| Результаты этапа: 1. В активных фумаролах вулкана Толбачик (Камчатка) открыты и детально изучены четыре новых минерала: криптохальцит K2Cu5O(SO4)5, цезиодимит CsKCu5O(SO4)5, элеомеланит (K2Pb)Cu4O2(SO4)4 и борисенкоит Cu3[(V,As)O4]2 (для них в т.ч. на монокристаллах решены кристаллические структуры), а из фумарол вулкана Безымянного (Камчатка) - новый минерал зиминаит Fe3+VO4. Цезиодимит – первый природный сульфат с видообразующим цезием и самый богатый этим элементом минерал, установленный на сегодня в фумарольных системах (до 15 мас.% Cs2O). Элеомеланит и изоструктурные между собой криптохальцит и цезиодимит (они образуют между собой протяженный изоморфный ряд с широко варьирующей величиной отношения Cs:K) принадлежат к новым структурным типам. Борисенкоит, образующий непрерывный ряд с ламмеритом-бета, представляет собой третий природный полиморф простого ортованадата двухвалентной меди, после макбёрнейита и псевдолионсита, и его структура скорее всего стабилизируется примесным As5+. В фумарольной системе Толбачика впервые выявлена и изучена марганцевая минерализация, представленная салтонсиитом, голландитом, биксбиитом и вернадитом. Эти минералы выступают индикаторами чувствительными индикаторами фугитивности кислорода в фумарольном газе.
2. Получен значительный объем новых данных о кристаллохимия неметамиктных оксидов и силикатов, содержащих редкоземельные и радиоактивные элементы [члены ряда твердых растворов цирконолит-3О – лаахит, цирконолит-3Т, ферриакасакаит-(La), ОН-доминантный аналог гадолинита-(Y)] из минеральных ассоциаций молодого геологического возраста, обладающих, как следствие, совершенными кристаллическими структурами. Показано, что в минералах цирконолитового типа недостаток Zr в позиции с координационным числом 7 восполняется преимущественно Mn, а в структурах минералах группы алланита Fe3+ распределяется по двум независимым позициям.
3. Выполнены исследования процессов изменения фазового состава и физико-химических свойств СКАС-монолитов при воздействии гидросферы при помощи комплекса спектроскопических, дифрактометрических и термических методов с целью получения результатов, на основании которых сделан вывод об устойчивости монолитов к этому воздействию. Показано, что в процессе гидролиза алюминий, высвобождающийся из стеклофазы, быстро связывается с силикатной частью, препятствуя превращению гипса в эттрингит и тем самым предотвращая явление «сульфатной атаки», приводящее к разрушению материала.
4. Целый ряд новых результатов получен по минералогии зон гипергенеза рудных месторождений разных типов. В зоне контакта залежи гуано с халькопиритсодержащим габбро на горе Пабеллон де Пика (Тарапака, Чили) открыт и детально исследован новый минерал триазолит – кристаллический триазолятный комплекс состава NaCu2(N3C2H2)2(NH3)2Cl3x4H2O.
Другой новый минерал, аммоний-цинковый член группы пикромерита катеринопулосит (NH4)2Zn(SO4)2x6H2O, открытый в зоне гипергенеза месторождения Эсперанца (Лаврион, Греция), образовался в результате взаимодействия почвенных вод с окисляющимся сфалеритом.
С применением методов XANES- и ИК-спектроскопии, рентгеноспектрального и монокристального рентгеноструктурного анализа изучены кристаллохимические особенности агардита-(Ce) из зоны окисления месторождения Клара (Шварцвальд, Германия) и эпитаксические срастания этого минерала с Sb-аналогом ауриакусита – первым природным ортоантимонатом. Доказано присутствие изолированного катиона H+ в структуре агардита.
В зоне гипергенеза сульфидно-теллуридных руд Сентябрьского золото-серебряного месторождения (Чукотка) открыт илирнейит Mg0.5[ZnMn3+(TeO3)3]x4.5H2O, новый теллурит группы земаннита с видообразующим Mn3+.
