Геологический факультет МГУ: Результаты-2019 – вулкан Толбачик, новые минералы

Агрегат кавернозных кристаллов феррисанидина (Frsnd) с кристаллами эгирина (Aeg). Вулкан Толбачик, Камчатка. Фотография под сканирующим электронным микроскопом в отраженных электронах.

09 апреля 2020 г.

Детальное исследование уникального минералогического объекта — активных фумарольных полей действующего вулкана Толбачик на Камчатке, проводимое исследовательской группой Геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова в сотрудничестве с коллегами из Института наук о Земле СПбГУ, Минералогического музея имени А. Е. Ферсмана РАН и Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, позволило открыть в 2019 году пять новых минералов, которые обладают многими интересными особенностями.

Феррисанидин K[Fe³⁺Si₃O₈], первый природный полевой шпат с видообразующим железом, которое играет в нем ту же кристаллохимическую роль, которую во всех остальных минералах этой группы — самых главных компонентах земной коры — исполняет алюминий. Феррисанидин, кристаллизовавшийся из горячего вулканического газа, является железным аналогом широко распространенного полевого шпата — санидина K[AlSi₃O₈]. Открытие феррисанидина позволило четко понять, в каких именно условиях в природе способны формироваться полевые шпаты без алюминия, но с железом: для этого необходимо сочетание высоких температур (>500ºС) с атмосферным давлением при газовом транспорте вещества.

Феррикремнекислородный каркас в кристаллической структуре феррисанидина. В нем присутствуют тетраэдрически координированные позиции двух типов, T(1) и T(2), занятые атомами кремния и железа в соотношении Si:Fe³⁺ = 3:1.

Остальные четыре новых минерала в фумарольных отложениях вулкана Толбачик открыты в рамках систематического изучения эксгаляционной мышьяковой минерализации. В этом отношении Толбачик уникален: в его фумаролах обнаружено более 50 кристаллических кислородных соединений мышьяка, и все они образовались с участием вулканического газа при температурах выше 400—500ºС. Изучение подобных систем в лабораторных условиях практически не проводится, во многом из-за трудности обеспечения безопасности работ: кислородные соединения мышьяка при высоких температурах весьма летучи и очень токсичны, создание безопасных установок весьма затратно. В то же время, многие такие высокотемпературные арсенаты обладают технологически полезными свойствами (оптическими, электрическими, магнитными и др.), и результаты изучения их природных аналогов — фумарольных минералов оказываются единственным источником достоверной информации о них. Все четыре открытых нами в 2019 году на Толбачике мышьяковых минерала относятся к высокотемпературным безводородным арсенатам с крупными (щелочными) катионами, и два из них являются представителями принципиально новых структурных типов, не имеющих не только аналогов, но и близких «родственников» среди как природных, так и синтетических веществ.

Полиарсит Na₇CaMgCu₂(AsO₄)₄F₂Cl характеризуется совершенно оригинальной кристаллической структурой. Он уникален в первую очередь тем, что демонстрирует четкое упорядочение, причем в достаточно плотной структуре, низковалентных катионов металлов (Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺и Cu²⁺) по позициям четырех (!) типов, и дополнительных галогенидных анионов F^- и Cl^- по двум типам позиций.

Кристаллическая структура полиарсита (слева) и ее главный строительный элемент — гетерополиэдрический слой, образованный тетраэдрами AsO₄, тетрагональными пирамидами CuO₄Cl и октаэдрами MgO₄F₂.

Нишанбаевит (K,Na)Al₂O(AsO₄)(SO₄) также обладает уникальной кристаллической структурой. Кроме четкого упорядочения тетраэдрических анионных групп (AsO₄) и (SO₄), этот минерал интересен тем, что крупные катионы щелочных металлов в его структуре образуют цепочечный мотив, позволяющий предположить наличие у минерала полезного свойства — ионной проводимости.

Юргенсонит K₂SnTiO₂(AsO₄)₂— первый природный арсенат олова. Он принадлежит к структурному типу KTiO(PO₄) (KTP), к которому из синтетических соединений относятся важнейшие нелинейно-оптические материалы, и среди них KTiO(AsO₄), или KTA, одно из главных веществ, использующихся сегодня для генерации излучения в твердотельных лазерах. Интересной особенностью юргенсонита является упорядочение в его кристаллической структуре четырехвалентных катионов Sn⁴⁺и Ti⁴⁺, что нехарактерно для других известных минералов и может обусловливать необычные свойства этого арсената.

