Как открывают минералы

Китайские ученые обнаружили новый минерал в образцах лунного грунта, доставленного на Землю в 2020 году в рамках миссии Чанъэ-5. Он получил название «Камень Чанъэ». Подробности проведенных исследований пока не известны, но ясно одно - открытие этого минерала является крупным научным достижением в области космических исследований.

А задумывались ли вы, как происходит открытие минералов, какими свойствами должен обладать экземпляр, чтобы его признали новым минералом? Сегодня разбираемся в этом вопросе.

Что такое минералы?

Минералы в буквальном смысле - строительные кирпичики геологии. Это химически и физически самостоятельное твёрдое тело, которое имеет относительно однородный состав и образовалось естественным путем в результате физико-химических процессов. Важной особенностью минералов является их исключительно природное происхождение. Современная минералогия рассматривает не только минералы Земли, но и других космических тел.

На сегодня минералов известно не так-то и много – всего 5 828 разностей. Для сравнения органическое разнообразие соединений насчитывает более 100 млн составов. Любопытно, что за последние 60 лет резкое увеличение разнообразия и доступности методов анализа позволило открыть множество новых минералов, в то время как до начала XX века их было известно всего около 3 тыс.

Каждый месяц Комиссия по новым минералам Минералогической международной ассоциации утверждает 5 -10 новых минералов. Однако, большая часть из них встречается крайне редко, а основную массу Земли слагает всего 200-300 разновидностей.

Невероятное открытие

Если открытие минерала на Земле событие вполне обычное, то описание минерала из космоса, безусловно, выдающийся факт. Недавно, впервые за долгое время был открыт минерал с другого небесного тела – Луны. В начале сентября 2022 года Национальное космическое управление Китая объявило об открытии нового минерала - «Камень Чанъэ», который получил название чангезит-(Y) (changesite-(Y)).

Часто минералы получают своё название в честь ученых - например, ломоносовит или ферсманит, или по названию места, где были открыты - амазонит, мусковит. Чангезит получил своё название в честь лунной программы «Чанъэ», которая в свою очередь носит имя богини Луны.

Чангезит представляет собой прозрачный столбчатый минерал, обнаруженный в лунном базальте обширной лавовой равнины Океан Бурь. До этого миссии СССР и США не доставляли образцы с этой части Луны.

Изучение полученных пород начались в 2021 году. Исследовательской группе было предано 50 мг лунного грунта, однако сразу выделить достаточные для изучения зерна не удалось. Позже, ученые получили ещё 15 мг вещества, и из более чем 140 тыс. крошечных частиц лунного грунта исследователи выделили чистую монокристаллическую частицу, размеры который были достаточны для изучения – определения химического состава и кристаллической структуры.

Фото через электронный микроскоп зерен нового минерала чангезит-(Y) Источник: https://www.chinadaily.com.cn/a/202209/09/WS631a9a78a310fd2b29e76d1a.html

Минерал, докажи, что ты новый!

Так как же понять, что перед нами открытие? Ведь форма кристаллов, цвет, размеры у одного и того же минерала могут быть очень разнообразными. Так, например, кварц с простой химической формулой SiO2 может быть фиолетовым аметистом, желтым цитрином, черным морионом, розовым кварцем, раухтопазом или даже неприметным пятнышком в граните. Поэтому первый важный признак минералов одного вида - одинаковый химический состав.

Разновидности кварца. Источник: https://present5.com/klass-oksidy-i-gidroksidy-oksidy-i-gidroksidy/

Однако, даже разные по химическому составу образцы, могут оказаться одним и тем же минералом. В природе можно наблюдать так называемые твёрдые растворы – это химические соединения, в которых один атом, может заменять другой.

Например, непрерывные твердые растворы характерны для оливина (Mg,Fe)2SiO4 , где железо и магний за счет схожести размеров и химизма могут замещать друг друга. В таких случаях, обозначаются краевые миналы.

Минал – это краевой член изоморфного ряда или иными словами, химические границы минерального вида. Например форстерит, магниевая граница оливина Mg2SiO4, а фаялит железная граница - Fe2SiO4. Если в химическом анализе минерала больше железа – он будет называться фаялит, если больше магния – форстерит.

Таким образом, минералы характеризуются не только и даже не столько химическим составом, сколько структурой – взаиморасположением атомов в кристаллической структуре – у форстерита и фаялита одинаковая кристаллическая решетка, отличающаяся от других минералов.

Так, например, химическому составу CaCO3 соответствуют три минерала: фатерит, кальцит и арагонит, который ещё часто называют перламутром. Чтобы кристаллическую решётку определить ученые используют методы, которые могут показать, как расположены атомы в пространстве. Например, часто используется рентгеноструктурный метод, однако, нужно иметь высокую квалификацию, чтобы интерпретировать его результаты.

Структура галита - поваренной соли NaCl. Источник: http://erudicate.ru/gallery.php?view=3&tag=кристаллическая%20решетка

Когда ученые понимают, что в совокупности и химический состав и кристаллическая решётка уникальны – они могут порадоваться открытию! Но тут ещё предстоит описать, где минерал был найден, в какой минеральной ассоциации, в каких породах, в какой геологической обстановке. После этого уже можно выбирать имя «новорожденному» и подавать заявку в Комиссию по новым минералам.

Наши открытия

В России открывается очень много новых минералов, в частности работникам МГУ им. М.В.Ломоносова открыт каждый 25-й минерал известный мировой науке. В большой степени это заслуга знаменитого минералога, профессора МГУ и члена-корреспондента РАН Игоря Викторовича Пекова, который с коллегами открыл более 80 минералов и продолжает активную работу.

Самое важное в открытии новых минералов – это прояснять или выявить новые геологические или химические процессы природы, причем, не только на Земле, но и в космосе. Поэтому сегодня очень актуально стало изучение других небесных тел – в первую очередь с точки зрения полезных ископаемых или энергоносителей.

Еще больше интересного про минералы и связанные с ними истории можно почерпнуть в книге знаменитого советского геолога, минералога Александра Евгеньевича Ферсмана «Занимательная минералогия». Любовь и интерес к минералогии и геологии, с которой автор ведёт свой рассказ, буквально заражает, а его глубокое понимание науки делает знакомство с минералогией очень увлекательным и доступным каждому.