - Дашкесанское месторождение магнетита, эксплуатируемое АзГОКом, в котором даже после нескольких десятилетий разведочных работ полиметаллическая минерализация считалась не заслуживающей серьезного вниманию. Но в разгар эксплуатации месторождения, в 70-х годах, обнаружилась в очередных эксплуатационных горизонтах настолько обильная примесь галенита и сфалерита, что создались экстраординарные ситуации для металлургического производства на Руставском заводе. Потребовалось экстренное минералогическое доизучение руд, которого можно было бы современно избежать, если бы своевременно был организован текущий производственный минералогический контроль.

Переходя к минералогическому обеспечению биотехнологии, подчеркнем, что процессы технологической активности микроорганизмов характеризуются нелегко интерпретируемым взаимодействием неорганических (минеральных) и биологических (микробных) сложных систем в целостном комплексе, который принято называть, по традиции, восходящей к В.И.Вернадскому, б и о к о с н н н (рис, 2). Большое количество факторов, контролирующих биодеструкцию минерального сырья, приводит к тому, что в процессе преобразования ставших неустойчивыми природных неорганических фаз до некоторого равновесного состояния возможно появление большого набора промежуточных продуктов (интермедиатов), причем, часто не одновременно, а в несколько стадий, что существенно усложняет анализ.

Если иметь в виду мономолекулярный гетеролиз ковалентной

связи, определяющей "энергетический облик" большинства минералов

из числа объектов биотехнологии, то его интерпретация на основа' литературе по<

нии ионизационно-диссоциационной схемы, принятии вгхимичестаи кинетике, базируется на выделении последовательно образующихся четырех катионоидных интермедиатов - ионных пар (контактной -КИП, пространственно разделенной - ПРИП, сольватно разделенной -СРИП) и свободных ионов, так или иначе вовлекаемых впоследствии в закомплексованные интермедиатные продукты (ЗИП) и, наконец, в относительно стабильные, в той или иной мере структурированные водные фазы (СВФ):

нх к+х~ Н+|бо1у

Слошш

^ / мобильн

^ О ±

Исходная + X структу|

пара ко- ¡1 растворов

валентно \ //..•

связанных к..'хГ...

атомов КИП ПРИП СРИП •'*ЗИП\ СВФ

В достаточно типичном случае лимитирующей стадией является превращение КИП в ПРИП. Сложная картина альтернативных механизмов биодеструкции рудных минералов может упрощаться лишь после того, как для всех возможных переходов будут оценены константы скорости.

Важнейшими характеристиками минералов с точки зрения их деструктируемости в различных режимах биокосных взаимодействий являются энергетические параметры (столбец 51Ре в концептуальной матрице табл. 1). При интерпретации биодеструкции минералов нередко удается непосредственно использовать термодинамические данные о свободных энергиях образования рассматриваемых фаз. Важным аспектом анализа, является зависимость энергии от положения атома в объеме минерального индивида (внутри или на поверхности, рис.2

Во втором защищаемом положении приведены соображения в пользу того, что термохимическая функция стабильности (Р5Е1с в табл. 1) важна, но далеко не всегда является единственным критерием устойчивости минералов. Сказано там же и о том, что кинетическая функция стабильности (РБРкп в табл. 1) - чаще всего это, в соответствии с элементом 2.1 табл. 1, энергия активации - позволяет ранжировать термодинамически допустимые траектории биокосных взаимодействий по степени их реальности.

Любой процесс разрушения минерального индивида может начаться лишь после подвода соответствующих агентов (а в случае

Таблита 12

Ряды стабильности арсенопирита в процессе биовьпделачивания (ТЬ. Гсгтоомскик) при контроле полупроводниковых и электрических свойств минерала [38, 36]

№ образцов. Месторождения Выщелочено Ре (г/л) за 10 суток тадс «> мкВ/град Электропровод* иость в, Ом-'см"1 Концентрация носителей п. р см"3 Подвижность носителей и„„см2/Вс Коэффициент вариации свойств ■гагь* .

«-тип

2а Шерловая Гора 2.8 3.7 -135 42.9 14 10м 0.20 0.23

За Дарасун 3.0 4.1 -155 25.7 9 Ю20 0.18 0.47

7а Тетюхе 3.3 4.7 -210 11.9 2.3 КЯ» 0.32 034

»-тяж

1 Депутатское 2.6 3.1 225 93 7.1 10й 0.82 0.28

4 Дружба 2.9 5.1 262 6.6 3.2 10й 0.13 0.23

3 Депутатское 3.5 5.1 317 7.1 1 1020 0.44 0.12

область значительного вырождения в р-типе

7 Депутатское 6.8 15 200 201 11 1020 1.10 0.18

Полевые наблюдения

Лабораторные Эксперямея-определення тиши

■сслоюсат

Опгакзапяя коалиций ■ «|юоиш|н>»анис

Крупномасш. геологическое картирование

Детальна* диагностика минералов

Выявление устойчивых минеральных ассоциаций

Установление зональности размещения рудных ■ ассоциаций

Исследование количественно-минерального состава руды

Морфограну-лометрическая характеристика рудных образования

Минералогическое обеспечение пуско-наладочных работ в авторский надзор за производствея-ным процессом

Лнтомопгорга окружавшей среди

Эксперимента по био-деструкпии минералов

Формирование технических " условий доя товарной руды

Эксперимент по взаимной техноя. авшг. микроорг. н минералов

Построение геолого-минералогической цифровой модели

Специализированное _исследование_

свойств рудных минер.

