Риппит: новый минерал с «многогранными» свойствами

Nov 15, 2017

Ученые Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН в сотрудничестве с коллегами из Института минералогии УрО РАН открыли новый минерал, обладающий нелинейными оптическими свойствами (Doroshkevich et al., 2016). Он был назван риппитом в честь российского ученого Г.С. Риппа. Минерал может быть использован как геохронометр (Чеботарев и др., 2017). Риппит, наряду с пирохлором, относится к основным ниобиевым минералам руд Чуктуконского месторождения (Chebotavev et al., 2017).

Doroshkevich AG, Sharygin VV, Seryotkin YV, Karmanov NS, Belogub EV, Moroz TN, Nigmatulina EN, Eliseev AP, Vedenyapin VN, Kupriyanov IN (2016) Rippite, IMA 2016-025. CNMNC Newsletter No. 32, August 2016, page 919. Mineral Mag, 80: 915-922.

Chebotarev D.A., Doroshkevich A.G., Klemd R, Karmanov N.S. (2017) Evolution of Nb-mineralization in the Chuktukon carbonatite massif, Chadobets upland (Krasnoyarsk Territory, Russia), Periodico di Mineralogia, v. 86, n. 2, doi:http://dx.doi.org/10.2451/dache1.

Чеботарев Д.А., Дорошкевич А.Г., Шарыгин В.В., Юдин Д.С., Пономарчук А.В., Сергеев С.А. 2017 Геохронология Чуктуконского карбонатитового массива, Чадобецкое поднятие, Красноярский край. Геология и геофизика, № 10 (принята в печать).

Комиссия по новым минералам, номенклатуре и классификации минералов Международной минералогической ассоциации в августе 2016 года официально утвердила новый минерал риппит (IMA No. 2016-025) (Doroshkevich et al., 2016). Эталонный образец минерала помещен в коллекцию Сибирского геологического музея Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН (г. Новосибирск) и зарегистрирован под номером XIII-347/1. Новый минерал был обнаружен случайно, как и любой другой новый минерал, при детальном минералогическом изучении карбонатитов Чуктуконского ниобий-редкоземельного месторождения, расположенного на Чадобецком поднятии в Красноярском крае. Карбонатиты Чуктуконского массива, содержащие риппит, представляют собой мелко- и среднезернистые кальцитовые разновидности. Основным минералом в первичной ассоциации является кальцит, второстепенными и акцессорными – доломит, фторкальциопирохлор, Nb-рутил, пирит, риппит, калишпат, тайниолит, олекминскит, фторапатит, кварц, флюорит и анкилит-(Се). Внешне риппит представляет собой удлиненно-призматические прозрачные бесцветные кристаллы размером до первых мм и характеризуется стеклянным блеском и совершенной спайностью. Нужно сказать, что, благодаря его свойствам, увидеть минерал визуально в куске породы оказалось не так-то просто. Видимо по этой причине он так долго «скрывался» от глаз геологов, поскольку визуально похож на апатит. В структурном плане риппит относится к циклосиликатам и отвечает формуле K2(Nb,Ti)2(Si4O12)O(O,F). Изучение риппита показало «многогранность» его свойств.

«Многогранные» свойства минерала

С помощью лазерной спектрометрии нам удалось выяснить, что риппит обладает нелинейными оптическими свойствами (тест на генерацию второй оптической гармоники). К примеру, нелинейные оптические кристаллы используются для преобразования частоты лазеров (генерации второй гармоники для удвоения частоты лазеров) в лазерной технике промышленного, медицинского и военного назначения, в лазерных локаторах и оптической связи. К нашему удивлению оказалось, что риппит является природным аналогом получаемых искусственно кристаллов и стекол состава K2Nb2(Si4O12)O2 (или KNbSi2O7), которые активно изучаются с 90-х годов прошлого столетия (Crosnier et al., 1991; Foster et al., 1999; Santos et al., 2010; Sagashi et al., 2014). Исследования концентрируются не только на их нелинейных оптических свойствах, но и ферроэлектрических-диэлектрических характеристиках. Было определено, что K2Nb2(Si4O12)O2 является ферроэлектриком с низким диапазоном диэлектрической проницаемости (Foster et al., 1999; Sagashi et al., 2014). Эти свойства расширяют область их применения, включая использование в электрооптических системах, пъезоэлектрических приборах, конденсаторах, температурных датчиках. Однако использование K2Nb2(Si4O12)O2 слишком ограничено, так как пока не удалось синтезировать кристаллы достаточно крупного размера (Sagashi et al., 2014). Вместе с тем изучение минеральных ассоциаций с риппитом подсказывает, что, скорее всего, синтез кристаллов K2Nb2(Si4O12)O2 будет более успешен в карбонатных средах.

