Ch− ơng II:
2.5.4.2. Cơ chế thμnh tạo song tinh:
Song tinh có thể xuất hiện theo nhiều kiểu khác nhau vμ đ−ợc phân loại nh− song tinh tăng tr−ởng (growth twins), song tinh chuyển dạng (transpormation twins) vμ song tinh tr−ợt (gliding twins).
- Song tinh tăng tr−ởng (growth twins) th−ờng lμ kết quả của một biến cố (accident) xảy ra trong giai đoạn sớm của quá trình kết tinh. Chúng đ−ợc tiếp nối trong khi tinh thể tăng tr−ởng thμnh những tinh thể riêng biệt với nền hoặc mặt gép chung. Các biến cố th−ờng gặp dẫn đến việc hình thμnh song tinh thay vì phát triển bình th−ờng có thể đ−ợc nhìn nhận bằng việc xem xét các khả năng đối lập với ion đầu tiên đi vμo vị trí (xem hình 2.14). Ion nμy, đ−ợc cho lμ ion đầu tiên đi vμo để bắt đầu lớp thứ 3, có hai kiểu vị trí A hoặc B, trên hố của lớp thứ nhất hoặc trên ion của lớp thứ nhất. Vị trí A thích hợp hơn vì việc chiếm vị trí nμy sẽ dẫn đến việc giảm năng l−ợng tự do nhiều hơn vμ ion gắn vμo đây sẽ thể hiện sự tiếp tục bình th−ờng của cấu trúc. Tuy nhiên, sự khác biệt về năng l−ợng giữa cấu trúc A vμ B rất nhỏ. Sự kích thích nhiệt có thể không đủ để chuyển một ion ban đầu đến B v−ợt qua rμo cản năng l−ợng đến vị trí A (hình 2.25). Trong tr−ờng
_______________________________________________________________ 65
hợp đó, vị trí của tất cả các nguyên tử trong t−ơng lai trong lớp nμy sẽ bị cố định vμ cấu trúc nμy đ−ợc tiếp tục nh− một song tinh của cấu trúc tr−ớc đó với nền song tinh giữa hai lớp 2 vμ 3. Các biến cố t−ơng tự sẽ diễn ra nếu cơn m−a các ion của phản ứng diễn ra mạnh mẽ đến mức nguyên tử đến đầu tiên không có thời gian để điều chỉnh từ song tinh đến vị trí tiếp theo tr−ớc khi nó bị hãm lại bởi các nguyên tử mới đến. Nói cách khác, nếu việc kết tinh đủ chậm vμ có sự cạnh tranh để giμnh trạng thái năng l−ợng thấp hơn, sẽ không xẩy ra hiện t−ợng song tinh tăng tr−ởng.
Hình 2.25: Chọn lựa vị trí đối với một song tinh: A lμ vị trí năng l−ợng thấp, một ion ở vị trí B tạo nên song tinh
Hình 2.26: Giới hạn của song tinh tăng tr−ởng đối với một pha thμnh tạo đơn lẻ. Việc giảm năng l−ợng tự do bởi một ion gắn liền bên cạnh ở vị trí tiếp theo (2) hoặc bvị trí song tinh (3) lμ rất lớn trong giai đoạn đông cứng. Sẽ không có pha song tinh thứ hai (4) không giống nh−
vậy vì cần năng l−ợng bổ xung thêm.
Song tinh tăng tr−ởng th−ờng đ−ợc giới hạn bởi khía cạnh năng l−ợng trong một pha song tinh đơn lẻ. Vì một tinh thể rất nhỏ có năng l−ợng bề mặt rất cao nên việc bổ xung các ion cho vị trí song tinh hoặc bị trí tăng tr−ởng bình th−ờng sẽ lμm giảm đáng kể năng l−ợng nμy. Mặt khác, việc bổ xung các ion vμo vịo trí song tinh ở giai đoạn sau của tinh thể tăng tr−ởng sẽ tăng năng l−ợng bề mặt của tinh thể vμ do đó sẽ không đ−ợc chấp nhận. Tình huống nμy đ−ợc minh họa ở hình 2.26: việc giảm năng l−ợng bề mặt của của nhân kết tinh (1) sẽ nhanh hơn so với cả vị trí bình th−ờng tiếp theo (2) lẫn tăng tr−ởng song tinh (3). Tuy nhiên sau đó (4) có lẽ không có cấu hình dạng song tinh vì sự có mặt của chúng đòi hỏi phải tăng năng l−ợng lên.
Song tinh tăng tr−ởng, do ph−ơng thức thμnh tạo, th−ờng đ−ợc nhận biết trong các mẫu klhoáng vật bởi một bề mặt đơn lẻ, th−ờng ngoằn nguèo, chia các tổ phần song tinh định h−ớng hơi khác biệt hoặc bởi việc xen lẫn vμo nhau của hai đơn thể của song tinh. Các bề mặt song tinh không song song cũng lμ những minh chứng của song tinh tăng tr−ởng.
- Song tinh chuyển dạng (transpormation twins): Biến đổi đa hình chuyển dịch cũng lμ một cơ chế thμnh tạo song tinh. Khi nhiệt độ thμnh tạo tinh thể cao, ví dụ các nguyên tử có thể dao động rất nhanh giữa hai vị trí có thể. Điều đó tạo cho nguyên tử một vị trí trung bình có tính đối xứng cao (hình 2.27 a). Khi dao động nhiệt độ chấm dứt, các nguyên tử đó không thể chiếm vị trí trung bình đó mμ cần phải giả định rằng sẽ chiếm một trong những vị trí kém đối xứng hơn (hình 2.27b).
