Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале American Mineralogist.
Хлоритоид — это широко распространенный 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 слоев 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 Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург), Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН (Петропавловск-Камчатский) и Кольского научного центра РАН (Апатиты) 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, помещенный в дифрактометр, подвергается воздействию рентгеновского излучения. Отраженные 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 слоев, а не трехмерным атомным строением, о чем 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 распространен, 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 Золотарев, доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры кристаллографии Санкт-Петербургского государственного университета.