3=

Составление

перечня параметров -предполагаемых кондиций

Формирование представлений о минеральном -составе горной массы

Формировали! требований яс

охрате окружающей среды

Эксперименты по моделированию 7СХН0Х проц. по сортам руд

Оптимизация параметров кондиций и подсчет запасов по сорт.

Выбор по минералопгч. критериям участков первоочер. отр.

Вы

!ыбор минералогических критер> лктомониторю

Пропкпиро-

вание технико-эко^ номических показателей

Составление

проекта биогсотехно-логического " производства

Минералогическое обеспечение эксплуатацией, разведки

Оптимизация процедуры минералогического контроля за ох] окружающей q

Рис. 12 Базовая схема последоваельности ■ взаимосвязи

отдельных этапов и направлений минералогического обеспечения биогеотехнологий полезных ископаемых

Текущий минералогический контроль технологической цепи

Текущий производст-~ венный литомонитории

биодеструкции - активных микроорганизмов). Пути же подвода и интенсивность последнего весьма существенно определяются структурно-текстурной характеристикой (включая фрактальную размерность [71]) исходного сырья либо продуктов его подготовки (в том числе, по В.И.Ревнивцеву, направленного модифицирования минералов). Отсюда совершенно неоспорима необходимость должного внимания к топологической функции стабильности (РИРЫ в табл. 1) для полноты минералогического обеспечения.

Типичным комплексом исследований является подготовка бактериального разрушения (окисления) золотосодержащих арсенопирито-вых руд и концентратов тионовым микроорганизмом ТЫоЬасШиз Геггоох1с1апз. Пионерная обработка экспериментального материала [24, 381 показала, что эффективность этого процесса, исходя из самых общих "одномерных" представлений, как будто контролируется типом проводимости сульфоарсенида: арсенопирит с электронным типом проводимости деструктируется интенсивнее. Таким образом, первое впечатление восстанавливает в памяти привлекательную простоту выше приведенных табл. 10 и табл. 11, когда рассмотрения двух-трех свойств деструктируемых минералов оказывается достаточно для сравнительно уверенного прогнозирования результатов.

Табл. 12 предназначена показать, что в большом количестве случаев относительно надежно предсказать эффективность процесса можно лишь на базе замеров порядка десятка полупроводниковых свойств (из которых в таблице приведены лииь основные).Выделяются две многомерные области свойств, контролирующих интенсивность выщелачивания Ре (с переводом золота в форме комплексов в раствор):

{ 1 } Область слабого вырождения арсенопирита п-типа (повышенное значение подвижности носителей заряда 1]п,р , низкое значение совокупного коэффициента вариации иаг(1пИ,а), эффективной массы плотности состояний для электронов и дырок, концентрации электронов (п) и электропроводности о) характеризуется выщелачивания Ре за 10 суток в среднем 3,7 г/л (по 7 пробам);

{ 2 ) Область значительного вырождения арсенопирита р--типа ( и имеет величину порядка I, фиксируется эффект экранирования при высокой концентрации дырок; высоко значение о , мало значение иаг(1пИ,а) ) характеризуется выщелачиванием 7 г/л.

Полученные первые результаты следует рассматривать пока в

категории полуколичественных. Тем не менее, они вполне определенно намечают пути необходимых уточненеий, показывая, что весьма важно, насколько рискованно, для данного кристаллохимического типа рудного минерала, опираться на единичный параметр стабильности сульфоарсенида.

К настоящему времени при участии автора выполнены лабораторные исследования, имеющие целью уточнение минералогических критериев эффективности биотехнологии, для примерно десятка видов минерального сырья - в основном дефицитного для России либо нетрадиционного [38, 42, 46 - 49, 61 - 63. 65 - 69, 72 - 74, 81-88]. Результаты работ, имеющие прямое отношение к формированию базового варианта системы минералогического обеспечения, обобщены в подготовленной к изданию монографии (на базе поддержки РФФИ РАН, проект 94 - 05 -17372а ).

В настоящее время после достаточной поэлементной апробации, представляется приемлемой схема минералогического обеспечения, показанная на рис. 12. Понятна необходимость заблаговременной комплексной проверки данной системы в целом, невзирая на положительные результаты поэлементной апробации. Представляется также совершенно необходимым неотложное создание официальных методических указаний НСОММИ "Виды и последовательность специализированных минералогических исследований для обеспечения биогеотехнологии", равно как и "Виды и последовательность специализированных минералогических исследований для решения задач прикладной экологии" (весьма удачный аналог, общетехнологического предназначения - "Методические указания", составленные В.П.Борискиным, Г.А.Сидоренко и др. (1990) ).

