Зачем варить минеральный «суп»?

Заведующая лабораторией комплексного анализа уникальных рудоносных систем Геологического института КНЦ РАН, кандидат геолого-минералогических наук Юлия Михайлова и младший научный сотрудник Лаборатории арктической минералогии и материаловедения КНЦ РАН Григорий Ильин проводят любопытный эксперимент: исследуют минералы группы лампрофиллита Ловозерских и Хибинских тундр в растворах. Подобная совместная работа позволяет объединить знания и усилия петрографов и минералогов Кольского научного центра. Нынешний эксперимент – один из этапов губернаторского гранта, полученного руководителем Лаборатории арктической минералогии и материаловедения Сергеем Аксеновым.

– В природе встречаются лампрофиллиты с большим недостатком катионов. Возможно, они были потеряны путем катионного обмена с природной средой, выщелочились. А возможно, минералы так и кристаллизовались, в недостатке, – рассказывает Юлия Михайлова. – Суть нашей работы заключается в том, чтобы проверить, как это происходило в природной среде, восстановить подобные условия экспериментальным способом. Сегодня мы пытаемся выщелачивать образцы лампрофиллита, заставляем их терять катионы в разных растворах: не только в щелочном, но и в кислом, слабосоленом, нейтральном.

Экспериментальная петрология в целом является направлением, которое дает возможность ученым в лаборатории смоделировать разнообразные природные процессы, восстановить некоторые особенности жизни минерала, условия его образования или преобразования. Серия экспериментов со сменой этих условий позволяет моделировать, например, этапы кристаллизации минералов, их плавления и кристаллизации расплавов. Отталкиваясь от того, что именно необходимо узнать, можно лабораторно имитировать природный процесс, например, магматическую кристаллизацию или, как в данном случае, гидротермальные изменения.

Но почему именно лампрофиллит вызвал интерес исследователей?

– Дело в том, что ранее им никто особенно не занимался, в подобном ключе его не исследовали, хотя это первый минерал, открытый в Хибинах, и он довольно распространен в щелочных массивах мира, – рассказывает Григорий Ильин. – Сейчас он представляет собой целую группу минералов, куда входит и баритолампрофиллит.

Лампрофиллит – минерал слоистый, у него очень прочные кремний-титановые слои, которые перемежаются слабыми связями щелочных металлов. У баритолампрофиллита пространство между кремний-титановыми слоями шире, чем у лампрофиллита, и возможностей для миграции катионов будто бы больше. Интересно понять этот механизм и попробовать создать природный аналог выщелоченного лампрофиллита, а также проверить в лабораторных условиях, как катионы мигрируют по разной ширине межслоевых пространств. Возможно, мы обнаружим у отдельных видов лампрофиллита интересные ионообменные свойства.

Лампрофиллит и баритолампрофиллит различаются по цвету и блеску и по-разному ведут себя в чистых, с точной навеской, растворах. Растворы нагреваются до 200 градусов Цельсия и остаются в такой температуре на протяжении двух недель для ускорения реакции. Таким образом, искусственные условия становятся схожи с теми, что были в гидротермальную фазу в момент становления наших щелочных массивов. Ученые моделируют процесс протекания разнообразных растворов через жилу с лампрофиллитом.

– При создании растворов мы ориентировались на наши предыдущие эксперименты по эвдиалиту и нефелину, – рассказывает Юлия Михайлова. – Это помогло нам понять, как образуются новые минеральные виды эвдиалита, а в случае с нефелином мы смоделировали условия, при которых породы изменяются, создается минеральная ассоциация, которую мы наблюдаем в природе. При изучении лампрофиллитов посыл иной – узнать, потерял он в природных условиях катионы, или их и не было изначально. Полученный экспериментальным способом лампрофиллитовый материал мы будем изучать всесторонне: поменялась ли структура, что исчезло и что добавилось? Проведем различные исследования химии, структуры, свойств продукта, проверим химический состав раствора, а затем сможем делать выводы о том, в какой среде и при каких условиях в Хибинах и Ловозерском массиве рождался подобный материал.