Новый минерал каламаит Na2TiO(SO4)2x2H2O, второй природный сульфат титана, открыт в зоне окисления месторождения Алькапарроса, Сев. Чили. Появление сульфатов Ti – элемента, крайне малоподвижного в низкотемпературных гипергенных процессах, является ярким индикаторным признаком экстремально высокой активности природной серной кислоты.
5. Показано, что минералы семейства гидроцеруссита из античных металлургических шлаков Лавриона (Греция) представляют собой смешаннослойные образования на основе гидроцеруссита Pb3(CO3)2(OH)2 и абеллаита NaPb2(OH)(CO3)2. Последний изоструктурен с хрутфонтейнитом Pb3O(CO3)2 – новым минералом из рудника Комбат (Намибия), открытом в ходе выполнения настоящего проекта. В структуре хрутфонтейнита чередуются слои состава PbCO3 и PbO.
Изучена кристаллическая структура фидлерита-1A Pb3Cl4F(OH)хH2O из захороненного в море античного шлакового отвала Паха Лимани близ Лавриона (Греция). Прочности водородных связей в этом минерале, оцененные с применением метода ИК-спектроскопии, хорошо согласуются со структурными данными.
6. Выполнено детальное изучение кристаллохимии и генетических особенностей слоистого щелочного фосфато-силиката беталомоносовита. Проведено комплексное исследование четырех различных химико-структурных разновидностей этого минерала из ультращелочных пегматитовых тел Хибинского массива (Кольский п-ов). Их кристаллические структуры решены на монокристаллах. В результате предложена обобщенная формула минерала: Na5+xTi4[Si2O7]2[PO3(OH)]2-y[PO2(OH)2]yO2[(OH,F)2-zOz], где 0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 1 и 0 ≤ z ≤ 1. Установлено, что беталомоносовит является трансформационным минеральным видом, возникающим в природе только путем замещения ломоносовита Na10Ti4(Si2O7)2(PO4)2O4, при выщелачивании части Na и протонировании атомов O в фосфатных группах и на мостиках Ti-O-Ti без потери фосфора.
7. На материале представительной выборки из 33 образцов минералов группы везувиана, детально изученных с применением комплекса методов, включая рентгеноструктурный анализ и определение химического состава (в т.ч. бор и H2O), а также отношения Fe2+:Fe3+ (методом мёссбауэровской спектроскопии), усовершенствована методика применения ИК-спектроскопии в выявлении тонких локальных кристаллохимических особенностей минералов, имеющих сложные кристаллические структуры. |
| Результаты этапа: 1. В активных фумарольных системах вулкана Толбачик (Камчатка) открыты и детально изучены семь новых минералов: криптохальцит K2Cu5O(SO4)5, цезиодимит CsKCu5O(SO4)5, элеомеланит (K2Pb)Cu4O2(SO4)4, борисенкоит Cu3[(V,As)O4]2, филоксенит (K,Na,Pb)4(Na,Ca)2(Mg,Cu)3(Fe3+0.5Al0.5)(SO4)8, калиталлит K3Tl3+Cl6 х 2H2O и дельталюмит Al2O3, а в фумаролах вулкана Безымянного (Камчатка) - зиминаит Fe3+VO4. Цезиодимит – первый природный сульфат с видообразующим цезием и самый богатый этим элементом минерал, установленный на сегодня в фумарольных системах (до 15 мас.% Cs2O). Элеомеланит, филоксенит и изоструктурные между собой криптохальцит и цезиодимит (они образуют между собой протяженный изоморфный ряд с широко варьирующей величиной отношения Cs:K) принадлежат к новым структурным типам. Калиталлит - третий собственный минерал Tl3+. Дельталюмит – новая природная модификация Al2O3 с дефектной шпинелеподобной структурой.