В И В 0 Д И

(!) В термин "устойчивость минерала" при рассмотрении теоретических проблем, при решении генетических вопросов и в ходе народнохозяйственной реализации геологических исследований вкладывается нежелательно различающееся содержание. Велико удаление данного термина от общенаучной трактовки понятия устойчивости. представляющейся фундаментальной в отношении конкретных научно-технических дисциплин. Такая ситуация делает оправданной

анализ имеющих место различных трактовок устойчивости минерала, равно как и обсуждение возможности некоторого обобщения данного понятия, чтобы получить возможность конструировать прикладные характеристики устойчивости на единой методологической основе, устраняющей возможные (равно как и существующие в настоящее время] противоречия.

{ 2 ) В качестве исходного варианта возможного обобщения, в соответствии с п. (I), предложена концепция эффективной устойчивости минералов, которая не обнаружила внутренних противоречий, провла первую апробацию поэлементной верификацией и является достаточным ориентиром исследований, предназначенных для создания целостной теории устойчивости минералов. С прагматической точки зрения представляется целесообразным введение в научный оборот функционала эффективной устойчивости минералов, определенного на трех частных функциях стабильности (термохимисеской, кинетической и топологической) и имеющего вероятностное выражение .

{ 3 ) Для реализации концепции ЭУМ в рамках последней предложен комплекс эффективных к р и с -таллохимических параметров, контролирующих термохимическую Функцию стабильности, а также комплексную методику более объективного конструирования уравнений окисления минералов. Опираясь на это в процессе интерпретации собственных геологических и экспериментальных материалов, равно как и доступных литературных данных, автор вместе с коллегами разработал соответствующие справочные материалы для распространенных рудных минералов (табл. 6).

( 4 ) При опоре на плодотворные идеи И. Ф. Абрамова (1984), Ю. Л. Климонтовича (1982, 1990), Р. М. Константинова (1980), Ф. й. Летникова (1992) и других исследователей, установлена существенная роль явлений минералогенеза, которые допустимо интерпретировать как взаимообмен информацией между растущими/разрушаемыми минеральными индивидами и средой минералообразования, включая активное "живое вещество".

- 77 -

Для последнего случая получены/проанализированы факты "биоинверсии" деструктируемости минералов различной степени структурной организованности. Учитывая каталитический характер биодеструкции минералов, явление "биоинверсии" (более интенсивного разрушения минералов конституционно более совершенных) получает эффективную теоретическую интерпретацию на базе принципа структурного соответствия (акад. А. А. Баландин, 1930).

( 5 ) Концепция ЗУМ, уже в своем исходном варианте, позволяет прогнозировать ранее не фиксировавшиеся геологические тенденции. В частности, априорное теоретическое рассмотрение широких рядов состава минералов позволяет рекомендовать в качестве перспективного принцип взаимной зависимости степени упорядосенности и стехиометрии, откуда вытекает возможность статистической предпочтительности формирования эквиатомных минералов (состава приблизительно 40 : 60 - 60 : 40 ). Апостериорные проверки данной гипотезы для распространенных минеральных рядов на базе специально разработанного соискателем комплекса приемов статистической минералогии подтвердили ее. Одновременно предложенный комплекс оказался рациональным инструментом объективного выделения естественных разновидностей минералов вообще.

{ 6 } Предложенная концепция ЗУМ позволяет целеустремленно формировать минералогическое обеспечение перспективных технологий полезных ископаемых, что продемонстрировано и, частично, отражено в настоящем докладе для десятка важнейших видов минерального сырья. Системы минералогического обеспечения в качестве важнейших подсистем должны включать;

[а] подсистему специальных исследований минералов, результатом чего должна быть характеристика эффективной устойчивости минералов и минеральных комплексов для проектируемого/действующего производства;

Ш подсистему специализированного

геолого-минералогического картирования, завершающегося компьютерным конструированием минералого-технологических цифровых моделей месторождений,в дальнейшем необходимых для оптимизации параметров кондиций и наиболее эффективного поблочного подсчета запасов.

ПУБЛИКАЦИИ СОИСКАТЕЛЯ по теме научного доклада

1. Особенности гипергенного изменения многосульфидных оловянных руд (на примере месторождения Укачилкан) // В сб.: Геологические и научно-методические основы изучения оловорудных месторождений Северо-Востока СССР. - М.: ВИМС, 1988. С. 76 - 86 (совместно с Т. Н. Амичба и Н. И. Чистяковой).

2. Анализ применимости математических методов и ЭВМ при разведке пластообразных месторождений черных металлов: Авто-реф. дис. канд. геол.-минер, наук. М.: ВИМС, 1981. 23 стр.

3. Априорная вероятность возникновения эквиатомных минералов широких рядов состава // В сб.: Теория минералогии. Тезисы докладов II Всесоюзного совещания. Сыктывкар: Институт геологии Коми филиала АН СССР. 1991. Т.1, С.65-66.

4. Исследования в области связи состава и свойств породообразующих минералов: Автореф. доклада, прочитанного 16.11.1961 // Бал. Моск. об-ва испытателей природы, 1962, Т.67. Отд. геол., Т.37, вып. 2, С. 160 - 161.