Hình 2.27: Cơ chế có thể thμnh tạo song tinh do chuyển dạng: Hệ đối xứng cao hơn do dao động nhiệt (a) bị mật do nguội lạnh vμ hai khuynh h−ớng thμnh tạo khi nhiệt độ thấp hơn (b)
Khi tinh thể trải qua việc chuyển dạng chuyển dịch, tất cả các phần của tinh thể có thể không di chuyển đồng thời tại nhiệt độ chuyển dạng vì có những khuyết tật khác nhau của tinh thể vμ những hậu quả về sự khác biệt trong độ dẫn nhiệt của chúng. Do đó hai vùng khác nhau có thể di chuyển độc lập tại nhiệt độ chuyển dạng vμ chuyển dạng theo những h−ớng khác nhau. Khi quá trình chuyển dạng tiếp diễn, h−ớng của đ−ờng đi ban đầu sẽ đ−ợc các khu lân cận tiếp tục. Dần dần hai bộ phận bị chuyển dạng sẽ lớn lên thμnh bề mặt chung-bề mặt bao gồm hai phần riêng rẽ của song tinh. Trình tự nμy đ−ợc thể hiện ở hình 2.28. Do sự chuyển dạng với các h−ớng khác nhau có thể lan truyền từ các trung tâm khác nhau vμ khi sự chuyển dạng đó hoμn thμnh, các vùng cận kề nhau của khoáng vật có thể ở trong cấu trúc của song tinh. Trong khoáng vật có thể có số l−ợng lớn các trung tâm chuyển dạng dẫn đến song tinh chuyển dạng th−ờng lμ song tinh dạng khảm (mosaic twins).
Hình 2.28: trình tự của song tinh chuyển dạng
- Song tinh tr−ợt (slip or gliding twins): Các tinh thể đôi khi bị biến dạng bởi các ứng suất cơ học (hình 2.29 a). Giả thiết rằng nếu tập hợp các nguyên tử bị ép vμ tạo ra tr−ợt dọc theo mặt phân cách hμng 2 vμ 3. Nếu độ lớn của b−ớc tr−ợt nhỏ hơn một đơn vị khoảng cách, hμng 2 sẽ mang quan hệ song tinh đối với hμng 3 nh− ở hình 2.20b. Nói cách khác việc tr−ợt ở bất kỳ khoảng cách của đơn vị chu kỳ nμo không tạo song tinh. Tình huống đó đ−ợc minh họa chỉ một trong một số ph−ơng thức tạo song tinh hay lμm biến dạng tinh thể bởi các chuyển động cơ học xảy ra.
Song tinh tr−ợt dễ xảy ra nhất nếu các vị trí cạnh nhau của một chuỗi vμ cấu trúc song tinh đ−ợc phân cách bởi một rμo cản năng l−ợng thấp. Rμo cản năng l−ợng phân cách các vị trí trong chuỗi vμ song tinh th−ờng thấp vμ có thể cho phép thay thế một ion từ vị trí bình th−ờng đến vị trí song tinh (hình 2.30a). Tuy nhiên năng l−ợng trong hình 2.30b có thể ngăn cản việc thay thế bởi vì năng l−ợng đòi hỏi cho tr−ợt bằng với năng l−ợng phá huỷ cấu trúc. Các tinh thể có song tinh kiểu nμy th−ờng đ−ợc đặc tr−ng bởi sự
_______________________________________________________________ 67
có mặt của rất nhiều mặt song tinh song song song hay bởi các dải có các ranh giới dạng tuyến, chẳng hạn loại song tinh có mặt trong plagiocla.
Hình 2.29: Trình tự của song tinh tr−ợt
Năng l−ợng Năng l−ợng Phá hủy Phá hủy Mặt cắt năng l−ợng tự do dọc tuyến ABC a b Hình 2.30: Mặt cắt năng l−ợng tr−ợt (a) vμ giới hạn về h−ớng vμ khối l−ợng tr−ợt (b)
2.5.4.3. Tính đối xứng của song tinh:
Các phần của tinh thể song tinh th−ờng liên quan với nhau bởi mặt phản xạ đ−ợc coi lμ mặt song tinh, hoặc trục xoay đ−ợc coi nh− trục song tinh, hoặc đồng thời bởi cả hai yếu tố trên.
+ Song tinh có thể đ−ợc phân loại theo nguyên tắc mô tả thμnh song tinh tiếp xúc, song tinh xuyên cắt, song tinh lặp. Song tinh tiếp xúc đ−ợc gắn với nhau bởi mặt song tinh chung. Song tinh xuyên cắt lμ những song tinh mμ hai hay nhiều tinh thể xuyên cắt qua nhau. Song tinh lặp có thể có các cá thể theo các h−ớng song song. Nh− trong các song tinh dạng tấm vμ song tinh đa hợp, hoặc theo các h−ớng khác nhau nh− các song tinh chu kỳ (tuần hoμn) (hình 2. 31)
Hình 2. 22: Một số song tinh điển hình của khoáng vật