» » Уникальные минералы Камчатки

Уникальные минералы Камчатки


Уникальные минералы Камчатки

Уникальные минералы Камчатки

Серо-синие кристаллы на фото — минерал брадачекит (NaCu4(AsO4)3), найденный неподалеку от вулкана Толбачик на Камчатке. Кроме него видны также минералы ортоклаз (белый), гематит (черный), тенорит (черные игольчатые кристаллы), тилазит (оранжевый). Что такое минерал? Согласно определению, минерал должен обладать тремя основными признаками: это природное химическое вещество, имеющее кристаллическую структуру и постоянный состав.

В 1975–1976 годах произошло Большое трещинное Толбачинское извержение, в результате которого образовалось четыре новых шлаковых конуса на лавовых полях у подножия Толбачика. На одном из конусов получился удивительный минералогический заповедник, где на площади примерно в один квадратный километр встречаются 155 минералов, 81 из которых (в том числе брадачекит) впервые были обнаружены именно там — на Втором конусе Северного прорыва Большого трещинного Толбачинского извержения. А если учесть, что по состоянию на сентябрь 2018 года список минералов, утвержденных Международной минералогической ассоциацией, насчитывал 5389 видов, эта цифра выглядит впечатляющей.


Уникальные минералы Камчатки

Уникальные минералы Камчатки

Вид с вершины Второго конуса Северного прорыва на лавовые потоки. Фото © Максим Тарасов


Есть и еще одна любопытная особенность — эти редкие минералы растут там до сих пор, прямо из газов, выделяющихся из застывающего магматического очага под шлаковым конусом. Газы выходят из отверстий и трещин, называемых фумаролами, и даже сейчас, когда вы читаете этот текст, где-то на Камчатке на стенках фумарол растут новые кристаллы.

Если посмотреть на химическую формулу брадачекита, мы увидим кое-что интересное. Натрий и кислород вполне ожидаемы в вулканических газах, а вот медь и мышьяк (в достаточном количестве, чтобы создать свой минерал) — уже аномалия: это рудные элементы, и так просто на вершине любого вулкана их не встретишь.

Выходит, на наших глазах образуется самое настоящее месторождение. Но какие же процессы приводят к тому, что мы видим синие и зеленые минералы вместо привычных серовато-черных базальтов? Как получается, что медь, мышьяк и даже золото концентрируются в вулканических газах и отлагаются в виде минералов в трещинах вулканической постройки?

Всё начинается на большой глубине, в несколько десятков километров. Базальтовая магма поднимается к поверхности. При большом давлении в ней растворено большое количество воды, серы, хлора и углерода. При подъеме давление снижается и появляются пузырьки газа, в основном состоящего из H2O и CO2. Это то же самое, что происходит с бутылкой шампанского: убираем давление — и появляются пузырьки. Правда, месторождения с помощью шампанского не сделаешь: слишком простой химический состав. А вот из магматических пузырьков — вполне. Такие пузырьки жидкости и газа в геологии называют флюидами.

Как правило, золота, серебра, меди и мышьяка в магмах не очень много: их количество составляет всего несколько ppm (parts per million — частей на миллион или грамм на тонну) или даже ppb (parts per billion — частей на миллиард или грамм на 1000 тонн). Так, если среднее содержание в земной коре магния, у которого очень много минералов, 29 000 ppm, то мышьяка — 2,1 ppm, а серебра — всего 0,080 ppm. Для верхней мантии, из которой происходят многие магмы, цифры несколько другие, но соотношение то же. Подобные порядки величин и измерять-то научились относительно недавно, куда уж там до собственных минералов! Тем не менее минералы образуются — если ничего, кроме этих редких элементов, подходящих только конкретному кристаллу, для роста не остается.

Такое экстремальное обогащение газовой фазы элементами, обычно называемыми некогерентными или несовместимыми, происходит за счёт процесса фракционирования — разделения соединений, элементов или их изотопов между образующимися фазами. При застывании магмы мышьяк и медь совершенно не нужны образующимся в ней минералам: они растут за счет кремния, магния, железа, кислорода и алюминия, которых в базальтовой магме очень много. Вся остальная «мелочь» изгоняется в пузырьки. Если такой процесс происходит достаточно долго, то концентрация рудных элементов в пузырьках становится очень значительной, и при их подъеме к поверхности — а движутся они гораздо быстрее, чем магма, — образуются собственные минералы.