5. К петрологии Дашкесанского интрузивного массива (Закавказье) // Вестн. Моск. ун-та, сер. IV (Геол.), 1961, N 1, С. 46 - 56.

6. Марганцовистость гранатов ряда андрадит - гроссуляр // ДАН СССР, 1975, Т. 225, N 2, С. 406 - 407.

7. Об истинном уравнении регрессии при подсчете запасов элементов-примесей // Разведка и охрана недр. 1969. К 6, С. 21 - 23.

8. Об эквиатомных минералах широких рядов состава // ДАН СССР. 1988, Т. 303, N 6, С. 1460 - 1463.

9. 0 магнезиальности гранатов ряда андрадит - гроссуляр // ДАН СССР. 1975. Т. 220, N 3. С. 684 - 685.

10. 0 содержании Ре в гранатах ряда андрадит - гроссуляр // ДАН СССР. 1976, Т. 230, N 6. С. 1437 - 1438.

11. Преимущественное формирование эквиатошшх минералов лз широких рядов состава как реальная геологическая тенденция // В

сб.: Теория минералогии. Тезисы докладов II Всесоюзного совещания. Сыктывкар: Институт геологии Коми филиала АН СССР, 1991. Т. 1, С. 64 - 65.

12. Связь химического и минерального состава пород семейства кварцевых диоритов и гранодиоритов: Автореф. доклада, прочитанного 1.12.1960 // Бюл. Моск. об-ва испытателей природы, 1961, т.66, Отд. геол., Т. 36. вып.2, С. 131 - 132.

13. Сопоставление состава гранатов железорудных месторождений //Геология рудных месторождений. 1977, N 1, С. 70 - 72.

14. Состав и номенклатура гранатов андрадит - гроссулярово-го изоморфного ряда // В сб.: Новые данные о минералах СССР. Тр. Минер, музея АН СССР им. А.Е.Ферсмана. 1964, вып.15, С.108-114.

15. Состав и номенклатура гранатов скарновых образований: Автореф. доклада, прочитанного 17.1.1963 // Бюл. Моск. об-ва испытателей природы, т.68, Отд.геол., Т.38, вып.З, С. 138 - 139.

16. Статистическая связность рудных тел // Изв. высш. учебн. зав., сер. "Геология и разведка". 1961, N 1, С. 78 - 82.

17. Эквиатомные минералы: твердые растворы промежуточного состава и двойные соли //В сб.: Прикладная и экологическая минералогия. Тезисы докладов Годичной сессии Моск. отд. ВМО. Звенигород. 19 - 21 марта 1990 г. М.: ВИМС. Кн. 2, С. 113 - 114.

18. Актуальные проблемы накопления и использования количественной информации о минералах // В сб.: Прикладная и экологическая минералогия. Тезисы докладов Годичной сессии Моск. отд. ВМО. Звенигород. 19 - 21 марта 1990 г. М.: ВИМС. Кн. 2.

С. 176 - 177 (совместно с Т. И. Гетманской).

19. 0 химических разновидностях вольфрамита // В сб.: Прикладная и экологическая минералогия. Тезисы докладов Годичной сессии Моск. отд. ВМО. Звенигород, 19 -21 марта 1990 г. М.: ВИМС. Кн. 2, С. 114 - 116 (совместно с Т.И.Гетманской и С.П.Пурусовой).

20. Морфогранулометрическое изучение рудных минералов с целью предварительной оценки качества руд // Вестн. Моск. ун-та. Сер. IY (Геол.). 1962, N 2. С. 67 - 70 (совместно с Г.С.Румянцевым).

21. Многовариантный подсчет запасов пластообразных месторождений с помощью интерполяционных алгоритмов для ЭВМ (на примере Тапаского месторождения кукерситов) //Горючие сланцы. Т.4, 1986, N 4. С. 366 - 376 (совместно с И. Д. Савинским, 0. В. Морозовым, В, С. Летягиным и Д. Д. Степановой).

22. Важный шаг в университетской подготовке специалистов геохимиков и химиков. Рецензия на книгу: В.С.Урусов (1987) Теоретическая кристаллохимия. М.: Изд-во МГУ, 275 с. // Вестн. Моск. ун-та, серЛУ (Геол.). 1988, N О, С.94-97 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

23. Методологические проблемы классификации минералов и некоторые методические выводы //В сб: Теория и методология минералогии. Тезисы докладов I Всесоюзного совещания. Сыктывкар: Институт геологии Коми филиала АН СССР. 1985, Т.1, Стр.51 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

24. Минералогическое обеспечение биогеотехнологии: проблемь устойчивости минералов // Разведка и охрана недр. 1994, N 2. С. 13 - 17 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

25. Минеральные разновидности и методика их выделения // В сб. научных трудов: Основные понятия минералогии. Киев: Науко-ва думка, 1978. С. 46 - 52 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

26. Новые данные по процессам гипергенного окисления суль-фоарсенидов Со и Ш // В сб.: Новые данные о минералах СССР. Тр. Минер, музея АН СССР им. А.Е.Ферсмана. 1974, Вып.25. С. 27 -- 34 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

27. 0 взаимообмене информацией при биокосных взаимодействиях с участием минералов // ДАН. 1995 (в печати) (совместно с Л. К. Яхонтовой).