Кристалл (слева) и кристаллическая структура юргенсонита. Октаэдры M1 в ней заняты преимущественно атомами титана, а M2 — олова.

Евсеевит Na₂Mg(AsO₄)F является мышьяковым (арсенатным) аналогом фосфата мораскоита Na₂Mg(PO₄)F, который был встречен лишь в незначительном количестве в железном метеорите Мораско. Эти минералы принадлежат к соединениям с так называемыми антиперовскитовыми структурами — веществам, интересным с точки зрения проявления таких свойств, как сверхпроводимость и очень высокое магнитосопротивление.

Сросток призматических кристаллов (слева) и кристаллическая структура евсеевита.

Статья с полной характеристикой феррисанидина уже опубликована:

— Shchipalkina, N.V., Pekov, I.V., Britvin, S.N., Koshlyakova, N.N., Vigasina, M.F. and Sidorov, E.G. (2019) A new mineral ferrisanidine, K[Fe³⁺Si₃O₈], the first natural feldspar with species-defining iron.Minerals, 9(12), paper 770. https://doi.org/10.3390/min9120770

Для остальных четырех новых минералов публикации готовятся. По ним на данный момент выпущены только краткие сведения в официальных бюллетенях Комиссии по новым минералам, номенклатуре и классификации Международной минералогической ассоциации. Ссылки на эти материалы:

— Pekov I.V., Zubkova N.V., Yapaskurt V.O., Belakovskiy D.I., Britvin S.N., Agakhanov A.A., Turchkova A.G., Sidorov E.G. and Pushcharovsky D.Y. (2019) Nishanbaevite, IMA 2019-012. CNMNCNewsletterNo. 50; MineralogicalMagazine, 31, https://doi.org/10.1180/mgm.2019.46

— Pekov, I.V., Zubkova, N.V., Agakhanov, A.A., Belakovskiy, D.I., Vigasina, M.F., Britvin, S.N., Turchkova, A.G., Sidorov, E.G. and Pushcharovsky, D.Y. (2019) Polyarsite, IMA 2019-058. CNMNCNewsletterNo. 52; MineralogicalMagazine, 83, https://doi.org/10.1180/mgm. 2019.73

— Pekov, I.V., Zubkova, N.V., Agakhanov, A.A., Yapaskurt, V.O., Belakovskiy, D.I., Vigasina, M.F., Britvin, S.N., Turchkova, A.G., Sidorov, E.G. and Pushcharovsky, D.Y. (2019) Yurgensonite, IMA 2019-059. CNMNCNewsletterNo. 52; MineralogicalMagazine, 83, https://doi. org/10.1180/mgm.2019.73

— Pekov, I.V., Zubkova, N.V., Agakhanov, A.A., Belakovskiy, D.I., Vigasina, M.F., Yapaskurt, V.O., Britvin, S.N., Turchkova, A.G., Sidorov, E.G. and Pushcharovsky, D.Y. (2019) Evseevite, IMA 2019-064. CNMNCNewsletterNo. 52; MineralogicalMagazine, 83, https://doi.org/10.1180/ mgm.2019.73

— Пеков И.В., Агаханов А.А., Зубкова Н.В., Кошлякова Н.Н., Щипалкина Н.В., Сандалов Ф.Д., Япаскурт В.О., Турчкова А.Г., Сидоров Е.Г. Фумарольные системы окислительного типа на вулкане Толбачик — минералогический и геохимический уникум // Геология и геофизика, 2020 (в печати) https://doi.org/10.15372/GiG2019167

— Пеков И.В., АгахановА.А., Зубкова Н.В., ЩипалкинаН.В., Кошлякова Н.Н., Сандалов Ф.Д., ЯпаскуртВ.О., ТурчковаА.Г., Сидоров Е.Г. Фумарольные поля вулкана Толбачик на Камчатке — минералогический объект мирового значения. Тезисы доклада // Минералогические музеи — 2019. Минералогия вчера, сегодня, завтра. СПб., СПбГУ, 2019, 145-146.

И. В. Пеков

Печать