Исследователи СПбГУ обнаружили минерал, который поможет изучить ядро Земли и космические тела

Ольгафранкит под увеличением. Источник: Олег Верещагин

Открытие новых минералов позволяет лучше понимать процессы, происходящие в природе, и часто служит основой для создания новых классов химических соединений. Большие объемы информации чаще всего дают редкие и экзотические минералы, потому что для их формирования необходимы необычные условия. Например, германиды, соединения германия с другими металлами, формируются только в очень бедных кислородом средах, нетипичных для Земли.

Ученые Санкт-Петербургского государственного университета с коллегами обнаружили новый минерал — германид никеля — в породах Норильского рудного района в Красноярском крае. Около 40 лет эти образцы хранились в качестве музейных экспонатов, а сейчас минералоги Университета исследовали их с помощью оптической и электронной микроскопии, изучили химический состав и установили их кристаллические структуры.

Результатом работы стало описание нового минерала, который назвали ольгафранкитом в честь российского геолога Ольги Франк-Каменецкой. Ранее фазу такого состава обнаружили в метеорите Румурути — прототипе редкого класса хондритов. Однако ученые, обнаружившие ольгафранкит в метеорите, не смогли исследовать его кристаллическую структуру, поэтому фаза не была описана как новый минерал.

Важно отметить, что содержание никеля и германия лежит в основе классификации железных метеоритов, а для многих метеоритов известны прямые связи между содержанием никеля и германия. Это означает, что обнаруженный в земных породах минерал может присутствовать не только в Румурути, но и в других метеоритах.

Как объяснил руководитель исследования, доцент СПбГУ Олег Верещагин, обычно железные и железокаменные метеориты считаются частями ядер астероидов или нижней мантии космических тел, то есть пород, сформированных в условиях высоких температур и давлений. Однако ольгафранкит был найден в породах, сформировавшихся в земной коре, то есть в области низких давлений. Это может изменить представление об образовании некоторых космических тел, так как именно минеральный состав чаще всего служит основой для реконструкции условий формирования геологических объектов.

Ученые определили, что для формирования ольгафранкита в природе должна сформироваться редкая комбинация условий: необходимы высокие температуры и обилие восстановителя (вещества, которое отдает электроны, например углерода в виде углей). Помимо этого, породы должны обогатиться никелем и германием. Изучив условия формирования ольгафранкита на Земле, авторы показали, что природные германиды могут образовываться без участия высоких давлений, то есть близко к поверхности.

Ранее ученые исследовали состав земных пород с самородным железом и выявили еще ряд типичных для железных метеоритов минералов, считающихся на Земле экзотическими. Таким образом, можно предположить, что как минимум часть железных метеоритов могла сформироваться в условиях низких давлений.

«В дальнейшем мы попробуем сравнить земное и внеземное, найденное в метеорите вещество, чтобы найти разницу в условиях формирования различных бескислородных минералов в космосе и на Земле. Германиды известны своими необычными физическими свойствами, и мы смогли получить синтетический аналог минерала и дополнить наше описание природного объекта сведениями о его рукотворном "двойнике" (антропотипе). Благодаря нему мы смогли изучить оптические свойства минерала (цвет, показатель отражения), оценить его твердость, устойчивость к растворению кислотами. Нам пока не удалось установить возраст исследуемого минерала, однако мы надеемся в будущем с помощью изотопного анализа найти ответ и на этот вопрос», — рассказал руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, доцент кафедры минералогии Санкт-Петербургского государственного университета Олег Верещагин.

Результаты исследования опубликованы в журнале American Mineralogist.