Том 24, № 2 (2024)
Статьи
Актуальные проблемы в области строения, свойств и методов исследования минералов
Аннотация
Основная цель исследований в области строения и свойств минералов, их кристаллохимии и физики – получение фундаментальной информации о реальной атомной и электронной структуре минеральных объектов и физических закономерностях их преобразования под действием внешних факторов (температуры, давления, радиации, химизма окружающей среды). Подобная информация является основой для типизации, реставрации условий кристаллизации и эволюции минералов в определенной геологической ситуации; она широко используется при петрогенетических и геохронологических построениях. Подобные исследования актуальны и при разработке природоподобных технологий получения новых перспективных функциональных материалов. Работы в области исследования структуры, кристаллохимии, физики минералов, типоморфизма их спектроскопических свойств, а также разработки аналитических методик и методик синтеза минералоподобных материалов сохраняют свою актуальность. Настоящий тематический выпуск журнала “Литосфера” посвящен данной проблематике в рамках материалов, доложенных на проходившей в 2023 г. в Институте геологии и геохимии УрО РАН в г. Екатеринбурге XIII Всероссийской научной конференции “Минералы: строение, свойства, методы исследования”.
Литосфера. 2024;24(2):203-213
203-213
Важнейшие структурные типы в неорганической химии и минералогии: новые данные
Аннотация
Объект исследования. Структурные типы с различными стехиометрическими соотношениями между химическими элементами. Цель. Анализ распространенности структурных типов с различными стехиометрическими соотношениями между химическими элементами, а именно простые вещества, бинарные соединения, тройные соединения со стехиометрией ABX3, тройные соединения со стехиометрией AB2X4. Общие положения. Анализ проводился с помощью актуальных на сегодняшний момент баз структурных данных неорганических соединений ICSD (Inorganic Crystal Structure Database) и PCD (Pearson’s Crystal Data), определено количество записей с наиболее распространенными структурными типами по состоянию на 2013 и 2023 г., приведены их классификационные обозначения в разных базах данных и годах, проанализированы ранги структурных типов по минералам и неорганическим соединениям. Для всех рассмотренных структурных типов указаны минералы, кристаллизующиеся в этих структурных типах, по данным ISCD 2023, с выборкой только по числу зарегистрированных в IMA минералов (International Mineralogical Association – Commission on New Minerals, Nomenclature and Classification) по состоянию на март 2023 г. Также для всех кристаллизующихся в рассмотренных структурных типах минералов приведены русскоязычные названия минералов в соответствии с базой данных WWW-МИНКРИСТ. Выводы. Для каждого стехиометрического соотношения определены наиболее вероятные причины его реализации в тех или иных структурных типах. Исходя из кристаллохимических принципов обсуждена “популярность” структурных типов среди неорганических соединений и минералов и указаны факторы, оказывающие наибольшее влияние на это.
Литосфера. 2024;24(2):214-225
214-225
Оксобораты группы людвигита: минералы и перспективные материалы на их основе
Аннотация
Объект исследования. Природные оксобораты группы людвигита – азопроит, людвигит и вонсенит. Эмпирические формулы минералов, рассчитанные на пять атомов кислорода, имеют следующий вид: азопроит (Mg1.81Fe2+0.19)∑2.00(Fe3+0.36Ti0.26Mg0.26Al0.12)∑1.00O2(BO3), людвигит (Mg1.69Fe2+0.30Mn2+0.01)Σ2.00(Fe3+0.90Al0.07Mg0.02Sn0.01)Σ1.00O2(BO3) и вонсенит (Fe2+1.86Mg0.13)∑1.99(Fe3+0.92Mn2+0.05Sn4+0.02Al0.02)∑1.01O2(BO3). Цель. Установление взаимосвязи между составом, структурой и термическим поведением (293–1373 K) указанных минералов. Материалы и методы. Людвигит отобран из Итеньюргинского скарнового месторождения олова, вонсенит – из Титовского магнезиальноскарнового месторождения бора, азопроит – из магнезиальных скарнов щелочного массива Тажеран. Для достижения указанной цели использовались данные рентгеноструктурного анализа, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, терморентгенографии, термомёссбауэровской спектроскопии и термического анализа. Результаты. Во всех исследуемых минералах прослеживается тенденция заселения позиций M(1)–M(3) низкозарядными катионами (Fe2+, Fe2.5+, Mg2+), позиции M(4) – главным образом высокозарядными (Fe3+, Al3+, Ti4+, Sn4+). Азопроит является самым тугоплавким среди исследованных минералов с Tпл > 1650 K; ввиду малого содержания