Al/Si order and symmetry of natural potassic feldspars, and the relationship of strained cell parameters to bulk composition
Authors: Stewart David B. , Wright Thomas L. 
Published: July 2019

La méthode de détermination du degré d'ordre-désordre Ai/Si d'un feldspath alcalin proposé en 1969 par Stewart et Ribbe est testée dans cette étude. Dans ce but les dimensions précises de la maille de feldspaths de structure bien connue et celles des échantillons utilisés pour les expériences d'échanges des cation, d'effets thermiques et de la thermochimie ont été employées. Toutes les hypothèses de base du modèle Stewart-Ribbe ont été confirmées. De légères modifications sont toutefois nécessaires pour les paramètres des mailles d'albite de B. T. et de sanidine H. T.

Les graphiques représentant la variation de b en fonction de c et celle de α* en fonction de γ* sont révisés. Ces diagrammes ont été utilisés pour caractériser la distribution des atomes de Al et Si dans les mailles de 98 feldspaths alcalins. La plupart d'entre eux ont été utilisés dans les études précédentes mais leurs dimensions de maille ont été de nouveau déterminées. Le graphique représentant la variation de b en fonction de c indique également l'influence de a sur cette variation. Cette influence a été établie par les données de beaucoup de feldspaths homogènes. L'indice de contrainte ∆a est défini comme a[obs] – a[est] où a[est] désigne la valeur de a estimée à partir des données de b et c en utilisant le graphique b-c.

Un échantillon de feldspath ayant ∆a > 0,05 Å est considéré « sous contrainte ». Les dimensions de la maille des 138 feldspaths potassiques, compte tenu des nouvelles données de cette étude, ont été utilisées pour relier la distribution des atomes Al et Si et la symétrie de la maille des feldspaths naturels à leur mode de gisement et à leur histoire thermique.

Ces données ont été également utilisées pour discuter les processus d'exsolution des alcalins, le polymorphisme et la progression des contraintes dans les feldspaths naturels.

Une série de données de 139 feldspaths potassiques provenant d'une même région géologique et étudiés par Guidotti, Herd et Tuttle (1973) est interprétée pour obtenir des informations détaillées sur les processus de mise en ordre et de variation de la symétrie entre orthose et microcline.

Les résultats de ces examens permettent de conclure que le « microcline maximal », orthose avec 0,8 ± 0,1 Al dans les sites T₁ et la sanidine B. T. avec 0,58 ± 0,05 Al dans T₁ sont fréquents parce qu'ils se forment dans des conditions thermodynamiques souvent présentes dans la nature et non en raison de la configuration d'ordre préférentiel énergétique des atomes. L'orthose est stable de 750° C jusqu'à moins de 625° C (roches métamorphiques de degrés sillimanite et des plutones de monzonite quartzifère ou d'adamellite) . Elle semble être un produit de cristallisation primaire, parce qu'il n'existe pas de feldspaths plus désordonnés dans ces contextes géologiques. Se basant sur l'hypothèse que le microcline maximal est stable en dessous de 375 ± 50° C et la sanidine B. T. entre 800-900° C, l'équilibre de distribution Ai/Si dans les feldspaths potassiques ne varie pas linéairement avec la température. Ceci est aussi valable pour les feldspaths sodiques. A l'état d'équilibre pour une température donnée de formation, le nombre d'atomes Al dans les sites T₁ pour les feldspaths sodiques est sensiblement le même que pour les feldspaths potassiques. L'équilibre est atteint beaucoup plus rapidement pour les feldspaths sodiques que pour les feldspaths potassiques. Même le refroidissement de quelques milliers de kilomètres cubes de roches métamorphiques n'est pas suffisamment lent pour qu'un feldspaths potassique atteigne l'équilibre de la distribution Al-Si.

Les feldspaths potassiques ayant 95 à 70 % des atomes dans les sites T₁ peuvent apparaître monocliniques ou tricliniques sur les diagrammes de poudre. La structure monoclinique possédant une ondulation orthogonale transversale décrite par McConnell (1971) semble pouvoir accepter 92 % d'atomes d'Al dans les sites T₁. II n'y a jamais de feldspaths potassiques tricliniques contenant moins de 70 % d'atomes Al dans les sites T₁.

Le processus de mise en ordre des feldspaths alcalins monocliniques est continu. C'est une transformation discontinue de l'orthose monoclinique en microcline triclinique qui explique le mieux les assemblages naturels rencontrés. Le changement de symétrie NE SE PRODUIT PAS pour une valeur bien déterminée du nombre d'atomes Al dans les sites T₁. Il existe dans la nature beaucoup de processus pour mettre en ordre la structure des microclines intermédiaires. Il est par conséquent impossible de déduire de ces observations le domaine de stabilité du microcline intermédiaire.

Les feldspaths sous contrainte constituent un tiers des feldspaths étudiés. Ils sont fréquents dans la nature. Ils se trouvent comme constituants des perthites. Bien que les volumes de la maille de chacun des feldspaths coexistant dans une perthite soient compatibles avec leurs compositions respectives, les autres paramètres, longueur de la maille notamment, sont significativement différents de ceux des feldspaths homogènes dans lesquels la teneur (Or + Ab) est supérieure à 95 %. La contrainte dans une phase potassique est maximale lorsqu'elle se trouve dans les perthites de composition globale riche en sodium. Le présent résultat suggère que le degré de contrainte est proportionnel à la teneur globale en Ab de la perthite. Les phases individuelles se manifestent avec plus de contrainte dans les cryptoperthites que dans les microperthites, mais la contrainte maximale possible dans un feldspath est presque indépendante du degré d'ordre-désordre ou de la symétrie de chaque phase. La quantité de contrainte contenue dans un feldspath dépend qualitativement de la taille des lamelles d'exsolution. Plus les lamelles sont minces plus la contrainte contenue dans le cristal sera grande.

La plus forte contrainte est dans la direction du couplage cohérent le plus fort, relation décrite par Willaime et Brown et par d'autres auteurs, ceci explique bien les observations de cette étude.