Уже шесть лет сотрудники Санкт-Петербургского государственного университета изучают минералы вулканов Ключевской группы на Камчатке.

Прозрачные бесцветные удлинённые кристаллы гликинита (в центре фотографии) в ассоциации с другими фумарольными минералами: ламмеритом-β (бирюзовый), лангбейнитом (белый), эвхлорином (травяно-зелёный) и теноритом (чёрный). Фото Олега Сийдры.

История извержений вулкана Толбачик насчитывает тысячи лет. Самое сильное произошло в 1975 году. Событию предшествовал целый рой землетрясений, в силу чего сотрудники Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН смогли его предсказать. Фумарольные месторождения Толбачика богаты экзотическими минералами. Ещё в XIX веке здесь были найдены около 50 ранее неизвестных минералов, к 2017 году описаны более сотни новых камней. Фото: Kuhnmi/Wikimedia Commons/CC BY 2.0.

Тогда произошло два крупных прорыва лавы — на севере и юге территории вокруг вулкана Толбачик. Конусы северного прорыва обозначаются номерами: первый, второй и третий. Наиболее богатые по минеральному составу — фумаролы* первого и второго конусов. Именно на втором шлаковом конусе сотрудники университета обнаружили новый минерал.

Минерал получил название гликинит — в честь выдающегося кристаллографа, профессора кафедры кристаллографии СПбГУ Аркадия Эдуардовича Гликина. По химическому составу это безводный оксисульфат цинка, и, как многие минералы фумарольного происхождения, он отличается наличием дополнительных атомов кислорода, которые не входят в кислотные остатки (сульфатные анионы). Его формула — Zn₃O(SO₄)₂.

«Для безводных минералов, образующихся из газов на фумаролах в сильно окислительных условиях, характерно наличие так называемых дополнительных атомов кислорода, — пояснил руководитель научной группы, доктор геолого-минералогических наук Олег Иоханнесович Сийдра, профессор кафедры кристаллографии СПбГУ. — В вулканических газах много меди. Поэтому обычно преобладают минералы меди. Однако условия минералообразования в изучаемых нами фумаролах настолько сильно окислительные, что оксокомплексы образуются и с цинком».

Профессор Сийдра отметил, что до того, как группа из СПбГУ начала систематически изучать сульфатную минерализацию на фумаролах Толбачика, безводные сульфаты цинка нигде не были описаны. В ходе работ на Камчатке удалось установить сразу четыре новых вида минералов с цинком. Первые три — германнянит, майзланит, белоусовит — обнаружили в 2018—2019 годах. И вот теперь — гликинит.

Помимо цинка в гликините присутствует весьма значительная примесь меди, с которой цинк смешивается в трёх атомных позициях кристаллической структуры. В лабораторных условиях воспроизвести чистый аналог гликинита без примеси меди исследователи не смогли — образовывались другие соединения. Получить необходимые кристаллы для дальнейшего изучения удалось только после добавления в систему меди. По словам специалистов, в данном случае двухвалентные катионы меди выполняют роль стабилизаторов структуры гликинита.

Сотрудники СПбГУ с помощью рентгеноструктурного анализа определили кристаллическую структуру нового минерала. Выяснилось, что кристаллы гликинита образуют сложные срастания (двойники), что значительно усложнило расшифровку структуры. Как оказалось, в оптических свойствах минерала ничего особенного нет. Но, как подчеркнул профессор Сийдра, оптические свойства необходимо изучить у любого нового минерала: «Это своеобразный “отпечаток пальцев” для каждого минерального вида».

Теперь петербургские кристаллографы планируют детально исследовать физические и физико-химические свойства синтетического аналога гликинита — (Zn,Cu)₃O(SO₄)₂. Особенно интересным представляется изучение на синтетических аналогах так называемого разбавленного магнетизма. Явление возникает, когда магнитная подструктура вещества (в данном случае из атомов меди) смешивается (разбавляется) немагнитными ионами (цинк в этом случае), пояснил профессор Сийдра. «Сложные тетраэдрические цепочки из атомов меди и цинка по своей структуре являются фрагментами так называемых сеток кагоме, — отметил он. — Оксоцентрированный тетраэдр OCu₄ — простейший фрустрированный комплекс, так как состоит из четырёх спиновых треугольников. Поиск потенциальных материалов, демонстрирующих свойства квантовых спиновых жидкостей, — весьма важная задача в физике твёрдого тела. Считается, что такие материалы найдут применение при создании квантовых компьютеров».

Комментарии к статье

* Фумаролы — выделения горячего вулканического газа в виде струй парящих масс из трещин или каналов, расположенных на дне и в стенках кратера вулкана.

№1, 2021