Fe2+ не претерпевает твердофазного разложения во всем интервале температур исследования. Температура плавления людвигита превышает 1582 K, что обусловлено высоким содержанием Mg; в результате окисления Fe2+ → Fe3+ поэтапно разлагается на гематит, варвикит и магнетит. В Fe2+-обогащенном вонсените температуры процессов окисления и твердофазного разложения примерно на 100 K ниже, чем в людвигите. Температура плавления вонсенита – 1571 K. Для всех минералов характерна слабая степень анизотропии расширения. Основной вклад в анизотропию расширения обусловлен предпочтительной ориентировкой треугольников [BO3]3–. Выводы. Термические свойства исследованных оксоборатов коррелируют с их химическим составом. Выявлена тенденция возрастания с увеличением содержания Mg и Ti4+ и уменьшения Tпл с увеличением содержания Fe2+. Окисление Fe2+ → Fe3+ в случае содержания FeO-компоненты в минералах более 10 мас. % приводит к поэтапному твердофазному разложению, начинающемуся при температурах 500–600 K. Значения объемного коэффициента термического расширения 293KαV людвигита и азопроита сопоставимы, вонсенита – наибольшие, что связано с наибольшими значениями средних длин связей, главным образом 6.
Литосфера. 2024;24(2):226-239
226-239
Комбинаторная и алгоритмическая сложность кристаллических структур
Аннотация
Объект исследования. Числовые индексы, описывающие сложность системы контактов между структурными единицами в кристаллических структурах. Цель исследования. Разработка индекса сложности для системы контактов между периодическими структурными единицами на основании индексов, имеющихся для таковой между структурными единицами в островных (молекулярных) структурах. Материал и методы. Структурные данные были отобраны из кристаллографических баз данных COD, AMCSD и CSD. Анализ системы контактов в структурах проводили методом полиэдров Вороного – Дирихле (ПВД) в пакете программ ToposPro. Результаты. Метод топологического анализа системы контактов в молекулярных кристаллах адаптирован ко всем гетеродесмическим кристаллическим структурам и опробован на структурах соединений нескольких классов. Разработаны целевые индексы сложности. Выводы. Сети контактов между периодическими структурными единицами являются низкоразмерными. Обобщенный структурный класс для таких сетей может быть выведен из исходных кристаллоструктурных данных. Алгоритмическая сложность гетеродесмических структур субаддитивна в отличие от супераддитивной комбинаторной сложности. Впервые рассчитано число опорных контактов, отражающее алгоритмическую сложность структуры на соответствующем уровне структурного описания, между периодическими структурными единицами.
Литосфера. 2024;24(2):240-253
240-253
Отрицательное термическое расширение β-Rb2SO4
Аннотация
Объект исследования. Низкотемпературная модификация сульфата β-Rb2SO4 (Pmcn). Цель. Низкотемпературное исследование термического расширения β-Rb2SO4 методом порошковой терморентгенографии в сопоставлении с кристаллической структурой, а также трактовка анизотропии термического расширения β-Rb2SO4. Методы. Порошковая рентгенография, порошковая терморентгенография. Результаты. Методом низкотемпературной порошковой терморентгенографии впервые изучено термическое расширение сульфата β-Rb2SO4 в сопоставлении с кристаллической структурой. Фазовый состав подтверждался методом порошковой рентгеновской дифракции. Термическое расширение β-Rb2SO4 практически изотропно. В интервале температур от –177 до –140°C сульфат испытывает отрицательное термическое расширение. Дальнейшее повышение температуры ведет к изменению термического расширения – оно становится положительным. Предложено рассматривать кристаллическую структуру сульфата β-Rb2SO4 как смешанный каркас [RbSO4]–1, который, в свою очередь, состоит из фундаментальных строительных единиц (микроблоков) Rb(SO4)6. В интервале температур от комнатной до –100°С максимальное расширение сульфата β-Rb2SO4 происходит вдоль оси a. Минимальное термическое расширение наблюдается вдоль оси c, вдоль направления простирания колонн, состоящих из микроблоков (αa = 65.4(3)∙10–6°C–1, αb = 59.7(2)∙10–6°C–1, αc = 58.6(2)∙10–6°C–1 при 25°C). В интервале температур –177…–140°C термическое расширение отрицательно по всем трем направлениям (αa = –10.3(3)∙10–6°C–1, αb = –8.6(2)∙10–6°C–1, αc = –9.7(2)∙10–6°C–1 при –170°C). Выводы. Впер вые изучено термическое расширение сульфата β-Rb2SO4 в низкотемпературном интервале (–177…–25°C), дана его структурная трактовка, проведено сопоставление с термическим расширением изоструктурного β-K2SO4.
