Боровикова Елена Юрьевна
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук
|
содержание |
Актуальность темы
Применение спектроскопических методов, прежде всего методов колебательной спектроскопии, к изучению минералов группы везувиана позволяет выявить тонкие структурные различия этих минералов, относящихся к различным генетическим типам месторождений: скарнам, родингитам, родингитоподобным породам, метаморфическим породам различных фаций. Комплексный кристаллохимический анализ: симметрия, степень упорядочения доменов в структуре, состав, изоморфные замещения атомов в различных кристаллографических позициях минералов группы везувиана, может служить индикатором температуры и среды минералообразования метасоматитов.
Изучение сложнейшего в структурном и химическом отношении породообразующего минерала везувиана различными спектроскопическими методами (инфракрасная спектроскопия, спектроскопия комбинационного рассеяния, ядерная гамма - резонансная спектроскопия) является актуальным, так как вносит вклад в такую фундаментальную область минералогической науки, как генетическая минералогия метасоматических процессов. Представляло интерес выявить влияние химизма среды минералообразования, влияние легких элементов (F и B) на кристаллохимические особенности везувиана и вилюита, типохимизм этих двух минералов, так как до недавнего времени считалось, что главным фактором, влияющим на образование высоко- и низкосимметричных модификаций везувиана является температура кристаллизации.
Применение метода мессбауэровской (ЯГР) спектроскопии позволяет рассмотреть и уточнить схемы изоморфизма в везувиане и углубить наши знания о химизме среды минералообразования.
Цель работы
состояла в изучении коллекции образцов везувиана различных генетических типов: скарнов, родингитов и родингитоподобных пород, метаморфических пород, комплексом спектроскопических методов (инфракрасная спектроскопия, спектроскопия комбинационного рассеяния, ядерная гамма - резонансная спектроскопия) для выявления связи особенностей их строения и условий образования, а также изоморфных замещений в них.
При этом разрабатывались следующие конкретные задачи:
1. Изучение колебательных (ИК и КР) спектров везувианов различного генезиса в области Si - O и Si - O - Si колебаний, с применением метода математической теории групп - теоретико-группового анализа, предсказание и объяснение на его основе числа полос в ИК- и КР - спектрах везувианов с различными пространственными группами. Разделение везувианов на высоко- и низкосимметричные по их ИК- и КР - спектрам.
2. Исследование колебательных (ИК и КР) спектров высоко- и низкосимметричных образцов везувиана в области ОН - колебаний, выявление и объяснение их различий с использованием теоретико-группового анализа.
3. Анализ распределения бора по треугольным и тетраэдрическим позициям структуры везувиана и вилюита и выявление причины различия оптических знаков этих минералов.
4. Определение роли F в кристаллизации минералов группы везувиана в разных пространственных группах.
5. Проведение мессбауэровских (ЯГРС) исследований с целью определения валентного состояния и структурного распределения ионов железа в пятивершинниках и октаэдрах структуры высокосимметричного везувиана и рассмотрения схем изоморфизма в этом минерале.
Научная новизна
1. Предложен экспрессный способ разделения минералов группы везувиана по пространственным группам с помощью методов колебательной спектроскопии.
2. Объяснена кристаллохимическая причина различия оптических знаков везувиана и вилюита.
3. Показано, что помимо температуры образования, определяющую роль в образовании упорядоченной и разупорядоченных модификаций везувиана играют легкие элементы F и B.
4. Впервые проведено изучение мессбауэровских спектров серии образцов высокосимметричного везувиана в широком диапазоне составов и с учетом кристаллохимических особенностей его структуры, что дало возможность рассмотреть и уточнить схемы изоморфных замещений в нем.
Практическая значимость
1. Значительно расширены представления о кристаллохимии породообразующего минерала везувиана, особенностях его строения в зависимости от происхождения.
2. Показано, что ИК-спектры минералов группы везувиана различного генезиса (скарны, родингиты, родингитоподобные породы) могут служить индикатором температуры и среды минералообразования метасоматитов.
3. Установлена возможность разделения оптически отрицательного везувиана и оптически положительного вилюита сочетанием методов ИК-спектроскопии и рентгеновской дифрактометрии. Определена причина различия оптических знаков этих двух минералов.
4. Полученные новые данные будут использованы в учебном курсе <Инфракрасная и Мессбауэровская спектроскопия минералов> для студентов четвертого курса кафедры кристаллографии и кристаллохимии.