2. В фумарольных эксгаляциях Толбачика впервые выявлена и изучена марганцевая минерализация, представленная салтонсиитом, голландитом, биксбиитом и вернадитом. Эти минералы выступают чувствительными индикаторами фугитивности кислорода в вулканическом газе.
3. Проведен сравнительный кристаллохимический анализ медных оксосолей, хлоридов и оксидов эксгаляционного генезиса, показано, что они характеризуются очень широким структурным разнообразием (96 минеральных видов относятся к 80 структурным типам) и четко подразделяются на две генетического группы, формирующиеся при разных температурах. Высокотемпературная группа (образуется при 400-700 град. С) уникальна. Ни один из этих минералов не содержит водорода, и для этих минералов координационные числа Cu2+ 4 и 5 более типичны, чем 6. Низкотемпературная группа (70-150 град. С) в основном представлена OH- и/или H2O-содержащими фазами, а катион Cu2+ в них имеет сильное сродство к октаэдрической координации.
4. Установлено, что члены надгруппы сапфирина доррит, хесинит, рёнит и куратит формируют в молодых вулканитах и в паралавах сложную систему твердых растворов. Доррит и хесинит образуют изоморфный ряд с главными схемами замещений IVAl => IVFe3+ и VIMg2+ + IVSi4+ => VIFe3+ + VFe3+. В изоморфном ряду между дорритом и рёнитом главная схема замещений: VIMg2+ + IVSi4+ => VIFe3+ + IVAl3+, другие схемы: 2VIFe3+ => VIMg2+ + VITi4+ и VIIICa2+ + VIFe3+ => VIIINa+ + VITi4+. Упрощенные формулы трех минералов данной системы модифицированы: доррит: Ca2(Fe3+,Mg)5Mg[(Al,Fe3+,Si)5SiO20]; хесинит: Ca2(Fe3+,Mg)5Mg[(Fe3+,Al,Si)5SiO20]; рёнит: Ca2(Mg,Fe3+)5Ti[(Si,Al)6O20].
5. Получен значительный объем новых данных о кристаллохимии неметамиктных оксидов и силикатов из плейстоценовых санидинитов Айфеля (Германия), содержащих редкоземельные и радиоактивные элементы [члены ряда твердых растворов цирконолит-3О – лаахит, цирконолит-3Т, ферриакасакаит-(La)]. Открыты два новых минерала семейства цирконолита – штефанвайсит (Ca,REE)2Zr2(Nb,Ti)(Ti,Nb)2Fe2+O14 и нёггератит-(Ce) (Ce,Ca)2Zr2(Nb,Ti)(Ti,Nb)2Fe2+O14. Изучено распределение катионов в минералах этого семейства. Главная схема изоморфизма у его ромбических членов: Ca2+ + Ti4+ + Zr4+ <=> REE3+ + Nb5+ + Mn2+, подчиненная – REE3+ + Zr4+ <=> Ca2+ + Nb5+. Рост содержания Nb до 25-30 мас.% сопровождается понижением симметрии до моноклинной.
6. Изучены процессы, протекающие при взаимодействии с гидросферой СКАС-монолита – перспективного материала для иммобилизации радиоактивных отходов, получаемого при утилизации золы уноса ТЭЦ. В результате гидролиза и карбонатизации Ca2SiO4 в СКАС-монолите образуется слоистый гидросиликат Ca, а в результате изменения стеклообразной фазы - слоистый гидроксисиалюмосиликат Ca, которые заполняют поровое пространство материала, что способствует росту его прочностных характеристик.
7. Показано, что минералы семейства гидроцеруссита из античных металлургических шлаков Лавриона (Греция) представляют собой смешаннослойные образования на основе гидроцеруссита Pb3(CO3)2(OH)2 и абеллаита NaPb2(OH)(CO3)2. Последний изоструктурен с хрутфонтейнитом Pb3O(CO3)2 – новым минералом из рудника Комбат (Намибия), открытым в ходе выполнения настоящего проекта. В структуре хрутфонтейнита чередуются слои состава PbCO3 и PbO. В Комбате также открыт новый минерал янчевит Pb7V5+O8.5Cl2. Установлено, что мерехедит, плюмбонакрит, сомерсетит, хрутфонтейнит, роймиллерит и бритвинит являются эффективными концентраторами бора даже в геологических обстановках с относительно низкими содержаниями этого элемента.