Литосфера. 2024;24(2):254-263
254-263
Уточнение кристаллической структуры кристофшеферита-(Ce) и особенности модулярного строения полисоматической серии чевкинита {A4B(T2O7)2}{C2D2O8}m (m = 1, 2)
Аннотация
Объект исследования. Кристаллическая структура кристофшеферита-(Ce) первоначально была уточнена в рамках низкосимметричной пространственной группы P21/m, которая позволила установить локальные особенности распределения с высокой степенью детализации. В данной работе выполнено повторное уточнение кристаллической структуры кристофшеферита-(Ce) в рамках высокосимметричной пространственной группы P21/a с использованием полученного ранее массива дифракционных данных, а также проведен топологический и симметрийный анализ (в рамках OD-теории) представителей группы чевкинита с общей формулой A4BC2D2(Si2O7)2O8. Материал и методы. Кристофшеферит-(Ce) найден в эруптивном обломке магматической породы, который был отобран из продуктов вулканической деятельности Лаахерского палеовулкана в Айфеле (Германия). Кристаллическая структура образца изучена методом рентгеноструктурного анализа. Результаты. Несмотря на повышение симметрии до пространственной группы P21/a по сравнению с ранее полученными данными в рамках P21/m, основной мотив и характер распределения катионов по октаэдрическим и тетраэдрическим позициям сохраняется, хотя из-за меньшего числа независимых позиций оно становится менее упорядоченным. Выполненный кристаллохимический анализ структур природных и синтетических представителей группы чевкинита в рамках формализма OD-теории позволил объединить их в единое OD-семейство, симметрия которого описывается единым OD-группоидом. Выводы. Топологический анализ минералов группы чевкинита позволил выделить два структурных OD-подсемейства (чевкинита и перрьерита), а также проанализировать симметрию гипотетических ромбических MDO-политипов.
Литосфера. 2024;24(2):264-283
264-283
Оптико-спектроскопические и изотопно-геохимические характеристики цирконов алмазоносных россыпей Якутии как индикаторов коренных источников алмазов
Аннотация
Объект исследования. Зерна циркона из алмазных россыпей рр. Молодо и Эбелях Якутской Арктики. Цель. Исследование индикаторных характеристик циркона для определения возраста коренных источников алмазов и путей их миграции в россыпи; анализ оптико-спектроскопических и изотопно-геохимических параметров зерен циркона, их микропримесного, U-Pb и Lu-Hf изотопного состава. Материалы и методы. ЛА-ИСП-МС анализ U-Pb изотопного и микроэлементного состава циркона проведен на масс-спектрометре NexION 300S с приставкой NWR 213, анализ Lu-Hf изотопной системы – на масс-спектрометре Neptune Plus с приставкой NWR 213, размещенных в помещении класса чистоты 7 ИСО в ЦКП “Геоаналитик” (ИГГ УрО РАН, г. Екатеринбург). Спектры КРС получены с использованием конфокального спектрометра LabRAM HR800 Evolution, спектры КЛ – на сканирующем электронном микроскопе Jeol JSM6390LV, оборудованном приставкой Horiba H-CLUE iHR500. Результаты. Определены локальные оптико-спектроскопические характеристики (спектры комбинационного рассеяния света и католюминесценции) зерен циркона, что позволило обосновать вывод об их высокой кристалличности и гомогенности (монохронности), а также провести выбор международных стандартов циркона с близкими характеристиками для использования при ЛА-ИСП-МС-анализе для обеспечения сходных условий испарения вещества и параметров фракционирования элементов U и Pb. В работе приведены ЛА-ИСП-МС-данные микропримесного, U-Pb и Lu-Hf изотопного состава зерен цирконов из алмазных россыпей, значения дозы их автооблучения. Выводы. Полученные U-Pb-датировки помогают воссоздать историю, характер и последовательность проявления кимберлитового магматизма, тектонических процессов и путей миграции кимберлитового материала и алмазов на Сибирском кратоне, в рамках Якутской кимберлитовой провинции.