Защищаемые положения:
1. Колебательные (ИК и КР) спектры минералов группы везувиана позволяют разделять эти минералы по пространственным группам (P4/nnc и P4/n), что невозможно осуществить методом порошковой рентгеновской диффрактометрии, так как понижение симметрии связано с упорядочением 4 из 256 и более атомов в элементарной ячейке.
2. Процессы порядка-беспорядка в структуре везувиана контролируются как температурой образования образца, так и, в большей степени, составом кристаллизационной среды.
3. Различие в оптических знаках везувиана и вилюита связано с изменением тренда параметров элементарной ячейки последнего при заполнении бором тетраэдрических позиций структуры.
4. Основными механизмами изоморфных замещений в высокосимметричном везувиане являются изовалентные: Mg2+ ↔ Fe2+ (1) и Fe3+ ↔ Al3+ (2). В борсодержащих везувиане и вилюите В входит в тетраэдрические позиции по следующей схеме: B3+ + Mg2+ ↔ 2H+ + Al2+ (3). Эта схема дополняет основные механизмы изовалентных замещений. С уменьшением суммы катионов Al, Ti и Fe2+ увеличивается сумма Mg, Mn и Fe3+.
Личный вклад диссертанта
В основу работы положены результаты работы по колебательной спектроскопии везувиана и вилюита, выполненной автором на кафедрах кристаллографии и кристаллохимии и минералогии геологического факультета МГУ. Мессбауэровские исследования проведены на кафедре общей физики Физического факультета МГУ. Личный вклад автора в этой части работы заключался в постановке задачи, обсуждении результатов исследования на всех этапах работы с учетом структурных особенностей везувиана, в построении схем изоморфных замещений в минерале на основе данных о химическом составе образцов и полученных результатов мессбауэровских исследований.
Апробация работы
Материалы, изложенные в диссертации, обсуждались на Годичном собрании минералогического общества РАН (Санкт-Петербург, 2000), Годичной сессии ВМО (Москва, 2001), IV Международном симпозиуме по истории минералогии и минералогических музеев, минералогии, геммологи, кристаллохимии и кристаллогенезису (Санкт-Петербург, 2002), III Национальной кристаллохимической конференции (Черноголовка, 2003), VI Международной конференции "Новые идеи в науках о земле" (Москва, 2003), Международном симпозиуме по легким элементам в породообразующих минералах (Чехия, Брно, 2003), Международной конференции по применению Эффекта Мессбауэра (Оман, Мускат, 2003), Ежегодном семинаре по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (Москва, 2003), 6-м Международном симпозиуме по минералогии (Румыния, Клуж-Напока, 2003), 5-ой Европейской конференции по минералогии и спектроскопии (Австрия, Вена, 2004), Международной научной конференции <Спектроскопия, рентгенография и кристаллохимия минералов (Казань, 2005).
Публикации
Материалы диссертации опубликованы в 6-и статьях, 3-х публикациях в материалах конференций и 11-и тезисах докладов.
Объем и структура работы
Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и списка цитируемой литературы. В заключительных параграфах каждой из глав формулируются краткие итоги. Общий объем работы составляет 135 машинописных страниц, включая 37 рисунков и 23 таблицы. Список литературы насчитывает 93 наименования.
Благодарности
Работа выполнена на кафедре кристаллографии и кристаллохимии геологического ф-та МГУ им. М.В. Ломоносова под руководством кандидата геолого-минералогических наук В.С. Куражковской, которой автор выражает глубокую благодарность за внимательное руководство и постоянную помощь на всех этапах выполнения работы. Автор выражает искреннюю благодарность проф. кафедры минералогии Спиридонову Э.М. за предоставленные для исследований образцы везувиана и консультации в области генетической минералогии, доц. Кононову О.В. также за предоставленные образцы везувиана и конструктивные советы на всех этапах исследований, ст.н.с. М.Ф. Вигасиной за съемку спектров комбинационного рассеяния, доц. Г.И. Дороховой за консультации в области кристаллохимии граната и везувиана, проф. каф. общей физики Физического факультета МГУ В.С. Русакову и аспирантке Ковальчук Р.В. за съемку мессбауэровских спектров и обсуждение результатов мессбауэровских исследований, сотруднице Минералогического Музей им. Ферсмана Е.Л. Соколовой за помощь в отборе образцов для исследований. А также вед.н.с Е.Л. Белоконевой, профессорам Химического факультета МГУ С.Ю. Стефановичу, Б.Н. Тарасевичу, аспирантке каф. минералогии М.С. Алферовой и всем сотрудникам Минералогического музея им А.Е. Ферсмана, кафедр кристаллографии и кристаллохимии, и минералогии МГУ, содействовавшим данным исследованиям.
|
