• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
04.04.2022
КНЦ РАН
9 680

Найден минерал, который может быть носителем породообразующих и редких элементов в природе

5.1

Международная команда ученых, куда вошли исследователи из Кольского научного центра, обнаружила минерал, который по предположению ученых может быть универсальным потенциальным носителем породообразующих и редких элементов при давлениях вплоть до мантийных.

Найден минерал, который может быть носителем породообразующих и редких элементов в природе / ©Getty images / Автор: Сергей Данилов

Комплекс Хатрурим (он же – Пятнистая зона) в окрестностях Мертвого моря уже принес исследователям много открытий. В частности, здесь был обнаружен минерал, который ранее находили только в метеоритах, а также соединения фосфора, которые с большой степенью вероятности могли помочь возникновению жизни на Земле.

Исследователи, представляющие Санкт-Петербургский государственный университет, Кольский научный центр Российской академии наук, Байройтский университет, Баварский научно-исследовательский институт экспериментальной геохимии и геофизики и Университет Падуи, продолжают изучение состава слагающих эту местность пород. Новое их открытие – это минерал, который по предположению ученых может быть универсальным потенциальным носителем породообразующих и редких элементов при давлениях вплоть до мантийных.

Статья об открытии опубликована в журнале American Mineralogist. Пятнистая зона представляет собой крупнейший в мире комплекс пирометаморфических пород с выходами на поверхность, разбросанными на значительной территории Ближнего Востока от южного суббассейна Мертвого моря до границы между Северной Иорданией и Сирией.

Кристаллическая структура кубического перовскита и его гипотетического аристотипического аналога / ©Пресс-служба КНЦ РАН

Ее происхождение пока остается предметом дискуссий. Предполагается, что образовалась она в ходе прокаливания и плавления меловых мергелей и мелов при температурах, достигающих 1400 °С, однако недавнее обнаружение минерала аллабогданита (Fe,Ni)2, который мог образоваться только при высоком давлении, вызвало множество вопросов относительно развития этого комплекса пород.

В образцах, собранных в израильской пустыне Негев, авторы нашли первый природный перовскит (CaTiO3), обладающий кубической кристаллической решеткой (структура перовскита в природе является ромбической). Его прозрачные, желтовато-коричневые кристаллы достигают в размере 50 микрон и имеют обильные микронные включения мелилитового стекла. Новый минерал стабилен при сжатии не менее чем до 50 Гпа, а при атмосферном давлении устойчив до 1250±50°С. При более высокой температуре его кристаллы сливаются с внедренным мелилитовым стеклом, образуя смесь титанита и анортита.

Выяснить происхождение кубического перовскита из формации Хатрурим помогают включения мелилитового стекла. По-видимому, минерал образовался в твердом состоянии и никогда не подвергался нагреву выше 1250°С при атмосферном давлении. Форма включений мелилитового стекла указывает на то, что они аморфизировались, оставаясь в твердом состоянии. Температура плавления мелилита – 1400-1600 °С, поэтому его расплавление неизбежно привело бы к сплавлению с перовскитом.

Кубический перовскит и сопутствующие минералы. (а) Кристаллы перовскита в микрокристаллическом гелените. Микрофотография в рассеянном свете. (б) Тот же участок в отраженном свете. (в) Перовскит и α-(Fe,Ni). (г) Перовскит, сросшийся с α-(Fe,Ni). д – кристаллы пойкилитового перовскита, плотно заполненные мелилитовым стеклом. (е) Перовскит, α-(Fe, Ni) и богатый кремнием фторапатит в геленитовой матрице. Сокращения: Prv – кубический перовскит, Gh – геленит, Si-Ap – кремнийсодержащий фторапатит / ©Пресс-служба КНЦ РАН

Твердофазная аморфизация может быть достигнута несколькими способами, включая облучение альфа-лучами или электронным пучком, химическую обработку или механическое измельчение. Наиболее вероятна аморфизация под давлением не ниже 11 Гпа, а скорее всего, выше 30 ГПа. Если такое предположение верно, кубический перовскит подвергался давлению в несколько гигапаскалей или мог образоваться при таком давлении.

Необычно также высокое содержание кремния в минерале. Перовскиты с высоким содержанием кремния ранее наблюдались только в виде включений в алмазы, имеющие сверхглубокое, мантийное происхождение. Однако нет никаких геологических свидетельств выхода в районе Мертвого моря мантийных пород на поверхность или остатков крупномасштабной ударной структуры. Ученые предполагают, что признаки событий высокого давления или выходов мантийных пород могли быть стерты более поздними наложенными пирометаморфическими процессами и обширной эрозией в Южном Леванте, в то время как геохимические аномалии в этой области все еще не полностью объяснены.