Литосфера. 2024;24(2):284-299
284-299
Вариации изотопного состава меди и цинка в платиноидно-медно-никелевых рудах Норильской провинции (Россия)
Аннотация
Объект исследования. Минеральные ассоциации сульфидов из массивных и вкрапленных сульфидных платиноидно-медно-никелевых (ЭПГ-Cu-Ni) и малосульфидных платиноидных руд Норильской провинции, вмещающей богатейшие комплексные месторождения платиноидов, никеля и меди. Цель. Изучение вариаций изотопного состава Cu и Zn в сульфидах промышленно-рудоносных (Хараелахского и Норильск-1), рудоносных (Зуб-Маркшейдерского и Вологочанского) и слаборудоносных (Нижнеталнахского и Нижненорильского) интрузивов в целях выявления источников рудного вещества и совершенствования подходов при прогнозировании месторождений стратегических видов минерального сырья. Методы. Химический состав сульфидов изучен с помощью рентгеноспектрального микроанализа (микроанализаторы CAMECA SX 100 и JXA-8200 JEOL). Аналитическая методика определения δ65Cu и δ66Zn включала в себя растворение образцов в смеси кислот HCl и HNO3, селективное хроматографическое выделение Cu и Zn из раствора с последующим определением изотопных отношений 65Cu/63Cu и 66Zn/64Zn на масс-спектрометре Neptune Plus. Результаты. Проанализированные образцы характеризуются минеральными ассоциациями сульфидов, состоящими главным образом из халькопирита, пирротина, пентландита, троилита, кубанита и галенита. Сульфидные ЭПГ-Cu-Ni руды месторождений Октябрьское и Норильск-1, ассоциирующие с промышленно-рудоносными интрузивами (Хараелах и Норильск-1), демонстрируют дискретные диапазоны значений δ65Cu от –2.42 до –1.40 и от –0.33 до 0.60‰ соответственно, которые отличаются от значений δ65Cu для сульфидов из других месторождений и рудопроявлений Норильской провинции (данные по 36 анализам). При этом изотопный состав меди для сульфидных минералов массивных и вкрапленных руд Хараелахского интрузива обладает сходными “изотопно-легкими” характеристиками. Наиболее выраженный сдвиг в сторону “изотопнотяжелой” меди установлен в горизонте малосульфидных руд интрузива Норильск-1 (δ65Cu = 0.51–0.60‰). Изотопный состав Zn (δ66Zn) для изученных образцов сульфидов промышленно-рудоносных, рудоносных и слаборудоносных интрузивов, за исключением одного образца (0.73 ± 0.14‰), характеризуется сходными “изотопнолегкими” значениями (–0.65 … –0.03‰). Выводы. Выявленные вариации изотопного состава Cu и Zn в изученных сульфидных ассоциациях из всех типов руд отражают их первичную характеристику; тем не менее для Октябрьского ЭПГ-Cu-Ni месторождения, характеризующегося наиболее “изотопно-легким” составом меди (δ65Cu = –1.9 ± 0.34‰), нельзя исключить возможность ассимиляции внешнего источника Cu при формировании сульфидных ЭПГ-Cu-Ni руд. Сопряженный характер изотопных параметров Cu и Zn оказался слабоинформативным прогнозным индикатором обнаружения богатых сульфидных руд, прежде всего, из-за сходства изотопного состава Zn в рудном веществе из различно рудоносных интрузивов Норильской провинции.
Литосфера. 2024;24(2):300-325
300-325
Ридмерджнерит и стиллуэллит-(Ce) из щелочного массива Дара-й-Пиоз: к вопросу о высокотемпературном поведении боросиликатов
Аннотация
Объект исследования. Ридмерджнерит и стиллуэллит-(Ce) из пород щелочного массива Дара-й-Пиоз в Таджикистане, расположенного на южном склоне Алайского хребта и характеризующегося присутствием редких минеральных видов – боросиликатов и литиевых минералов. Цель исследования. Изучение термического поведения ридмерджнерита и стиллуэллита-(Ce) методом высокотемпературной рентгенографии, определение для них температур фазовых переходов и расширения/сжатия параметров элементарной ячейки кристаллической структуры, а также расчет коэффициентов термического расширения. Сопоставление результатов с ранее опубликованными данными. Материалы и методы. Химический анализ проведен с использованием микроскопа TESCAN MIRA 3 (режим EDS) и электронно-зондового микроанализатора JEOL JXA-8230 (режим WDS). Данные высокотемпературной порошковой рентгеновской дифракции получены на дифрактометре D8 ADVANCE Bruker с использованием нагревательной камеры HTK16 в пределах температур от 30 до 750°С на воздухе. Результаты. Найдены значения коэффициентов теплового расширения для ридмерджнерита и стиллуэллита-(Ce). При нагревании ридмерджнерита наблюдаются незначительные изменения параметров элементарной ячейки, при этом наименьшее расширение происходит вдоль оси с, а наибольшее – вдоль оси а. Объем элементарной ячейки при нагревании до 750°C увеличивается на 1.8%, а при охлаждении – возвращается к начальному значению. При нагревании стиллуэллита-(Ce) в интервале температур 400–450°C происходит фазовый переход, что подтверждают ранее зафиксированные значения температур. В результате эксперимента по нагреванию и последующему охлаждению образца значение объема и параметры элементарной ячейки не возвращаются к исходным значениям. Выводы. Изучены коэффициенты тензоров теплового расширения (αij) ридмерджнерита и стиллуэллита-(Ce) в зависимости от температуры с использованием высокотемпературных in situ экспериментов. Фазы обладают относительно низкими значениями параметров теплового расширения в сравнении с общими данными по полевым шпатам и боросиликатам, имеющимися в литературе. Полученные данные могут внести вклад в понимание термоупругого поведения данной группы минералов и их потенциальное применение в различных областях.
