Предисловие

Вопросы применения теоретических и экспериментальных физико-химических методов для расшифровки природных процессов минералообразования привлекают внимание широкого круга геологов. В связи с этим перевод и публикация на русском языке книги известных американских геохимиков Гаррелса и Крайста "Растворы, минералы, равновесия" представляются весьма своевременными.

Эта книга формально является вторым изданием уже известной советскому читателю монографии Гаррелса "Минеральные равновесия". (М., ИЛ, 1962). Фактически, однако, авторы настолько расширили и переработали первоначальный вариант, что можно говорить о выходе в свет нового научного труда.

В начале рассматриваемой книги дается подробное описание различных методов расчета активностей компонентов в зависимости от состава жидких водных, газообразных и твердых растворов. Практическое применение этих методов к решению геологических задач хорошо раскрывается на примере равновесии с участием водных растворов и карбонатных минералов. Следующий раздел книги посвящен вопросам образования комплексных соединений в природных растворах. Далее авторы подробно описывают различные экспериментальные методы определения рН и окислительно-восстановительного потенциала в водных растворах, приводят сводку измерений рН и Еh в природных средах, описывают методы теоретического расчета рН - Еh-диаграмм и диаграмм фазовых равновесии в координатах парциальных давлений летучих компонентов и дают многочисленные примеры приложения перечисленных методов к решению задач генетической минералогии. В этой части приведено большое число диаграмм полей устойчивости соединений в зависимости от рН и Еh, причем эти диаграммы отнюдь не служат иллюстративным украшением. Они необходимы для описания явлений, разбираемых в тексте. Следующий раздел книги посвящен анализу ионообменных равновесии и описанию экспериментальных методов измерения активностей индивидуальных ионов с помощью ионообменных электродов. Далее рассматривается влияние повышенных температур и давлений на равновесия в минеральных системах. В заключительном разделе книги приведены примеры использования диаграмм устойчивости минералов для решения ряда важных геологических задач.

К достоинствам книги следует прежде всего отнести ее универсальность:
представляя собой оригинальное научное исследование, она может одновременно служить учебником и справочным пособием. Этему способствует исключительная простота изложения. Авторы, не стесняясь объяснять самые элементарные понятия, последовательно вводят читателя в курс проблем, которым посвящена книга.

Отличительной особенностью монографии Гаррелса и Крайста является попытка описать практические приемы термохимических расчетов с использованием активностей, не давая систематического изложения фундаментальных постулатов термодинамики и их следствий. В результате ряд вопросов трактуется не совсем строго, но таким образом авторам удалось изложить основы термодинамики растворов без привлечения высшей математики, а это делает доступным изучение физико-химической теории в приложении к геологическим проблемам для самого широкого круга исследователей.

В общем можно сказать, что книга Гаррелса и Крайста - незаменимое пособие для специалистов самого различного профиля, занимающихся изучением природных химических процессов, протекающих на поверхности Земли. Для решения же вопросов эндогенной геологии использование рассматриваемой книги несколько более ограниченно. Это связано прежде всего с тем, что большая часть исследований по фазовым равновесиям в минеральных системах при повышенных температурах и давлениях, а также данные по термодинамике и строению силикатных расплавов и твердых растворов, опубликованные в советской и зарубежной физико-химической и геологической литературе, остались вне поля зрения авторов.

Кроме того, авторы используют недостаточно целесообразное, по нашему мнению, определение понятия термодинамической активности для систем с переменным давлением. Так, в гл. 2 указывается, что активность компонента i определяется формулой

где f_i - фугитивность компонента i в рассматриваемой системе, а f°_i - фугитивность его в стандартном состоянии, причем в качестве стандартного состояния для жидких и кристаллических фаз выбирается жидкая или твердая фаза, состоящая из чистого компонента i при рассматриваемой температуре и давлении, равном 1 атм, При таком определении, широко принятом в американской литературе, исчезает целесообразность раздельного использования понятий активности и фугитивности, так как обе величины, служащие мерами разности химического потенциала данного компонента в двух состояниях, определяются по отношению к одному и тому же стандартному состоянию при 1 атм общего давления. В европейской литературе по химической термодинамике и в работах советских исследователей активность определяется по отношению к стандартному состоянию при тех же температуре и давлении, что и исследуемый раствор, а фугитивность - по отношению к стандартному состоянию при той же температуре и 1 атм общего давления. Это позволяет описывать с помощью понятия активности отклонения от законов идеальных растворов систем при неизменных давлениях, отличных от 1 атм, а для систем с переменным давлением - пользоваться величинами фугитивности. Приняв же определение активности, приведенное в данной книге, мы получим активности, не равные концентрациям при давлениях, отличных от 1 атм, даже для растворов, являющихся идеальными с точки зрения статистической термодинамики.

Несмотря на известную ограниченность данных по минеральным системам при высоких температурах и давлениях, книга Гаррелса и Крайста, несомненно, окажется полезной и для исследователей глубинных процессов. Авторами намечены пути решения ряда проблем, имеющих принципиальное значение для теории рудообразования. В качестве примера можно указать на интересное сопоставление общих закономерностей комплексообразования и растворимости труднорастворимых соединений с данными по соотношениям различных рудных компонентов в гидротермальных жилах, приведенное в гл. 4. На основании этих сопоставлений напрашивается вывод о наличии высоких концентраций нерудных компонентов в рудообразующих растворах. Этот косвенный вывод подтверждается рядом независимых фактов - данными по составу флюидных включений в минералах, по составу вод, изливающихся из горячих источников и некоторых скважин и отлагающих на поверхности рудные минералы, и т.д.

Точно так же изложенный авторами в гл. 6 метод термодинамического анализа эмпирических уравнений, описывающих ионообменные равновесия, может иметь более широкое значение, и выводы, к которым приходят авторы, должны в полной мере учитываться петрологами, изучающими равно весные ассоциации минералов переменного состава из метаморфических и изверженных пород.

Эти и другие возможные примеры раскрывают самую ценную особенность книги Гаррелса и Крайста - знакомство с ней способствует творческому подходу к решению самого широкого круга проблем. Авторы не только дают готовые рецепты для решения тех или иных задач, но и ставят перед читателем нерешенные вопросы, а это подчас оказывается в научном исследовании еще более ценным.

И. Рябчиков
В. Щербина

[Содержание] [Предисловие редактора американского издания] [Глава 1]
Р.М. Гаррелс, Ч.Л. Крайст	Растворы, минералы, равновесия