УДК 548.3
^1, ^2 и ^3
СТИХТИТ И АЙОВАИТ СЕРПЕНТИНИТОВ ТЕРЕКТИНСКОГО ХРЕБТА, ГОРНЫЙ АЛТАЙ, РОССИЯ
Аннотация. Исследованы стихтит, айоваит, пироаурит и вудаллит Теректинского хребта: система Mg-Cr/Fe слоистых двойных гидроксидов с Cl - и (CO3)2- в межслое. Исследование показывает несоответствие между недавно предложенными критериями оценки температур серпентинизации в связи с сильным расхождением между соотношением политипов 3R:2H для образцов с близким (практически идентичным) содержанием железа.
Ключевые слова: слоистые двойные гидроксиды, стихтит, айоваит, Теректинский хребет
Об авторах:
^1 к. г.-м. н., без звания, старший научный сотрудник, Санкт-Петербургский государственный Университет, Санкт-Петербург, *****@***ru
2 д. г.-м. н., член-корр РАН, Московский государственный Университет им. Ломоносова, Москва, *****@***ru
3 д. ф.-м. н., Институт проблем химической физики РАН, Черноголовка, *****@***ru
Стихтит, Mg6Cr2(OH)16(CO3)(H2O)4 и айоваит Mg6Fe3+2(OH)16Cl2(H2O)4 являются членами группы гидроталькита, входящей в надгруппу гидроталькита [1]. Минералы характеризуются М2+:М3+ = 3:1 и содержат в химическом составе простые анионы: карбонат (стихтит) и хлор (айоваит). Помимо отличия в химическом составе анионной части, стихтит и айоваит отличаются видоопределяющим трехвалентным катионом: Cr для стихтита и Fe3+ для айоваита.
Минералы надгруппы гидроталькита принадлежат к широкому семейству Слоистых Двойных Гидроксидов (СДГ), объединяющих эти минералы с огромным количеством их синтетических аналогов [2,3]. Кристаллические структуры СДГ состоят из положительно заряженных бруситоподобных металл-гидроксильных слоев и отрицательно заряженных межслоев. Возможность использования СДГ в качестве анионообменников определяет их широкое технологическое применение [4].
Стихтит имеет немногочисленные находки, но обнаружен в больших количествах: по визуальной оценке, стихтит (возможно с айоваитом) составляет 5-20 % серпентинитов хризотил-лизардитового состава Северной зоны Казнахтинского тела офиолитов (Теректинский хребет) [5]; минералы надгруппы гидротлькита: стихтит, айоваит, вудаллит, гидроталькит, пироаурит и маунткейтит составляют 20 масс. % серпентинизированного коматиитового дунита рудного тела горы Кейт (Западная Австралия) [6-8]. Стихтит считается минералом, образующимся исключительно в серпентинитах офиолитовых и зеленокаменных поясов, характеризующихся высоким содержанием Cr, и зачастую формирует изоморфный ряд с пироауритом, Mg6Fe3+2(OH)16(СО3)(H2O)4 (Fe3+-аналог стихтита) [9]. Недавние изотопные исследования стихтита о. Тасмания (Австралия) и Теуицинго (Мексика) показали, что образование минерала происходило вовремя серпентинизации островодужных пород в условиях флюида, обогащенного метаном или водородом [10]. При изучении стихтита Тасмании и Теуицинго [10] был получен ряд интересных выкладок. Например, что 2Н политип является более высокотемпературной модификацией, чем 3R (согласуется с предположением по образованию политипов ковдорского квинтинита [11]), а также, что высокая ожелезненность стихтита свидетельствует о более низких температурах серпентинизации.
В целом, наши данные химического состава показывают активность пяти компонентов в составе изученных минералов: Mg2+–Fe3+/Cr3+–Cl-/(CO3)2-. В работе идентифицированы все 4 потенциальных члена этого ряда: стихтит, [Mg6Cr2(OH)16][(CO3)(H2O)4], айоваит, [Mg6Fe2(OH)16][Cl2(H2O)4], пироаурит, [Mg6Fe2(OH)16][(CO3)(H2O)4] и вудаллит [Mg6Cr2(OH)16][(CO3)(H2O)4]. При этом, стихтит и айоваит сильно преобладают над пироауритом и вудаллитом, таким образом, серия твердых растворов реализуется между высокохромистым айоваитом и высокожелезистым стихтитом. Наша работа показывает, что помимо изменения соотношения Cr3+:Fe3+:Al3+, по крайней мере, для образцов Теректинского хребта, характерно замещение в анионной части, таким образом, что твёрдые растворы реализуется не в системе стихтит-пироаурит, а в системе стихтит-айоваит. Следовательно, крайний Fe3+-член тройной диаграммы, предложенной ранее [9] должен быть определен как пироаурит или айоваит. Интересно, что согласно ранее предложенной тройной диаграмме, только образцы из Теректинского хребта и Каапсехууп (Трасваль, ЮАР) попадают в переходную область между высокожелезистым стихтитом и высокохромистым пироауритом/айоваитом. Уникально высокое значение Fe3+ характерно для образцов из Шабани (Зимбабве), которые чётко попадают в область пироаурита/айоваита.