Литосфера. 2024;24(2):326-340
326-340
Термический метаморфизм металлической ассоциации в светлой литологии метеорита Челябинск LL5
Аннотация
Объект исследований. Металлическая ассоциация в светлой литологии обыкновенного хондрита Челябинск (LL5). Цель. Исследование структуры камасита (α-Fe(Ni, Co)) и тэнита (γ-Fe(Ni, Co)) и выявление морфологических особенностей, возникающих в результате нагрева вещества хондрита. Материалы и методы. Образцы из неизмененной светлой литологии метеорита Челябинск. Использованы методы оптической микроскопии (Zeiss Axiovert 40 MAT) и сканирующей электронной микроскопии (FE-SEM ∑IGMA VP) с приставкой EDS для определения химического состава. Результаты. Исследуемые фрагменты разделены на три группы в зависимости от структурного состава: 1) металлические зерна с неизмененной структурой, в тэните наблюдается зональное строение (тетратэнит, облачная зона); 2) металлические зерна со структурой тэнита, похожей на зональную; 3) фрагменты, в которых не обнаружены зерна с зональным строением, присутствуют мартенситоподобные структуры, сформировавшиеся при повторном нагреве. Структура металлической ассоциации в хондрите Челябинск сопоставлена со структурой металлической ассоциации, полученной в ранее проведенных экспериментах по нагреву в лабораторных условиях железного метеорита Сеймчан. Установлено, что при нагреве до температуры 400°C в течение 6 ч изменений в структуре зерен металла не происходит, при нагреве до 500 и 600°C в течение 6 ч начинаются процессы трансформации облачной зоны, полностью она исчезает при нагреве до 700°C в течение 6 ч. Выводы. Фрагменты светлой литологии обыкновенного хондрита Челябинск были нагреты неравномерно в результате импактного события в его космической истории. Наличие тетратэнита и облачной зоны в одном из фрагментов говорит о том, что данная область была нагрета не выше 400°C, некоторые области претерпели нагрев в диапазоне температур 500–600°C, а некоторые – были нагреты выше 700°C.
Литосфера. 2024;24(2):341-346
341-346
Определение внутренней структурной неоднородности природного алмаза: методические аспекты использования конфокальной спектроскопии комбинационного рассеяния света с анализом поляризации
Аннотация
Цель. В работе представлено описание методических приемов исследования внутренней структурной неоднородности кристаллов природного алмаза, основанных на использовании конфокальной спектроскопии комбинационного рассеяния света с анализом поляризации, в том числе с угловым разрешением, при высоком спектральном (0.5–0.6 см–1) и пространственном (1 мкм) разрешении. Результаты. Параметры колебательной моды F2g в алмазе (положение, ширина, интенсивность, форма, в том числе доля гауссова и лоренцева вкладов в уширение) определяются суперпозиционным влиянием ряда факторов, в числе которых тип и содержание структурных напряжений, деформаций, различных типов дефектов, а также ориентировка кристаллографических осей кристалла относительно направлений падающего и рассеянного лучей и направлений их электрических векторов поляризации. Реализованная аналитическая процедура включает в себя следующее: 1) анализ кристаллографической ориентировки образца в системе координат спектрометра и возможных разориентировок его фрагментов с погрешностью ≈8–15°; 2) визуализацию распределения структурных напряжений, деформаций, двойников, примесных дефектов и их ассоциатов на основе картирования поверхности образцов по спектральным параметрам колебательной моды F2g; 3) получение статистических характеристик внутренней структурной неоднородности образцов на основе диаграмм частоты встречаемости спектральных параметров при их статистически значимом количестве (≈103): унимодальности (уни-, бимодальные распределения), ширины распределений (от ≈0.1 до ≈0.6 см–1 для FWHMcorr и от ≈0.04 до ≈0.6 см–1 для положения линии). Апробация методических приемов выполнена на примере двух синтетических CVD монокристаллов алмаза, допированных азотом и бором; возможность типизации природных образцов по статистическим характеристикам внутренней неоднородности рассмотрена на примере образцов из кимберлитовых трубок Якутии и из россыпей Западного Приуралья. Выводы. Отработан ряд методических приемов определения внутренней структурной неоднородности кристаллов природного алмаза, основанных на конфокальной спектроскопии комбинационного рассеяния света с анализом поляризации, и показана возможность использования статистических характеристик неоднородности в качестве одного из типоморфных признаков коренного источника алмазов; предложенные диаграммы перспективно использовать для сопоставления и типизации образцов.
Литосфера. 2024;24(2):347-363
347-363
Реализация и опыт использования в ЦКП “Геоаналитик” методик анализа изотопного состава Sm и Nd, Rb и Sr в образцах пород
Аннотация
Объекты исследования. Международные образцы сравнения для изучения изотопных систем Sm, Nd и Rb, Sr (AGV-2, BHVO-2); минеральные образцы – разнообразные породы и минералы. Методы. Анализ изотопного состава Sm, Nd и Rb, Sr проведен с использованием масс-спектрометров NeptunePlus и TritonPlus. Цель. Реализация методик анализа изотопного состава Sm и Nd, Rb и Sr в минеральных образцах (разнообразных породах и минералах) с использованием двух типов масс-спектрометров – многоколлекторного с индуктивно связанной плазмой NeptunePlus и с термической ионизацией TritonPlus (ThermoFisher), а также описание процедуры обработки экспериментальных данных и опыта применения методик в ЦКП “Геоаналитик” за период 2015–2023 гг. Результаты. Реализованные аналитические методики включали: 1) хроматографическую подготовку в колонках различного размера с использованием различных смол, оптимизированную по соотношению трудозатраты/качество результатов анализа; 2) измерение изотопных отношений на двух типах масс-спектрометров; 3) коррекцию масс-дискриминации результатов измерений изотопных отношений и определение концентраций Sm и Nd, Rb и Sr методом изотопного разбавления с применением изотопной метки смесей 149Sm + 150Nd и 85Rb + 84Sr. Апробация методик выполнена на ряде международных образцов сравнения AGV-2, BHVO-2; представлены их метрологические характеристики. При использовании МС TritonPlus воспроизводимость (BHVO-2, n = 60) измерения изотопных отношений 143Nd/144Nd, 147Sm/144Nd и концентраций Sm и Nd составляют ±0.000020, ±0.0004, ±1.3, ±0.4 соответственно; показатели правильности определения отношений 143Nd/144Nd и 147Sm/144Nd – 0.001 и 0.25%, концентраций Sm и Nd – 2%; воспроизводимость (BHVO-2, n = 63) измерения изотопных отношений 87Sr/86Sr, 87Rb/86Sr и концентраций (Rb и Sr) составляют ±0.0025, ±1.5, ±2%, соответственно. Неопределенность единичного измерения изотопного отношения 143Nd/144Nd и 87Sr/86Sr, представленная стандартной ошибкой среднего единичного измерения в образце, достигает не более 0.0025%. Выводы. Полученные результаты по образцам сравнения удовлетворительно согласуются с таковыми в базе GeoReM, а также с сертифицированными значениями производителя стандартов – Геологической Службы США (USGS). Описанные методики анализа применялись в ЦКП “Геоаналитик” для выполнения анализов разнообразных проб пород и минералов; в работе представлен ряд полученных экспериментальных результатов, которые в дальнейшем использованы при геохронологических построениях.