Почему это открытие так важно? Во-первых, оно может дать новую точку зрения на геохимические процессы в Пятнистой зоне, поскольку кубический перовскит объединяет в своем составе ряд геохимически значимых элементов. Во-вторых, необходимо помнить, что структура перовскита — это один из «кирпичиков», из которых строится решетка природных минералов, а также основа для синтеза новых материалов с интересными свойствами. Силикаты со структурой перовскита cчитаются основными составляющими мантии Земли.

Поведение синтетического перовскита при высоких давлениях было подробно изучено как прогностическая модель эволюции силикатных перовскитов в условиях мантии. При высоких давлениях и температурах он может приобретать кубическую форму. Эта модификация обратима при охлаждении. В синтетических системах замена титана на железо приводит к получению закаленного кубического перовскита, однако природный перовскит железа практически лишен. Поэтому ранее не предполагалось, что кубический перовскит встречается в природе.

Стабилизация кубической симметрии найденного минерала достигается за счет ранее не наблюдаемого смещения атома кислорода из его идеального структурного положения. Проанализировав структуру, ученые предположили, что она обеспечивает механизм включения практически любого элемента в каркас природных перовскитов. Устойчивость таких неупорядоченных структур до очень высоких давлений может свидетельствовать о том, что подобные перовскиты могут быть универсальными носителями большинства элементов мантии Земли.

Открытие природного кубического перовскита позволяет рассматривать его в качестве потенциального носителя большинства петрогенных и рассеянных элементов во внутренних геосферах нашей планеты. Стабильность обнаруженного минерала при давлениях на уровне мантии делает его кандидатом на содержание как породообразующих, так и менее распространенных элементов в недрах планет. То есть наряду с новым, неупорядоченным типом перовскитового каркаса и структурно разрешенным дефицитом кислорода открываются новые пути для моделирования поведения таких структур в различных планетарных средах.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Кольский научный центр Российской академии наук (бывший Кольский филиал Академии наук СССР) имени С. М. Кирова, объединение научных учреждений РАН на Кольском полуострове.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 08:35
Полина Меньшова

Британский учитель географии Грэм Сеньор работал в саду и случайно обнаружил в земле небольшой прямоугольный камень. Оказалось, что на артефакте высечен текст, написанный с помощью древнего кельтского алфавита огам.

Вчера, 16:47
Ольга Иванова

Американские ученые описали новый вид уникального паукообразного с крепкими ногами, усыпанными шипами. Членистоногое жило в каменноугольном периоде и совершенно не похоже ни на один современный вид.

7 часов назад
Мария Азарова

Ученые провели эксперимент, в котором манипулировали кишечной микробиотой мужчин с помощью пищевых добавок. Так удалось показать, что состав микробиома влияет на решение добиваться справедливости для себя, «альтруистически» наказывая оппонента.

Вчера, 08:35
Полина Меньшова

Британский учитель географии Грэм Сеньор работал в саду и случайно обнаружил в земле небольшой прямоугольный камень. Оказалось, что на артефакте высечен текст, написанный с помощью древнего кельтского алфавита огам.

18 мая
Полина Меньшова

При гипертонии пациентам рекомендуют аэробные тренировки, включающие в себя, например, ходьбу, бег, танцы, езду на велосипеде. Но такая физическая нагрузка положительно влияет на артериальное давление только в вечернее время, выяснили физиологи из Бразилии и США.

Позавчера, 17:46
Александр Березин

Миссия NS-25 стала первой после длительной приостановки полетов New Shepard — полностью многоразового суборбитального носителя и корабля. Джефф Безос, владелец Amazon, 24 года назад создавший компанию Blue Origin, некогда планировал, что этот носитель станет базой для серьезной выручки от космического туризма.

24 апреля
Ольга Иванова

Ученые из Австралии и Канады пришли к выводу, что подавляющее большинство одиноких людей не вступает в романтические отношения из-за страха. С одной стороны ими руководят опасения, что их отвергнут, с другой — что они потеряют свою независимость.

15 мая
НИУ ВШЭ

Международный коллектив исследователей при участии ученых из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ изучил, как выбор иностранного языка влияет на когнитивные способности человека. Оказалось, что языки, непохожие на родной, стимулируют когнитивную функцию на начальном этапе их изучения, а близкие к родному имеют отложенный эффект и помогают мозгу эффективнее работать при более высоком уровне владения иностранным языком.

3 мая
Василий Парфенов

Ледяной покров Антарктики претерпевает значительные изменения на протяжении года, и его поведение хорошо изучено в общем. Но некоторые локальные аномалии объяснить не получается вот уже несколько десятилетий. Одна из них — полынья возвышения Мод, или полынья моря Уэдделла, которая появляется нерегулярно на одном и том же месте. Международная команда океанологов, наконец, смогла разгадать механизмы ее образования.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: