Зональная и секториальная структуры кварца

Кристаллы кварца, в том числе бесцветные и прозрачные, очень часто обладают внутренней зональностью. Мощность зон варьирует от микроскопических размеров до миллиметра и более. Эти зоны располагаются концентрически, параллельно внешним граням кристалла и характеризуют стадии его роста. В бесцветных кристаллах эти зоны не заметны на глаз, но могут быть выявлены путем облучения рентгеновскими лучами или травления, например, такими растворителями, как H2O (при высокой температуре в запаянном сосуде), HF или (MH4)HF2. Четкость фигуры дифференциального травления в значительной степени зависит от температуры, концентрации и продолжительности воздействия растворителя. Наилучшие результаты получаются на поверхности срезов, подвергнутых шлифовке грубым абразивом. Зоны травления выявляются наиболее отчетливо в том случае, когда травление производится в электрическом поле. В результате рентгеновского облучения зоны приобретают дымчатую окраску различной интенсивности. Очертания выявленных таким образом зон зависят от кристаллографической ориентировки сечения. Мощность зон, обнаруженных путем травления или облучения, может варьировать в зависимости от специфики формы кристалла, в особенности это касается вершинных ромбоэдров r и z. На границах двойниковых индивидов зоны могут обрываться, изменять свое направление или мощность. Зоны также могут быть ограничены секторами роста какой-либо отдельной грани, например грани r{1011}. Изучая указанным способом ряд разрезов кристалла, можно установить последовательное изменение его габитуса.

Зональность в кварце, несомненно, обусловлена изменениями его состава. Непосредственные анализы состава отдельных зон или определения связанных с этим изменением колебаний в плотности, показателях преломления или параметрах элементарной ячейки не производились, В одном из исследований было показано, что температура превращения высокотемпературного кварца в низкотемпературный в образцах, взятых из нескольких последовательных зон, не постоянна. Было найдено, что температура инверсии в зонах роста возрастает по направлению от центра кристалла, что свидетельствует об уменьшении содержания А в твердом растворе, сопровождающемся понижением температуры кристаллизации.

Секториальная структура. Родственный тип внутренней гетерогенности в кристаллах кварца выражается в тенденции Al, Li и других ионов, присутствующих в виде твердого раствора, избирательно концентрироваться в секторах роста различных граней. Подобное распределение примесей было установлено прямым определением состава вещества, взятого из секторов роста различных граней, Секториальная структура кварца четко проявляется при облучении его кристаллов или отдельных их сечений. Поскольку ионы-примеси играют роль центров окрашивания, сектора роста граней с относительно высоким содержанием Al и других ионов в виде твердого раствора после облучения приобретают темный дымчатый цвет. Данному вопросу был посвящен ряд исследований, материалом для которых служили искусственные кристаллы кварца, полученные методом гидротермального синтеза из растворов, содержащих Al и другие ионы.

В одной из работ было установлено, что интенсивность окраски, возникшей после облучения, и содержание Al и других ионов возрастают в следующем порядке: (0001) < (1010) < (1121) < (5161). Изменение состава секторов роста этих граней варьирует в следующих пределах (в частях на миллион атомов Si): Al 110—175, Li 37—147, Na 26—212, Mg 9—23, Ge 248. Концентрация Li и Na изменялась параллельно с изменением содержания Al, а количество Ge оставалось постоянным. Ряд (0001) < (2ll0) < (1121) <(5161) наблюдался в тех же случаях, когда и ряд (0001) < (0111). Неравномерное содержание примесей в секторах роста параллельных граней тригональной призмы, причем (2110) или +Х < (2110) или -X, видно из следующих данных:

Искусственные кристаллы, зеленая или коричневая окраска которых вызвана присутствием. Fe, обнаруживают более интенсивное окрашивание и более высокое содержание Fe на грани (0001), нежели на гранях (1011) или (0111). Природные кристаллы кварца часто обнаруживают в секторах роста различных граней избирательное окрашивание в дымчатый или аметистовый цвет, однако, данные о количестве примесей для них отсутствуют. Различная реакция на облучение, проявляющаяся иногда в индивидах дофинейских двойников природных кристаллов, также является выражением морфологического контроля, обычно обусловленного принадлежностью частей двойника к секторам граней (1011) и (0111).

Более точно об избирательном распределении вещества примесей, присутствующих в виде твердого раствора, в различных секторах роста граней кристалла можно судить в том случае, когда изменение содержания примесей сопровождается изменением окраски кристаллов, как, например, в структуре песочных часов в авгите и в других типах окрашенных кристаллов. В непрозрачных кристаллах это явление также было установлено по данным травления и аналитических определений, а в кристаллах, содержащих U или Th, — по данным радиометрии. В бесцветных кристаллах наблюдалась избирательная флюоресценция отдельных секторов роста граней.

Поскольку зоны и секторы роста кристаллов кварца имеют различный состав, необходимо проверять гомогенность кристаллов, используемых в точных физических приборах или в качестве стандартов, путем травления или облучения.