Литосфера. 2024;24(2):364-375
364-375
Фосфатные минералы-геохронометры: особенности кристаллохимии и радиационного разупорядочения, методические вопросы их микрозондового неизотопного U–Th–Pbtot-датирования
Аннотация
Объект исследования. Фосфатные минералы-геохронометры – международный образец сравнения монацита из пегматитов Trebilcock c возрастом 272 ± 2 млн лет, монацит из пегматитов Шарташского массива, монацит, чералит и ксенотим из лейкогранита Пещернинского штока и диорита Хомутинского массива, Средний Урал. Методы. Химический состав минералов изучен с помощью рентгеноспектрального микроанализатора CAMECA SX 100; спектры комбинационного рассеяния получены на конфокальном спектрометре LabRAM HR800 Evolution. Цель. Исследование внутренней текстуры зерен фосфатных минералов-геохронометров на основе их элементного и спектроскопического картирования; анализ особенностей кристаллохимии и радиационного разупорядочения минералов; их микрозондовое неизотопное U–Th–Pbtot-датирование; отработка соответствующего алгоритма использования аналитических методик. Результаты. Показано, что изученные монациты относятся к цериевой разновидности с содержанием ThО2 от 1.1 до 17.2, UО2 – от 0 до 0.8, PbO – от 0.01 до 0.23 мас. % (при пределах обнаружения 160, 230, 110 г/т); при анализе содержания PbO фоновая линия интерполирована в модели линейного (монацит Trebilcock, монацит и чералит Пещернинского штока) и экспоненциального фона (монацит Шарташского массива). Выявлено, что для монацита реализуется как хаттонитовый, так и чералитовый тип изоморфизма; параметр нестехиометричности его состава β = (Si + Ca)/(Th + U + Pb + S) лежит в интервале 0.95–1.05, что свидетельствует о сохранности U–Th–Pb-системы. Анализ BSE-изображений, карт распределения интенсивности РЭ-линий Th Mα и Pb Mα, точечных анализов состава и результатов спектроскопического картирования параметров колебательной моды ν1(PO4) свидетельствует о высокой однородности монацита Trebilcock и ярко выраженной зональности уральских монацитов. Показано, что параметры колебательной моды ν1(PO4) в монацитах определяются суперпозиционным влиянием двух факторов – химического и радиационного разупорядочения. Данные по содержанию U, Th, Pb для различных зон зерен монацитов использованы для выполнения неизотопного U–Th– Pbtot-датирования: получены средневзвешенные значения возраста по зонам, выполнены изохронные построения на диаграмме ThO2*–PbO. Полученные датировки по образцу Trebilcock удовлетворительно согласуются с литературными, датировки монацитов Пещернинского штока и Шарташского массива – с данными изотопных U-Pb-датировок по циркону. Выводы. Проанализированы физико-химические характеристики чералита, ксенотима и циркона в пробах Пещернинского штока; предприняты попытки U–Th–Pbtot-датирования чералита, ксенотима и циркона. Описанный алгоритм и аналитические методики использованы в ЦКП “Геоаналитик” для микрозондового неизотопного датирования фосфатных минералов.
Литосфера. 2024;24(2):376-397
376-397
Закономерные связи состава, структуры и свойств кристаллов водородсодержащих соединений
Аннотация
Объект исследования. Кристаллы водородсодержащих соединений, принадлежащие семейству суперпротоников. Цель. Получение знаний о закономерных связях между составом, атомным строением, реальной структурой и физическими свойствами материалов для понимания процессов в конденсированных средах и создания научных основ для модификации известных или получения новых соединений. Материалы и методы. Комплекс взаимодополняющих физических методов, включая структурный анализ с использованием рентгеновского, синхротронного излучений и нейтронов, оптическую микроскопию, атомно-силовую микроскопию, для получения экспериментальных данных для кристаллических материалов. Результаты. Для кристаллов-суперпротоников получены экспериментальные данные об их атомном строении, реальной структуре и физических свойствах, в том числе о системах водородных связей и их изменениях. Выводы. На физические свойства кристаллов-суперпротоников существенное влияние оказывают системы водородных связей и их изменения, прежде всего формирование динамически разупорядоченных водородных связей с энергетически эквивалентными позициями атомов водорода. При проведении диагностики кристаллических образцов необходимо также учитывать их реальную структуру, в том числе строение поверхностных слоев, наличие кристаллизационной воды, которые могут влиять на измеряемые физические параметры, границы существования фаз, формирование многофазного состояния при изменении температуры.
