Минералы группы эвдиалита как твердые растворы c переменным числом и составом атомов в структурных позициях

Хомяков А.П.

ИМГРЭ, Москва

Современная минералогическая номенклатура базируется на принципе, согласно которому выделение каждого нового минерального вида в рамках определенного структурного типа осуществляется по преобладанию хотя бы в одной позиции кристаллической структуры иного химического элемента, чем у известных минералов данного типа. В плане реализации указанного принципа большую проблему до последнего времени представляли многокомпонентные минералы цеолитной структуры с разнозаселенными позициями (группы эвдиалита, лабунцовита и т.п.), для которых отсутствовали надежные критерии отнесения к определенному структурному типу. Ключом к решению проблемы явились развиваемые автором представления о подобных минералах как нестехиометрических соединениях с переменным числом и составом атомов в структурных позициях. В теории изоморфизма они рассматриваются обычно (Белов, Смирнова, 1969; Филатов, Бубнова, 1983) как изодиморфные твердые растворы, конечные члены которых относятся к разным структурным типам.

Согласно нашим представлениям, все наблюдаемое в природе разнообразие таких минералов может быть описано на основе сочетаний ограниченного набора стехиометрически завершонных структурных и химических конечных членов, для обозначения которых введены термины ⌠структалы■ (structals) и ⌠хималы■ (chemals) соответственно (Khomyakov, 2008). Каждый структал характеризуется идеализированной структурной формулой с полнозаселенными позициями, а каждый химал - идеализированной химической формулой с целочисленными коэффициентами. Кристаллохимические особенности конкретного структурно изученного образца минерала могут быть охарактеризованы парциальными долями структалов и молярными долями хималов. Минеральные виды выделяются по сочетанию доминирующих структурного и химического конечных членов. Одному структурному конечному члену, доминирующему в разных растворах, могут отвечать сочетания с разными хималами, доминирующими в тех же растворах и, как следствие этого, одному структурному типу может отвечать серия из нескольких разных минеральных видов.

Минералы группы эвдиалита (МГЭ), расширившейся в последние годы до 24 видов, объединяют тригональные цирконо- и титаносиликаты с общей формулой A(1)₃A(2)₃A(3)₃A(4)₃A(5)₃B_3-6CD{M₆Z₃[T₂₄O₇₂]}(O,OH)_2-6X₂, в которой фигурными скобками выделен ажурный гетерополиэдрический каркас (Хомяков, 2007). Среди них известны члены с пространственными группами R-3m, R3m и R3, а также члены с 12-слойной (a~14.2, c~30 Å)и 24-слойной структурой (a~14.2, c~60 Å). В позициях A(1)-A(5) обычно доминирует Na, в отдельных из них также K, H₃O⁺, Mn, Ca, Sr, REE; B = Fe²⁺, Fe³⁺, Mn, Zr, Na, K; C = Nb, W, Ti, Mn, Si; D = Si, Nb; M = Ca, Mn, Sr, REE, Y, Na; Z = Zr, Ti; T = Si; X = Cl, F, H₂O, CO₃. Внекаркасные катионы и анионы локализуются в разнообъемных полостях, в которых кристаллоструктурным анализом, наряду с высокозаселенными, фиксируется целый ряд малозаселенных структурных позиций, находящихся на сближенных расстояниях друг от друга. При этом между различными представителями МГЭ устанавливаются существенные различия как по общему числу, так и по составу атомов, занимающих указанные позиции. На основе выделения в структурах МГЭ доминирующего структала установлена принадлежность 24 официально утвержденных членов группы к 15 разным структурным типам, названным по минералам с прецизионно изученной структурой. Это структурные типы аквалита, аллуайвита, воронковита, голышевита, дуалита, икранита, карбокентбруксита, кентбруксита, лабиринтита, моговидита, онейллита, раслакита, расцветаевита, эвдиалита R-3m и эвдиалита R3m. Остальные минералы отнесены к структурным типам карбокентбруксита (два вида) и кентбруксита (семь видов) как индивидуальные по доминирующему хималу члены соответствующих изоструктурных серий.