8. Ряд новых результатов получен по минералогии зон гипергенеза рудных месторождений разных типов. В зоне контакта залежи гуано с халькопиритсодержащим габбро на горе Пабеллон де Пика (Тарапака, Чили) открыт и детально исследован новый минерал триазолит – кристаллический триазолятный комплекс состава NaCu2(N3C2H2)2(NH3)2Cl3x4H2O. Новый минерал каламаит Na2TiO(SO4)2x2H2O, второй природный сульфат титана, открыт в зоне окисления месторождения Алькапарроса, Сев. Чили. Появление сульфатов Ti - яркий индикаторный признак экстремально высокой активности природной серной кислоты. В зоне гипергенеза сульфидно-теллуридных руд Сентябрьского золото-серебряного месторождения (Чукотка) открыт илирнейит Mg0.5[ZnMn3+(TeO3)3]x4.5H2O - новый теллурит группы земаннита с видообразующим Mn3+. В зоне окисления месторождения Эсперанца (Лаврион, Греция) открыт новый минерал группы пикромерита катеринопулосит (NH4)2Zn(SO4)2x6H2O. Доказано присутствие изолированного катиона H+ в структуре агардита – водного арсената Cu и REE. По результатам определения структуры и ИК-спектроскопического изучения эмбрейита впервые выведена его кристаллохимически корректная упрощенная формула: Pb2(Pb,Cu,[vac])[(Cr,P)O4]2(H2O,OH,[vac]).
9. Выполнено детальное изучение кристаллохимии и генетических особенностей слоистого щелочного фосфато-силиката беталомоносовита. Решены кристаллические структуры четырех различных химико-структурных разновидностей этого минерала из Хибинского массива (Кольский п-в), предложена его обобщенная формула: Na5+xTi4[Si2O7]2[PO3(OH)]2-y[PO2(OH)2]yO2[(OH,F)2-zOz], где 0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 1 и 0 ≤ z ≤ 1. Установлено, что беталомоносовит возникает только путем замещения ломоносовита Na10Ti4(Si2O7)2(PO4)2O4, при выщелачивании части Na и протонировании атомов O в фосфатных группах и на мостиках Ti-O-Ti без потери фосфора.
10. Выполнен сравнительный минералогический и кристаллохимический анализ гетерофиллосиликатов группы лампрофиллита из молодых вулканитов и щелочных интрузивных пород. Показано, что видообразование в этой группе регулируется активностью Na. Ее росту соответствует такая последовательность смены минералов: эрикссонит => шюллерит => лилейит => эммерихит => лампрофиллит + баритолампрофиллит + фторлампрофиллит + фторбаритолампрофиллит.
11. Изучены химический состав, кристаллохимические особенности и физические свойства продуктов природного преобразования с участием процессов выщелачивания, ионного обмена и окисления ряда минералов группы эвдиалита. В Хибинском массиве открыт новый минерал сиудаит – Fe3+-доминантный аналог георгбарсановита. В минерале группы эвдиалита из Ковдорского массива (Кольский п-в) Ti входит в 4 октаэдрические позиции (Zr, M2, M3 и M4), а Na в значительной степени замещён H3O+, Ca2+ и Sr2+ в ходе природных ионообменных процессов.
12. Детально изучена серия образцов меланофлогита и показано, что его можно рассматривать не как один минерал, а как группу родственных клатратных соединений с общим типом кремнекислородного каркаса, но разным набором внекаркасных компонентов (CO2, CH4, H2S, N2, H2O, C2H6), заселяющих структурные полости двух типов. |