28. Проблемы естественной классификации минералов и некоторые методические выводы // В сб.: Основные проблемы теоретической и прикладной минералогии. Тезисы докладов научной конфер« ренции. Звенигород, 23 - 26 октября 1985 г. М.: ГЕОХИ АН СССР. ( 96 - 98 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

29. Взаимодействия в экосистемах: Фактор эффективной устойчивости минералов //

"Геоэкологические исследования и охрана недр". Науч.-техн. ин-форм. сб. АО "Геоинформмарк".- М., 1995.- Вып. 4.- С. 330. Корреляционная связь кобальта и серы в метасоматически) месторождениях магнетита // Вестник Моск. ун-та, серия IV (Геолс гия), 1960, N0. 3. Стр. 53 - 57.

31. Состав и номенклатура бескальциевых дитригонально-ска-леноэдрических карбонатов // ДАН СССР. 1Э81. Т. 261, N 1. С.

- 81 -

188 - 18Э (совместно с Л. К. Яхонтовой и А. А. Петровой).

32. Методические рекомендации по применению программной системы решения разведочных задач "РЗ-2" (Описание методик). М.: ВИНС, 1989, 64 стр. (совместно с И. Д. Савинским, В.С.Летягиным, С. Г. Рабинович, Л. Д. Степановой и И. В. Сегаловичем).

33. Построение цифровых моделей месторождений с помощью программной системы РЗ-2 // Разведка и охрана недр. 1993, Ио. 6. С. 32-36 (совместно с И.Д.Савинским, В.С.Летягиным, Д.Д.Степановой).

34. Применение математических методов и ЭВМ для повышения точности подсчета запасов и построения карт в изолиниях // Геология рудных местороадений. 1975, N0. 6. С. 108-114 (совместно с И. Д. Савинским и А. А. Петровой).

35. Применение математических методов и ЭВМ при оконтурива-нии руд и повышении точности оценки'запасов // В сб. науч.трудов: Математические методы в геологии. М.: ВИМС. 1974, вып. 1. С.74-81 (совместно с И.Д.Савинским, А.й.Петровой и И.Т.Курган).

36. 0 химическом составе магнетита //Вестн.Моск.ун-та, сер. Ш (Геол.). 1964, N 4, С. 27 - 36 (совместно с Н. Е. Сергеевой).

37. Поиски, разведка и оценка хромитовых месторождений. Под ред. Т.А.Смирновой и В.И.Сегаловича: Недра, 1987. Стр.166, (совместно с Ю.В.Смирновым, Л.А.Певзнер, В.Е.Лифиренко и Л.М.Гинзбург).

38. Электрические и полупроводниковые свойства арсенопири-та, определяющие его устойчивость в биокосных взаимодействиях // ДАН СССР. 1981. Т. 321, Ко. 6. С. 1236 - 1241 (совместно с

/!. К. Яхонтовой, Г. А. Горбатовым и Л. Г. Нестерович).

39. Биоминералогия, предмет исследования и перспективные пути развития // В сб.: Тезисы докладов I Межгосударственной конференции "БИ0МИНЕРАЛ0ГИЯ-92". Луцк, 12 -14 мая 1992 г. Луцк: Луцкий государственный педагогический институт им. Леси Украинки. 1992, С. 11 - 12 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

40. Вопросы систематики природных гидроокислов кобальта // Минералогический журнал. 1980. Т.2, N 1. С.69-87 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

41. Зона гипергенеза рудных месторождений. М.: Изд-во МГУ, 1978. Стр. 229 (совместно с Л. К .Яхонтовой).

42. Изучение электрохимического взаимодействия арсенидов.

контактирующих друг с другом // Вестн.Моск.ун-та, сер. 1У (Геол.). 1966, N0. 3. С. 96 - 104 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

43. К уточнению понятий индуцируемой/матрицируемой минерализации // ДАН. 1993. Т.332. N 2. С.102-104 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

44. К электрохимии зоны окисления арсенидного кобальт-никелевого месторождения // Вестн.Моск.ун-та, сер.1У (Геол.). 1970, N0. 6. С. 43 - 49 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

45. Механизмы начального этапа формирования зоны гипергене-за рудных месторождений // Минералогический сборник Ль-вовск.госуд.ун-та им. Ивана Франка. 1978, Т.32, вып.1. С.38-43 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

46. Минералогия окисленных руд: Справочное пособие. Н.: Недра, 1987, Стр. 198 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

47. Минеральный субстрат как основа жизнеобеспечения // В сб.: Медицинская минералогия. Материалы к 12-й региональной минералогической школе "Топоминералогические проблемы медицинской минералогии". Сыктывкар: НрО АН СССР. 1991. Стр.11 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

48. Новые результаты в исследовании минерального состава и условий формирования зоны гипергенеза рудных месторождений // В сб.: Основные проблемы теоретической и прикладной минералогии. Тезисы докладов научной конференции. Звенигород, 23-26 октября 1985 г. М.: ГЕОХИ АН СССР. 1985. С.151-152 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

49. О механизме окисления арсенопирита // В сб.: Новые данные о минералах СССР. Тр.Минер.музея АН СССР им. А.Е.Ферсмана. 1973, вып. 22. С. 172 - 178 (совместно с Л. К .Яхонтовой).