Литосфера. 2024;24(2):398-405
398-405
Синтез кристаллов сульфидных минералов инконгруэнтными методами на примере систем Cu–Fe–S и Cu–Fe–Se
Аннотация
Объект исследования. Понимание структуры и термодинамических свойств сульфидных минералов важно для изучения парагенезиса образования сульфидов на Земле и в космосе, а также для анализа технологических вопросов переработки руд и концентратов полисульфидного продукта. Для многих представителей систем Cu–Fe–S и Cu–Fe–Se отсутствуют литературные экспериментальные и теоретические данные. Цель. Синтез кристаллов в системах Cu–Fe–S и Cu–Fe–Se при минимально возможных температурах для последующего изучения их физических свойств, одновременно с этим решение главной задачи материаловедения в связке состав–структура–свойства. Материалы и методы. Синтез кристаллов проводили раствор-расплавным методом в стационарном температурном градиенте, в вакуумированных запаянных ампулах из кварцевого стекла. В эксперименте использовали два вида ампул, стандартные и длинные. Ампулы заполняли шихтой и солевой смесью RbCl-LiCl эвтектического состава, вакуумировали и запаивали, затем помещали в кварцевые или керамические стаканы по несколько штук, а стаканы – в трубчатые печи так, чтобы концы ампул с шихтой располагались ближе к центру печи, а противоположные концы ближе к краю для создания температурного градиента. Для стандартных ампул температура горячего конца составляла 520–469℃, холодного конца – 456–415℃. Для длинных: горячий конец – 470℃, холодный – 340℃. Продолжительность синтеза составляла от трех до четырех месяцев. Результаты. В зависимости от состава шихты получены кристаллы халькозина Cu2S, борнита Cu5FeS4, халькопирита CuFeS2, изокубанита CuFe2S3, железосодержащего сульфида димеди с содержанием железа до 8 ат. % и различные равновесные ассоциации с их участием, а также пирита FeS2 и пирротинов Fe1–xS. В некоторых образцах найдены дендриты меди. Кроме того, получены кристаллы фазы примерного состава CuFeSe2. Показано, что благодаря разным комбинациям степеней окисления всех трех элементов, растворенных в солевом электролите, возможно получение фаз с практически любым стехиометрическим соотношением. С помощью спектроскопии комбинационного рассеяния уверенно регистрируются халькопирит и изокубанит. При этом часть проб локально характеризуется “отсутствием” спектра, что свидетельствует, вероятно, о металлических (полуметаллических) свойствах образцов. Выводы. На примере систем Cu–Fe–S и Cu–Fe–Se показана возможность получения кристаллов сульфидов в солевом расплаве RbCl-LiCl вплоть до температуры эвтектики 313℃. Из-за низкой температуры синтеза необходимо проводить его в течение нескольких месяцев, и в результате получаются кристаллы размером в доли миллиметра.
Литосфера. 2024;24(2):406-415
406-415
Изучение особенностей сокристаллизации сложных бериллийсодержащих силикатных фаз в зональных образцах методом рентгеноспектрального электронно-зондового микроанализа
Аннотация
Объекты исследования. Слитки силикатов, содержащих четыре видообразующих компонента Be, Mg, Al, Si, относящиеся к составам области кристаллизации бериллиевого индиалита (идеальная формула Mg2BeAl2Si6O18, структурный тип берилла). Цель. Работа направлена на решение фундаментальной задачи по выделению закономерностей дифференциации вещества и формирования стабильных и метастабильных фаз в силикатных матрицах. Метод. Авторы применяли метод фиксирования эволюции фазового состава силикатного расплава путем создания градиента температуры. Оригинальность и новизна результатов. Получены новые данные об особенностях фазовых преобразований в силикатных расплавах на основе данных рентгеноспектрального электронно-зондового микроанализа синтезированных образцов бериллиевого индиалита. Выделены сосуществующие метастабильные и стабильные минеральные фазы, показана близость их составов при разной структуре, установлен характер примесных фаз на каждом этапе кристаллизации. Выводы. Экспериментально зафиксирована эволюционная последовательность фазовых ассоциаций, обеспечивающих кристаллизацию бериллиевого индиалита и метастабильных фаз близкого к нему состава, характер которой задается исходным соотношением компонентов. Расширен спектр возможных фазовых ассоциаций, сокристаллизующихся или замещающих стабильную фазу со структурой берилла в расплавах области существования бериллиевого индиалита в системе BeО–MgО–Al2О3–SiО2. Избирательность вхождения хрома в различные фазы изученной системы зависит от возможностей их структуры. Добавление хромофорного элемента хрома является надежным критерием для визуализации последовательных слоев, зон, участков смены фазовых ассоциаций в конечном слитке.
Литосфера. 2024;24(2):416-423
416-423