Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета, Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН и Кольского научного центра РАН провели расшифровку кристаллической структуры новой разновидности хлоритоида — минерала, состоящего из чередующихся слоев оксида кремния и оксидов металлов (алюминия, железа или магния). Изучение новой разновидности минерала позволит глубже понять, каким образом условия формирования влияют на его атомное строение. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале American Mineralogist.
Хлоритоид — распространенный минерал, чья внутренняя (атомная) структура состоит из чередующихся слоев оксида кремния и оксидов металлов, таких как алюминий, железо или магний. Обычно он образуется в породах, содержащих большое количество железа и алюминия, например, в глиноземах и сланцах, при температурах от 300 °C до 550 °C и давлении, превышающем атмосферное в 2−10 раз.
Минерал способен формироваться на глубине до 30 километров и может использоваться для определения температуры в недрах Земли. Его наличие в земной коре свидетельствует о том, что температура не превышает 550 °C, так как при более высоких температурах хлоритоид деструируется. Также, обнаружение хлоритоида в сочетании с другими минералами позволяет установить определенный диапазон давлений. Например, его совместное проявление с кианитом указывает на давление от 8 до 10 атмосфер, а с хлоритом — приблизительно от 3 до 6 атмосфер. Это делает хлоритоид ценным объектом для геологической разведки и позволяет исследователям точнее оценивать условия формирования горных пород.
Изначально было известно всего о двух политипах хлоритоида – разновидностях, которые отличаются друг от друга способом расположения слоев в кристаллической структуре. Считается, что политип с низкосимметричной структурой образуется при относительно низких температурах (300–400 °C), а политип с более упорядоченной структурой – при температуре выше 450 °C.
Научная группа из Санкт-Петербургского университета провела исследование образцов хлоритоида, добытых на месторождении Косой Брод, расположенном на Среднем Урале. Для анализа структуры минерала исследователи применили рентгеноструктурный анализ – метод, позволяющий определить расположение атомов в веществе. В ходе исследования образец минерала поместили в дифрактометр, где он подвергался воздействию рентгеновского излучения, а отраженные от атомов кристалла рентгеновские лучи формировали дифракционную картину на детекторе.
Итоговый набор данных включает в себя сотни изображений, полученных при разных положениях кристалла по отношению к источнику и детектору. По словам исследователей, дифракционная картина каждой кристаллической структуры является уникальной, подобно отпечатку пальца, что позволяет определить расположение и свойства атомов в анализируемом материале.
Используя данный метод, кристалографы идентифицировали новый политип хлоритоида — 3T. Этот политип характеризуется более комплексным строением слоев и обладает более высокой степенью симметрии по сравнению с ранее описанными разновидностями. Также авторам удалось установить, что кристаллическая структура различных хлоритоидов различается исключительно взаимным расположением атомных слоев, а не трехмерной организацией, что ранее было предметом длительных споров в научной среде. Открытие нового политипа хлоритоида может оказаться полезным для определения температуры и давления, при которых формируются горные породы, что позволит более точно восстановить условия минералообразования.
«Вероятно, открытый политип хлоритоида весьма распространен, поскольку он был найден в том же месторождении, где впервые был обнаружен хлоритоид в 1832 году. Несмотря на это, до настоящего времени он оставался незамеченным, что объясняется трудностями в диагностике, вызванными дефектами в кристаллической структуре минерала. Для его идентификации потребовался высокоточный рентгеноструктурный анализ. По словам профессора кафедры кристаллографии Санкт-Петербургского государственного университета Андрея Золотарева, будущие исследования позволят более точно определить температуру и давление, при которых данный политип остается стабильным, что, в свою очередь, позволит использовать минерал в качестве геотермометра — инструмента для определения температуры формирования горных пород.
Информация и фото предоставлены пресс-службой СПбГУ