50. О минералогических потенциометрах // ДАН СССР. Т.202, Мо. 1, С. 179 - 180 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

51. Особенности типоморфизма минералов окисленных руд // Записки Всесоюзного минер, об-ва. 1984. ч. СХШ. вып. 6, С. 673 -- 682 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

52. Проблема электрохимического фактора в зоне гипергенеза рудных месторождений // В сб.: Совещание по проблемам гипергенеза. Рефераты докладов. 1973. М.: ГИН АН СССР. С.27-29 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

53. Проблема гипергенеза в топоминералогических рабо-

тах Е. К. Лазаренко // В сб.: Матер1али науково1 конференци, присвячено1 80-р1ччю bîд дня нарождения Евгена Ностянтиновича Лазаренка. Тези доповiдей 1 спогад1в, Львiв, 15 - 17 грудня 1992 р. Львîb, ЕДД 9НД1ПП. 1992. С. 20 - 21 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

54. Проблемы минералогии Биосферы // Записки Всесоюзного минер, об-ва. 1987, ч. CXUI, вып. 4. С. 432 - 441 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

55. Произвольная трактовка электрохимии зоны гипергенеза: по поводу статьи В.Н.Дубининой "Особенности формирования зоны гипергенеза сульфидных месторождений" // Минералогический сборник Львовского госуд. ун-та им. Ивана Франка. 1975. Т.29, вып.4. С. 89 - 90 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

56. Роль минерального субстрата в жизнеобеспечении микроорганизмов // В сб.: Тезисы Межгосударственного семинара "Минералогия и жизнь". 1-3 июня 1993 г. Сыктывкар: Коми научный центр РАН, 1993 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

57. Современная концепция гипергенеза // В сб.: Современные проблемы минералогии и сопредельных наук. Тезисы докладов к ПН съезду Всероссийского минер.об-ва. Санкт-Петербург, 9-14 июня 1992 г. Санкт-Петербург: ВМО РЙН, 1992. С. 215 - 216 (совместно

с Л. К. Яхонтовой).

58. Современная концепция гипергенного минералообразования // Минералогический сборник Львовского госуд.ун-та им. Ивана Франка. 19Э2. Т.46. вып. 2. С.76-82 (совместно с Л.К.Яхонтовой).

59. Состав и номенклатура дитригонально-скаленоэдрических карбонатов // В сб.: Международная Минералогическая Ассоциация. XIII Конгресс. Варна, 1982, тезисы докладов. София: Издательство Болгарской АН. 1982. Стр. 169 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

60. Экспериментальное изучение изоморфных отношений между Со и Ni в арсенатах // Геохимия. 1957, N 3. С.240-252 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

61. Электрохимическое изучение арсенидных минералов // В сб.: Новые данные о минералах СССР. Тр.Минер.музея АН СССР им. А.Е.Ферсмана. 1966, вып. 17. С.161-175 (совместно с Л.К.Яхонтовой ).

62. Минералогические аспекты биотехнологии минерального сырья // В сб.науч.трудов: Применение технологической минералогии для повышения эффективности использования минерального сырья. М.: ВИМС. 1987. С.24-32 (совместно с Л.К.Яхонтовой и П. И. Андреевым).

63. Минералогические аспекты биотехнологии переработки минерального сырья // Минералогический журнал. 1984. Т.6, , N 3. С. 109 - 115 (совместно с Л. К. Яхонтовой и П. И. Андреевым).

64. О некоторых методологических проблемах современной минералогии // Вестн.Моск.ун-та, сер 1У (Геол.). 1986, К 4. С.6-1Е (совместно с Л. К. Яхонтовой и Г. П. Барсановым).

65. Взаимодействия в биокосных системах // Минералогически; сборник Львовского госуд. ун-та им. Ивана Франка. 1991. Т.45, вып. 1. С. 14-22 (совместно с Л. К. Яхонтовой и В. В. Зуевым).

66. Комплексная форма элементов как основа их поведения е водных растворах // В сб.: Тезисы к Совещании "Минералого-геохи-мические аспекты охраны окружающей среды". 26-28 ноября 1991 г., Санкт-Петербург. Всесоюзное минер, об-во, 1991. Стр.16 (совместно с Л. К. Яхонтовой и В. В. Зуевым).

67. К теории биокосных взаимодействий // Минералогически? журнал. 1994. Т.16, N 3 (совместно с Л.К.Яхонтовой и В.В.Зуевым).

68. Проблемы изучения системы минеральный субстрат - микроорганизм // Вестн.Моск.ун-та. сер. 1У (Геол.). 1994, N 5. С. 80 - 92 (совместно с Л. К. Яхонтовой и В. В. Зуевым).