Все структурные типы МГЭ гомеотипны. Различаясь в основном геометрией размещения атомов по позициям цеолитной части структуры, они тесно связаны между собой одинаковой топологией гетерополиэдрического каркаса {M₆Z₃[T₂₄O₇₂]} и вместе составляют единый структурный класс эвдиалита, в котором выделяются два подкласса по принадлежности к 12- и 24-слойному структурным мотивам и шесть семейств структурных типов по комбинациям двух структурных мотивов с каждой из трех установленных в эвдиалитах групп симметрии.

В составе минералов группы эвдиалита установлено около половины элементов Периодической системы. Широкие вариации их содержаний в большинстве внекаркасных и части каркасных позиций в сочетании с большим разнообразием структурных типов выдвигают эту группу в разряд уникальных по числу потенциально возможных минеральных видов и делают исследование минералогии и кристаллохимии МГЭ чрезвычайно перспективным для новых минералогических открытий. Вместе с тем тесное структурное и химическое родство различных членов группы определяет визуальную неразличимость многих из них, а также недостаточность для их надежной идентификации обычных диагностических методов. Уверенная диагностика отдельных видов данной группы в настоящее время возможна лишь при использовании сравнительно малодоступных монокристальных методов структурного анализа. В связи с этим большого внимания заслуживают предложения (Боруцкий, 1999; Булах, Петров, 2003; Ярошевский, Багдасаров, 2007) рассматривать эвдиалит как особый минерал переменного состава с переменной структурой и выделять его существенно обогащенные теми или иными элементами разновидности. Последние могут эффективно использоваться в качестве геохимических индикаторов процессов минералообразования, как это убедительно продемонстрировано в ряде работ (Агеева и др., 2002). Очевидно, что оба направления исследований МГЭ ─ "видовое■ и ⌠разновидностное■ ─ будут еще долгое время развиваться параллельно, дополняя и обогащая друг друга.

Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант ╧ 07-05-00084.

Литература

Агеева О.А., Боруцкий Б.Е., Хангулов В.В. Эвдиалит как минералого-геохимический индикатор метасоматических процессов при формировании пород комплекса пойкилитовых нефелиновых сиенитов Хибинского массива // Геохимия. 2002. ╧ 10. С. 1098-1105.

Белов Н.В., Смирнова Н.Л. Основные понятия изоморфизма с точки зрения кристаллохимии // II Всесоюзный симпозиум по проблеме изоморфизма. Тез. докл. М. 1969. С. 2-6.

Боруцкий Б.Е. О минералах переменного состава с переменной структурой // Минералогическое общество и минералогическая наука на пороге XXI века. Тез. докл. к IX съезду Минералогического об-ва при РАН, СПб. 1999. С. 301.

Булах А.Г., Петров Т.Г. Химическое разнообразие минералов группы эвдиалита, их ранговые формулы и химико-структурные разновидности минеральных видов // Записки РМО. 2003. ╧ 4. С. 1-17.

Филатов С.К., Бубнова З.С. Изоморфизм и смежные кристаллохимические явления (опыт систематики) // Записки ВМО. 1983. ╧ 5. С. 552-556.

Хомяков А.П. Кристаллохимическая систематика группы эвдиалита // III Международный симпозиум Минеральное разнообразие ─ исследование и сохранение. Доклады. София: Земята и хората, 2007. С. 257-264.

Ярошевский А.А., Багдасаров Ю.А. О принципах выделения новых минеральных видов и их названий (некоторые соображения по поводу названий минералов) // Записки РМО. 2007. ╧ 5. С. 114-124.

Khomyakov A.P. "Structals" and "chemals": two fundamental end-member types of solid solutions with a varying number and composition of atoms in the structural sites // 33rd Intern. Geol. Congr., Oslo 2008. Abstracts (in press).

зеркало на сайте "Все о геологии"