Камень-хамелеон
Кандидат химических наук Максим Абаев
Ночью, как известно, все кошки серы. Поэтому, чтобы увидеть пушистое великолепие в полной красе, нужно дождаться восхода солнца, ну или хотя бы включить лампочку.
Возьмём самый неживой из всех неживых объектов — камень. Кажется, что к солнцу он совершенно равнодушен. Он, конечно, может нагреться и затем остыть, но без тепловизора мы невооружённым глазом это никак не увидим. Поэтому когда в XIX веке (тут данные разнятся: в одних источниках говорится о 1803—1807 годах, а в других приводится 1896 год) геологи в Гренландии нашли минерал красивого фиолетового оттенка, то они были наверняка крайне удивлены, обнаружив, что через некоторое время минерал быстро потускнел и превратился в обычный, ничем не примечательный образец горной породы. «Выгорание» было как-то не очень распространено в те времена, тем более среди камней.
Первое научное описание и определение состава необычного минерала сделал финский петрограф Леонард Боргстрём в 1901 году. Он же и назвал минерал — гакманит, в честь геолога Виктора Акселя Хакмана, на тот момент преподавателя минералогии и петрографии Гельсингфорсского (ставшего впоследствии Хельсинским) университета. Роль Хакмана, судя по всему, состояла в том, что он передал Боргстрёму образец будущего гакманита, добытый ранее во время геологической экспедиции Вильгельма Рамзая на Кольский полуостров. Да, с этим минералом было всё не просто с самого начала. Химический анализ показал, что камень-хамелеон представляет собой одну из форм содалита — минерала, открытого почти веком ранее в горных породах на юго-западном побережье всё той же Гренландии. В его состав входят алюминий, кремний, натрий, хлор, кислород и немного серы. На первый взгляд ничего необычного — алюмосиликатов с похожим составом множество. Вот только ни один из них так не реагировал на солнечный свет.
Конечно, учёным на тот момент уже более полувека был известен минерал александрит, который выглядит зелёным при естественном освещении и красноватым при искусственном или вечернем свете. Ещё более известен минерал турмалин, чьи кристаллы меняют цвет в зависимости от того, под каким углом на них смотреть. Стоит упомянуть и знаменитый кубок Ликурга — древнеримский сосуд, в котором стекло на просвет имеет красный оттенок, а в отражённом свете выглядит зелёным. Но во всех этих примерах цвет минералов (или искусственного стекла) был результатом взаимодействия света и вещества, причём вещество оставалось неизменным. Тогда как гакманит сам менялся под действием света, и его цвет был обусловлен именно состоянием вещества, а не особенностями освещения или наблюдения. И что ещё удивительнее — эти изменения были обратимыми, то есть гакманит мог многократно переходить из окрашенной формы в неокрашенную и наоборот. Чтобы вернуть окраску выцветшему на солнце минералу, его надо было подержать некоторое время под ультрафиолетовым светом (в ту пору как раз появились кварцевые ртутные лампы, которые стали удобным лабораторным источником ультрафиолета). Такое поведение можно было бы объяснить химическими превращениями (и подобных светочувствительных веществ дей-ствительно много), но в случае минерала, где каждый атом крепко привязан к своему месту в кристаллической решётке, какая-либо «химия» практически исключена.
Позже гакманиты нашли в других частях света: в канадском Квебеке, в афганском Бадахшане, в долине Могок в Мьянме. В России, помимо Кольского полуострова, гакманиты были обнаружены в Инаглинском массиве в Якутии. Любопытно, что если «северные» камни из Гренландии и Квебека бледнеют на солнце, то «южные», афганские и бирманские, наоборот: на свету приобретают более яркую окраску. В темноте же и те и те светлеют, а «подзаряжаются» оба от источника ультрафиолета. Помимо гакманитов способность «загорать» на солнце нашли у других камней, например, у минерала с забавным названием тугтупит (с одного из инуитских языков переводится как «олений камень»). Но как всем этим камням удаётся менять цвет?
Всё дело в особенностях кристаллической решётки минерала, точнее, в том, что она не идеальна и в ней есть дефекты. Например, во время образования кристалла атом серы может занять место атома хлора. Казалось бы, ну и ладно, не будем перфекционистами и продолжим строить кристаллическую структуру дальше. Но в кристаллической решётке находятся не атомы, а ионы, то есть атомы с положительным или отрицательным зарядом, условно говоря, с «плюсиками» и с «минусиками». Вот только у атома хлора минус один, а у серы — целых два минуса. И чтобы кристалл оставался электрически нейтральным (это важное условие), из него после внепланового заселения серы должен уйти ещё один соседний хлор, оставив после себя пустое место. А пустое место всегда привлекает разных гостей...
Продолжение статьи читайте в номере журнала
