Новые минералы и как их открывают

Главная → Исследования → Новые данные о минералах → Новые минералы и как их открывают

Игорь Викторович Пеков - доктор геолого-минералогических наук, профессор, действительный член Российского минералогического общества, главный научный сотрудник кафедры минералогии геологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова.

Что вообще такое минерал? У этого понятия, как вы, наверное, догадываетесь, есть много значений, но нас интересует главное — не то, которое связано с витаминами, а то, которое действительно в науках о Земле и в науках о веществе. Вы, возможно, удивитесь, но нет строгого определения этого понятия, точнее, такого определения, которое всех бы удовлетворяло. Хотя понятию этому уже более 2000 лет, оно происходит от латинского, римского minera (‘руда’) и трансформировалось за этот довольно продолжительный период. Сейчас мы понимаем под ним совершенно определенную категорию предметов, веществ. Минерал или минеральный вид — это одно и то же в современной геологии, в современной минералогии. Чтобы не давать строгого определения и в то же время это понятие определить, можно сказать, что у минерального вида есть три непреложных признака.

Признак первый — это природное происхождение, то есть то, что специально и намеренно сделано людьми или же получилось ненамеренно, но в ходе процессов, которые человек инициировал. Допустим, в доменной печи как-то образовался штейн, какое-то вредное для производства, но интересное с точки зрения вещества силикатное образование, и мы его минералом не считаем. Минерал обязательно природный, поэтому словосочетание «природный минерал» тавтологично и некорректно, и, соответственно, искусственных минералов тоже не бывает. Можно говорить об их аналогах, но природное происхождение — это во-первых.

Во-вторых, есть две характеристики. Это принадлежность к определенному структурному типу, поскольку минералы — вещества кристаллические, практически во всех случаях они имеют определенный химический состав. Атомы каких химических элементов образуют этот кристалл и по какому закону они в этом кристалле расположены — это и есть, собственно говоря, структурный текст.

Таким образом, минералы — это индивидуальные природные кристаллические тела, индивидуальные по своему составу и своей структуре. Сколько же их известно? В настоящий момент принято, что минералов или минеральных видов приблизительно 5100. Много это или мало? Смотря с чем сравнивать. Если мы будем сравнивать с биологическим разнообразием, то есть с разнообразием биологических видов растений и животных, то их около миллиона. Разнообразие искусственных соединений, синтетических, химических, — уже под 7 миллионов. То есть, как вы видите, разнообразие минералов описывается довольно скромной цифрой в сравнении с этими, но сейчас каждый год приблизительно прибавляется 100 минералов, еще лет 5 назад, в районе 2010 года, эта цифра составляла где-то 60–70 видов в год. Сейчас она увеличилась, и есть основания думать, что на уровне 100–120 оно еще продержится довольно долгое время.

Для сравнения: разнообразие химических веществ, синтезируемых человеком, прибавляется со скоростью несколько сотен в день, то есть вы видите разницу. К чему такая разница? Открытие каждого нового минерала — это событие в науке, даже пусть он маленький, даже пусть он не играет никакой практической роли, ведь это сегодня, а что завтра — неизвестно, может быть, и заиграет.

Как открываются, как исследуются новые минералы? Сначала надо его найти, найти, соответственно, в каких-то природных объектах — это полевые исследования, специально направленные на изучение тонких особенностей горных пород, руд или каких-то других минеральных ассоциаций, сообществ. Потом нужно понять, что он новый, что этот минерал действительно можно считать новым. Нужно убедиться, что среди уже известных минералов нет аналогов ему, но по каким характеристикам? В первую очередь, по тем двум, о которых мы уже говорили, — по химическому составу и по кристаллической структуре. То есть нужно определить две эти ключевые характеристики, чтобы показать его индивидуальность. Собственно, изучение любого минерала — не только нового, но и старого — базируется на этих двух китах. Третье, природное происхождение, — его вынесем за скобки. Мы уже априори считаем, что раз мы его в природе обнаружили, то он там и образовался, иногда, кстати, и в живых организмах (например, почечные камни).

Методы определения химического состава эволюционируют и в настоящее время. Начиная с 60-х годов XX века главным методом определения химического состава минералов является не классический химический анализ, то есть разложение и определение каждого компонента химическими методами, а электронно-зондовый микроанализ.

В первую очередь это связано с тем, что, как правило, нам важно понять химический состав минералов на микроуровне. Почему? Когда этот метод анализа развился, появился вместе с электронной микроскопией (а появился он еще в довоенное время, в 1930-е годы, но в широкую практику минералогофон вошел только в 60-е годы XX века), то стало понятно, что даже те минералы, которые мы с вами считали раньше однородными, крупными, на самом деле могут быть микронеоднородными, и поэтому сейчас главным методом определения химического состава минералов является микрорентгеноспектральный или электронно-зондовый метод.

У него есть недостатки, и в первую очередь в части определения легких элементов где-то до углерода, от водорода до бора — там мы пользуемся немного другими методами и не скидываем со счетов старые, проверенные химические методы. А для определения кристаллических структур главными являются дифракционные методы, в первую очередь дифракция рентгеновского излучения на кристаллах. Используется сейчас и дифракция нейтронов, реже — дифракция синхротронов излучения, но главная задача — определить, какие атомы в каких позициях структуры находятся. Если эти две задачи решены — какие атомы и где они в кристалле, — можно считать новизну минерала доказанной.

И конечно, мы используем для этих исследований ряд дополнительных методов, в первую очередь методы колебательной спектроскопии — инфракрасной, рамановской, более редкие виды спектроскопии, в первую очередь для того, чтобы изучить локальные ситуации в структуре кристалла: что происходит вокруг того или иного атома, каков характер химических связей, потому что рентгеновские дифракционные методы дают нам характеристики дальнего порядка в кристаллах, то есть повторяемость тут необходима, а методы колебательной спектроскопии рассказывают нам, что происходит в конкретных группировках атомов, вокруг каждого атома.

А старые методы минералогии, оптические определения плотности уже постепенно отходят на второй план в этом виде работ при характеристике новых минералов. И последнее: поскольку объект природный, то и описательная часть осталась — где нашли, в какой минеральной ассоциации, в какой геологической обстановке. Мы должны понять, как минерал образовался и как выглядит, конечно. Вот, пожалуй, это самое главное.

Источник: postnauka.ru