Исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета, Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН (Петропавловск-Камчатский) и Кольского научного центра РАН (Апатиты) расшифровали кристаллическую структуру новой разновидности хлоритоида — минерала, в котором чередуются слои из оксида кремния и оксида металлов (алюминия, железа или магния). 

Обнаруженный структурный тип минерала обладает наиболее совершенным и упорядоченным строением среди всех изученных хлоритоидов. Хлоритоид-содержащие минеральные ассоциации — устойчивые «сочетания» минералов, которые образуются в определённых физико-химических условиях, — используют в качестве геотермометров для определения условий, в которых образовывались горные породы. Новая разновидность минерала позволит лучше понять, как условия формирования минерала влияют на его атомное строение. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале American Mineralogist.

Хлоритоид — это широко распространённый минерал, внутреннее (атомное) строение которого представлено чередующимися слоями оксида кремния и оксидов металлов — алюминия, железа и магния. Чаще всего он формируется в породах, богатых железом и алюминием, например, в глиноземах и сланцах, при температурах от 300 °С до 550 °С и давлении в 2–10 раз больше атмосферного. Этот минерал может существовать на глубине до 30 километров и служить индикатором температуры земных недр. Так, его присутствие в земной коре указывает на то, что температура не превышает 550 °С, поскольку при большем нагреве хлоритоид разрушается. Кроме того, обнаружение хлоритоида вместе с другими минералами указывает на конкретный диапазон давлений. Например, хлоритоид вместе с кианитом встречаются при давлении в диапазоне от 8 до 10 атмосфер, а хлоритоид вместе с хлоритом — примерно от 3 до 6 атмосфер. Это делает хлоритоид важным объектом для геологической разведки и позволяет оценить условия, при которых формировались горные породы.

Ранее было известно только о двух политипах хлоритоида: разновидностях, которые различаются между собой способом укладки слов в кристаллической структуре. Предполагается, что политип с низкосимметричной структурой формируется при относительно невысоких температурах (300–400 °С), а с более совершенной структурой — при температуре выше 450 °С.

Исследователи из СПбГУ, ИВИС ДВО РАН и КНЦ РАН изучили образцы хлоритоида из месторождения Косой Брод на Среднем Урале. Авторы использовали рентгеноструктурный анализ — метод, который позволяет «увидеть» расположение атомов в веществе. Для этого образец минерала, помещённый в дифрактометр, подвергается воздействию рентгеновского излучения. Отражённые от атомов в кристалле рентгеновские лучи формируют на детекторе дифракционную картину. Стандартный набор данных содержит несколько сотен таких картин, полученных от кристалла в разном положении относительно источника и детектора. Дифракционная картина каждой кристаллической структуры уникальна, как отпечаток пальца, поэтому по ней можно определить положение и характер атомов в исследуемом веществе.

С помощью такого метода исследователи нашли новый политип хлоритоида — 3Т. От известных он отличается более сложной укладкой слоев и наиболее высокой симметрией. Кроме того, авторы доказали, что кристаллические структуры разных хлоритоидов отличаются друг от друга только взаимным расположением атомных слоёв, а не трёхмерным атомным строением, о чём ранее долгое время велись дискуссии в научной литературе. Новый политип хлоритоида может быть полезен для расшифровки температур и давлений, при которых формируются породы, то есть для более точной реконструкции условий образования минералов.

«Открытый политип хлоритоида, вероятно, широко распространён, тем более что обнаружен он в том самом месторождении, где была сделана первая находка хлоритоида еще в 1832 году. Удивительно, но до сих пор этот политип оставался незамеченным из-за сложностей с диагностикой, которые связаны с дефектами в кристаллической структуре минерала. Для обнаружения этого политипа требовался высокоточный рентгеноструктурный анализ. Дальнейшие исследования помогут уточнить температуру и давление, при которых такой политип стабилен, что поможет использовать минерал в качестве геотермометра — идентификатора температуры формирования горных пород», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Андрей Золотарёв, доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры кристаллографии СПбГУ.

Источник: пресс-служба РНФ.