Ученые-минералоги очень ценят такие вулканы, как Толбачик. Ведь это замечательная возможность не только посмотреть на процесс образования месторождения своими глазами, но и открыть новые минеральные виды, каждый из которых обладает интересными химическими и физическими свойствами. В целом, для многих минералов Второго конуса Северного прорыва характерна такая удивительная особенность, как анион-центрированные кластеры в кристаллической структуре. Обычно кристаллические структуры и молекулы описываются катион-центрированными многогранниками — строятся из них, как из кирпичиков лего. То есть в центре многогранника находится положительно заряженный атом, а в вершинах — отрицательные. К примеру, перовскит CaTiO3 имеет в структуре октаэдры TiO6: в центре находится титан (Ti4+), а в вершинах — кислород (O2–).


Уникальные минералы Камчатки

Перовскит и его структура. Красные атомы — кислород, желтый атом — кальций, в центре бирюзовых октаэдров — титан. Фото © Тимофей Пашко с сайта webmineral.ru, рисунок — из статьи A. Kubacka et al., 2012. Advanced Nanoarchitectures for Solar Photocatalytic Applications


Но в минералах этого необычного вулкана ситуация несколько иная — расстояния между атомами и соотношение катион-анион таково, что при описании кристаллических структур возникают любопытные многогранники.


Уникальные минералы Камчатки

Уникальные минералы Камчатки

Зеленый минерал эвхлорин (KNaCu3(SO4)3O) и встречающийся в его структуре кластер [Cu6O2], состоящий из двух тетраэдров OCu4. В центре тетраэдра находится кислород, а в вершинах — медь. Фото © Тимофей Пашко, рисунок — из статьи F. Hawthorne, 2014. The structure hierarchy hypothesis


Уникальные минералы Камчатки

Уникальные минералы Камчатки

Оранжево-коричневые кристаллы купромолибдита (Cu3O(MoO4)2) и цепочка из тетраэдрических кластеров OCu4 из его структуры. В центре тетраэдра — кислород, а в вершинах — медь. Фото © Тимофей Пашко с сайта webmineral.ru, рисунок — из статьи F. Hawthorne, 2014. The structure hierarchy hypothesis


Уникальные минералы Камчатки

Уникальные минералы Камчатки

Желто-коричневый набокоит (KCu7(SO4)5(Te4+O3)OCl). Его структура сложнее эвхлорина и купромолибдита и в ней присутствуют слои анион-центрированных многогранников. В центре многогранников — медь, красные атомы — кислород, желтые — теллур. Фото © Тимофей Пашко, рисунок — из статьи F. Hawthorne, 2014. The structure hierarchy hypothesis


К сожалению, все эти минералы очень маленькие (поле зрения на фотографиях составляет 0,5–1 см), и вряд ли они произведут на вас впечатление при непосредственном осмотре. Однако при желании эти редкости можно увидеть в Минералогическом музее имени А. Е. Ферсмана в Москве, сотрудники которого активно работают над открытием новых минеральных видов.

Фото © Тимофей Пашко с сайта webmineral.ru.

Кирилл Власов

10 август 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Пещера кристаллов

Перед вами огромные кристаллы гипса, образовавшиеся в подземной Пещере кристаллов в Мексике...

Агатовая литофиза

На фото — агатовая литофиза (в разрезе), найденная в пустыне Блэк-Рок, штат Невада, США...

Неземные пейзажи вулкана Даллол

На фото — вулкан Даллол в Эфиопии, одно из самых красивых и необычных мест на нашей планете...

Окаменелые пузырьки кислорода

На фото — фрагмент строматолитовой постройки возрастом 1,6 млрд лет. Сама порода — это литифицированные (окаменелые) бактериальные маты, а круглые пустоты в ней — запечатанные в
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Эффективна ли саентология?«Заливы Каролины»Почему одни нации богатые, а другие — бедные?Люди могут отращивать хрящи, как саламандрыСветодиодные светильники для наружного освещенияРоссийский аппарат к Луне стартует не раньше 2026 годаПочему мы стареем? Новая теория ученыхNASA получило новые снимки Большого красного пятна Юпитера