69. Устойчивость минералов в биокосных взаимодействиях // £ сб.: Теория минералогии. Тезисы докладов Всесоюзного совещания. Сыктывкар: Институт геологии Коми филиала АН СССР. 1991, Т.2. С. 31 - 32 (совместно с Л. К. Яхонтовой и В. В. Зуевым).

70. Эффективные заряды атомов минералов - дополнительны? критерий зональности кор выветривания и стадийности порообразования // ДАН. 1995 (в печати) (совместно с Л.К.Яхонтовой ^ В. В, Зуевым).

71. Рентгенометрические и интеркаляционные характеристик каолинита как критерии его устойчивости в биокосных взаимодействиях // ДАН СССР. 1991. Т.320. К 6. С.1459-1462 (совместно с Л. К. Яхонтовой, Г.А. Кринари, В.П.Морозовым и Г.Г.Сидякиной).

72. Механизм окисления пирита // Геология рудных месторождений. 1979. Т.21, N 2. С.63-68 (совместно с Л.К.Яхонтовой > Л. Г. Нестерович).

73. 0 механизме природного окисления халькопирита // Вестн.Моск.ун-та. сер. 1У (Геол.). 1978, N 3. С.66-70 (совместнс с Л. К. Яхонтовой и Л. Г. Нестерович).

74. Устойчивость минералов в биокосных взаимодействиях // Минералогический сборник Львовского госуд.ун-та им.Ивана Франка. 1991, N 2. С.40-51 (совместно с Л.К.Яхонтовой. Л.Г.Нестерович, В. В. Зуевым, Г. Г. Сидякиной, 3. Г. Сагдиевой).

75. Состав и номенклатура минералов ряда зритрин - аннабер-гит // Записки Всесоюзного минер.об-ва. 1965, ч.94, вып.6.

С. 287 - 293 (совместно с /I. К. Яхонтовой и А. А. Петровой).

76. О влиянии пирита на характер окисления шмальтина // Записки Всесоюзного минер.об-ва. 1965, ч.94, вып. 6. С.703-708 (совместно с Л. К. Яхонтовой и И. А. Пономаревой).

77. Эффективные заряды атомов как критерий процессов в ги-пергенезе // Записки Всесоюзного минер, об-ва. 1991, 4.120, вып. 1. С. 118 - 121 (совместно с Л. К. Яхонтовой и В. В. Зуевым).

78. Эффективные заряды атомов как критерий процессов в экосистемах // В сб.: Прикладная и экологическая минералогия. Тезисы докладов Годичной сессии Моск.отд.ВМО. Звенигород, 19-21 марта 1990 г. М.: ВИМС. 1991, Кн.1. Стр.80 (совместно с Л. К. Яхонтовой и В. В. Зуевым).

79. Экспериментальное исследование процессов окисления сульфидов Норильских медно-никелевых месторождений // Вестн.Моск.ун-та, сер 1У (Геол.). 1975, Я 1. С.57-57 (совместно

с Л. К. Яхонтовой и Н. Г. Ильчук).

80. Исследование окисляемости сульфидных руд // Вестн.Моск.ун-та. сер 1У (Геол.) 1981, N 1. С.43-49 (совместно с Л. К. Яхонтовой и Н. Г. Кривомазовой).

81. Бактериальное окисление пирита // Вестн.Моск.ун-та. сер 1У (Геол.). 1980, N1. С.53-59 (совместно с Л.К.Яхонтовой и Л. Г. Нестерович).

82. Новые данные о природном окислении пирротина // Вестн.Моск.ун-та, сер. 1У (Геол.). 1983, N 2. С.41-45 (совместно с Л. К. Яхонтовой и Л. Г. Нестерович).

83. Роль полупроводниковых свойств сульфидных минералов в процессе их химического и бактериального окисления // В сб: Метода исследований в области технологии редкометального сырья и охраны окружающей среды. М.: ИМГРЭ, 1982. С.49-56 (совместно с Л. К. Яхонтовой и Л. Г. Нестерович).

84. Химическое и бактериальное окисление арсенопирита // В сб.: Новые данные о минералах СССР. Тр.Минер.музея АН СССР им. А.Е.Ферсмана. 1981, вып.39. С.133-140 (совместно с Л.К.Яхонтовой г) Л. Г. Нестерович).

85. Живое вещество и процессы гипергенеза в земной коре // 3 сб.научн.трудов: Роль биохимических исследований в расширении минерально-сырьевой базы СССР. Ленинград: ВСЕГЕИ, 1986.

С.129-137 (совместно с П.К.Яхонтовой, Л.Г.Нестерович. П.И.Андреевым и Г. А. Любарской).

86. Живое вещество и процессы разрушения минералов // Б сб.: Биохимические аспекты формирования осадочных пород и руд. Тезисы докладов Всесоюзного семинара, посвященного 120-летию со дня рождения В.И.Вернадского. Ленинград ВСЕГЕИ, 1983. С.50-51 (совместно с Л.К.Яхонтовой, Л.Г.Нестерович, П.И.Андреевым и Г. А. Любарской).

87. Новые данные об окислении галенита и сфалерита // ДАН СССР. 1980. Т.250. N 3. С.718-721 (совместно с Л.К.Яхонтовой. Л. Г. Нестерович и В. П. Постниковой).