Другой важной особенностью риппита является возможность его использования для измерения геологического возраста. Химический состав минерала подсказал нам простую идею, что продатировать риппит можно Ar-Ar методом. Минерал содержит калий в достаточной концентрации (15,5-16 мас. % K2O), чтобы продуцировать необходимое количество 40Ar. Кроме того, он выполняет условие закрытости системы для перемещения Ar и K после датируемого события (минерал достаточно устойчив к вторичным изменениям). Проанализированный риппит показал очень хороший результат. Минерал характеризуется однородным 40Ar/39Ar возрастным спектром с 97 % выделенного 39Ar, а полученное плато соответствует среднему триасу (231 млн лет). Мы пришли к выводу, что вычисленное значение возраста по риппиту может отвечать периоду формирования карбонатитов Чуктуконского массива (Чеботарев и др., 2017). Важно, что он совпадает по времени с этапом щелочного магматизма Сибирской платформы и, наиболее вероятно, характеризует процессы, завершающие деятельность мантийного суперплюма, формировавшего триасовую Сибирскую изверженную провинцию. Кроме калия, главным составляющим компонентом в химическом составе риппита является ниобий (38-44 мас. % Nb2O5). Известно, что основная часть мировой добычи металла приходится на минералы группы пирохлора, в меньшей степени, минералы группы колумбита и лопарит. Карбонатиты Чуктуконского массива и коры выветривания по ним могут быть отнесены к ключевым мировым объектами в производстве ниобия. Экономический параметр месторождения – 39,8 млн тонн на 0,60 % Nb2O5 (Ломаев, Сердюк, 2011). С.В. Цыкина (2004) охарактеризовала основные ниобиевые минералы Чуктуконского месторождения и подробно описала технологические свойства руд. К слову, эти характеристики являются обязательными при оценке месторождений. Автор пришла к выводу, что основными минералами ниобия в этих карбонатитах и коре выветривания являются минералы группы пирохлора. Открытие нами риппита и его преобладание над пирохлором в некоторых участках карбонатитов позволяет рассматривать риппит как промышленно важный ниобиевый минерал руд Чуктуконского месторождения (Chebotavev et al., 2017). Но остается главный вопрос, который нас волнует, – может ли риппит присутствовать на других карбонатитовых месторождениях мира? Покопавшись во «всемирной паутине», мы наткнулись на описание кальцитовых карбонатитов комплекса Араша (Бразилия), где приводится краткая характеристика минерала с аналогичным (!) соотношением главных компонентов (K, Nb, Si) (Traversa et al., 2001). Из-за недостатка суммы в составе и возможного присутствия воды авторы идентифицировали этот минерал как ненадкевичит (надгруппа лабунцовита). По-видимому, лишь дальнейшие исследования позволят выяснить, действительно ли эта фаза является риппитом, K2(Nb,Ti)2(Si4O12)O(O,F) или относится к вуориярвиту–(K), K2(Nb,Ti)2(Si4O12)(O,OH)2•4H2O (надгруппа лабунцовита).

Почему минерал назван риппитом?

Свое название минерал получил в честь российского ученого, кандидата-геолого-минералогических наук Германа Самуиловича Риппа (1935 года рождения), ведущего научного сотрудника Геологического института СО РАН (г. Улан-Удэ), специалиста в области минералогии, изотопии и генезиса эндогенных месторождений Восточной Сибири. Герман Самуилович с огромным энтузиазмом занимается сбором уникальных по красоте и редкости минералов со всего мира. По велению судьбы, момент «обнаружения» минерала совпал по времени с 80-летним юбилеем Германа Самуиловича. Казалось, что сама природа хочет преподнести подарок и исполнить его давнюю мечту – иметь уникальный минерал в своей коллекции.

Материал подготовлен

Дорошкевич А.Г., Шарыгин В.В., Чеботарев Д.А., Карманов Н.С., Серёткин Ю.В., Белогуб Е.В., Елисеев А.П.

Работа выполнена при финансовой поддержке проекта РНФ 15-17-20036.

Литература

Crosnier, M.P., Guyomard, D., Verbaere, A., Piffard, Y. and Tournoux, M. (1991) K2(NbO)2Si4O12: a new material for non-linear optics. Ferroelectrics, 124 (1), 61-66.

Foster, M.C., Arbogast, D.J., Photinos, P., Nielson, R.M. and Abrahams, S.C. (1999) K2(NbO)2Si4O12: a new ferroelectric. Journal of Applied Crystallography, 32, 421-425.

Santos, R., Santos, L.F., Almeida, R.M., Deubener, J. and Wondraczek, L. (2010) Crystallization of niobium germanosilicate glasses. Journal of Solid State Chemistry, 183, 128–135.

Sahashi, A., Hoshina, T., Takeda, H. and Tsurumi, T. (2014) Fabrication of ferroelectric silicate KNbSi2O7 single crystal. Journal of the Ceramic Society of Japan, 122 (6), 389-392.

Ломаев В.Г., Сердюк С.С. Чуктуконское месторождение ниобий-редкоземельных руд – приоритетный объект для модернизации редкометалльной промышленности России Журнал СФУ. Техника и технологии. 2011 (4). № 2. 132-154.

Цыкина С.В. 2004 Чуктуконское Nb-TR месторождение. моделирование, типизация руд и оценка перспектив.Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук, Красноярск

Traversa G, Gomes CB, Brotzu P, Buraglini N, Morbidelli L, Principato MS., Ronca S, Ruberti E (2001) Petrography and mineral chemistry of carbonatites and mica-rich rocks from the Araxá complex (Alto Paranaíba Province, Brazil).Anais Academ Brasil Ciências, 73: 71-98.

Login

Related Posts