88. Об окисляемости сульфидов меди в связи с проблемой бактериального выщелачиания руд // Изв.высш.учеб.завед., сер. "Геология и разведка". 1980, N 1. С.52-61 (совместно с Л.К.Яхонтовой, Л. Г. Нестерович и В. С. Суханцевой).

89. Об оценке надежности исходной сети при использовании метода моделирования // В кн.: Математические методы в геологии, вып. 2. М.: ВИМС. 1975. Стр. 94 - 98.

90. Концепция эффективной устойчивости минералов // В сборнике, посвященном 60-летнему юбилею акад. Н. П. Юшкина. "Наука", Екатеринбург, 1996 (в печати).

91. Об ильваите, гизингерите и дашкесаните из Южных участков Дашкесанского месторождения (Азербайджан) // Известия высших учебных заведений. Серия "ГЕОЛОГИЯ И РАЗВЕДКА", 1960, N0. 5. С. 89 - 93 (совместно с Г. И. Ратниковой).

92. Внутреннее строение рудных тел флюоритових месторождений Забайкалья // Советская геология. 1978, N 5. С.137-147 (совместно с А. В. Коплусом, В. В. Коротаевым и А. А. Петровой).

93. Применение математических методов и ЭВМ для выделения контура балансовых руд на примере железорудного месторождение // Разведка и охрана недр. 1978, N 5. С.18-22 (совместно с И. Д. Савинским).

94. Автоматизированное построение карт при разведке месторождений // Разведка и охрана недр. 1977, N 2. С.16-20 (совместно с И. Д. Савинским и Т. А. Киракосян).

95. Разработка математического обеспечения автоматизированных систем обработки геолого-геохимических данных // В сб.: При-

менение математических методов и ЭВМ при обработке информации на геологоразведочных работах. Тезисы докладов на Уральской конференции (20-22 апрели 13112 год,»). Свердловск. 1982. С. 13—14 (совместно с И.Д.Савиискни, В.С.Летягшшм, Н.А.Магницким и С.Г.Рабинович).

96. В.И.Вернадский и минералогические проблемы биосферы // Минералогический журнал. 1988, Т.10, N 2. С.93-100 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

97. Проблемы гипергенеза в топоминералогии Украины Е.К.Ла-заренко // Минералогический журнал, 1992. Т.14, N 6. С.39-46 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

98. Проблема электрохимического фактора в зоне гипергенеза рудных месторождений // Известия АН СССР, серия геолог. 1974, N 6. С. 68 - 79 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

99. Эффективные заряды атомов минералов - критерий зональности кор выветривания и стадийности корообразования // В сб.: Россыпи и месторождения кор выветривания - объект инвестиций на современном этапе. Тез.докл. X Международн. совецания, 21-26 ноября 1994 г., г.Москва / М.: ИГЕМ, 1994. Стр.247 (совместно с Л. К. Яхонтовой).

100. Possibilities of Mechanism Exacting for Evolution of Minerals on the Base of Density-Functional Theory (DFT) // ABSTRACTS: 5th International Congress on Applied Mineralogy. June 2- 5, 1996. Harsau. Poland. 1996, in press (jointly with L. K. Yakhontova i U, U. Zuev).

101. Urgent Business for ICAM & IMA: Creation of Certified Quantative Mineralogical Data World System // ABSTRACTS: 5th International Congress on Applied Mineralogy. June 2-5, 1996. Harsau, Poland. 1996, in press (jointly with L. K. Yakhontova).

102. Conception of Minerals Effective Steadiness // ABSTRACTS: International Mineralogical Association. 16th General Meeting. 4 - 9 September 1994. Pisa. Italy. 1994.

103. Equiatomic Minerals: Statistically Preferred Natural Phases at Hide Compositional Sets // ABSTRACTS: 5th International Congress on Applied Mineralogy. June 2-5, 1996. Warsaw, Poland. 1996 (in press).

104. Solid Solutions in Mineralogy: Necessity of Subsequent

Perfectioning of nomenclature Principles // ABSTRACTS: 5th Inter national Congress on Applied Mineralogy. June 2-5, 1996. Harsau, Poland. 1996 (in press).

105. Festlegung der Kontur uon Bilanzerzen aittels EDU // Zeitschrift fur ftngeuandte Geologie. Bd. 27, Heft 5. 246-247 CZusammen alt I .D.Savinskij).

106. Mineral Substratu» and Microorganisms: Theoretical Probleis/Technoloßical Applications // ABSTRACTS: International Mineralogical Association. 16th General Meeting. 4-9 Septenber 1994. Pisa, Italy. 1994 (Jointly with L.K.Yakhontoua).

107. Composition and Nomenclature In the Erythrlne-An-naberglte Series // International Geology Revleu, 23, No. II, 1291-1296 (jointly ulth L.K.Yakhontoua and A.A.Petrova).

34M3 II. noangoaHO k nanaTR 17.08.95. Ofoeu <,4 Civ*., 5,2 Tapai 72 «na,

BHMC