Интересным результатом рентгеновской дифракции поликристаллов является тот факт, что для айоваита был обнаружен не только 3R политип, который был установлен ранее [12,13], но и 2Н политип, который ранее для айоваита не описывался. Помимо этого, для стихтита Теректинского хребта ранее был описан политип 1Н [14], для образцов изученных нами можно однозначно сказать, что все рефлексы на рентгенограммах относятся к 3R и 2Н политипам, либо примеси лизардита, соответственно, нам не удалось подтвердить 1Н политип. Стоит отметить, что раннее [15] уже отмечалось, что рефлексы, которые могли соответствовать 1Н политипу стихтита, на самом деле хорошо согласуются с примесью минерала группы хлорита.
Образцы из Каапсехууп, которые близки к нашим по содержанию железа, принципиально отличаются от стихтита и айоваита Теректинского хребта и Тасмании, соотношением 3R/2H = 55/45 и 46/54 [8], т. е. в образцах из Каапсехууп высокую долю составляет 2Н модификация. Высокое содержание железа объединяет образцы из Каапсехууп с нашими, что согласно [10] предполагает более низкие температуры серпентинизации. Однако эти образцы сильно отличаются по соотношению 3R/2H, которое, как предполагается, также отражает температурный режим. Это свидетельствует о расхождении критериев оценки термодинамических условий и показывает необходимость совместного химического и структурного анализа для оценки возможных условий образования этих минералов.
Благодарности. Авторы благодарят Минералогический Музей им. Ферсмана за предоставление образца стихтита для исследования. Исследования проведены в Ресурсных Центрах СПбГУ «Рентгенодифракционные методы исследования» и «Геомодель», специалистам которых авторы выражают благодарность. Исследование поддержано грантом Российского Научного Фонда, соглашение 17-77-10023.
Библиографический список
Mills S. J., Christy A. G., Gйnin J –M. R., Kameda T., Colombo F. Nomenclature of the hydrotalcite supergroup: natural layered double hydroxides // Mineralogical Magazine, 2012, № 76, p. 1289-1336. Rives V. (ed.) Layered double hydroxides: present and future // New York: Nova Science Publishers, Incorporated, 2001. Evans, D. G. and Slade, R. C.T. Structural aspects of layered double hydroxides. Layered Double Hydroxides (Duan X. and Evans D. G., editors) // Springer, Berlin, 2006, № 000, p. 1−87. Li F., Duan X. Applications of Layered Double Hydroxides. In: Duan X., Evans D. G. (eds) Layered Double Hydroxides // Structure and Bonding, 2005, № 000. Springer, Berlin, Heidelberg. , , Стихтит в серпентинитах Теректинского хребта (Горный Алтай) // Записки Всесоюзного Минералогического Общества, 1985, 114, 575-580. Grguric B. A. Minerals of the MKD5 nickel deposit, Mount Keith, Western Australia // Australian Journal of Mineralogy, 2003, № 9, p. 55–71. Grguric B. A., Rosengren N. M., Fletcher C. M., and Hronsky J. M.A. Type 2 deposits: geology, mineralogy and processing of the Mount Keith and Yakabindi orebodies, Western Australia // Society of Economic Geologists Special Publications, 2006, № 13, p. 119–138. Mills S. J., Whitfield P. S., Wilson S. A., Woodhouse J. N., Dipple G. M., Raudsepp M., Francis C. A. The crystal structure of stichtite, re-examination of barbertonite, and the nature of polytypism in MgCr hydrotalcites // American Mineralogist, 2011, № 96, p. 179-187. Ashwal L. D. and Cairncross B. Mineralogy and origin of stichtite in chromite-bearing serpentinites // Contributions to Mineralogy and Petrology, 1997, № 000, p. 75-86. Melchiorre E. B., Bottrill R., Huss G. R., Lopez A. Conditions of stichtite (Mg6Cr2(OH)16[CO3]·4H2O) formation and its geochemical and isotope record of early phanerozoic serpentinizing environments // Geochimica et Cosmochimica Acta, 2017, № 000, p. 43–61. Zhitova E. S., Krivovichev S. V., Yakovenchuk V. N., Ivanyuk G. Yu., Pakhomovsky Ya. A. and Mikhailova J. A. Crystal chemistry of natural layered double hydroxides. 4. Crystal structures and evolution of structural complexity of quintinite polytypes from the Kovdor alkaline massif, Kola peninsula, Russia // Mineralogical Magazine, 2018, doi: 10.1180/minmag.2017.081.046. Allmann R. and Donnay J. D.H. About the structure of iowaite // American Mineralogist, 1969, № 54, p. 296-299. Braithwaite R. S. W., Dunn P. J., Pritchard R. G. and Paar W. H. Iowaite, a re-investigation // Mineralogical Magazine, 1994, № 58, p. 79-85. Bookin A. S., Cherkashin V. I. and Drits V. A. Reinterpretation of the X-ray diffraction patterns of stichtite and reevesite // Clays and Clay Minerals, 1993, № 41, p. 631-634. Hansen H. C.B. and Koch C. B. Local ordering of chromium(III) in trioctahedral hydroxide sheets of stichtite studied by ion exchange chromatography // Clay Minerals, 1996, № 31, p. 53−61.E. S. Zhitova1, I. V. Pekov2, N. V. Chukanov3
Stichtite and iowaite from serpentinites of Terektinsky ridge, Altay Mountains, Russia
Abstract. Stichtite, iowaite, pyroaurite and woodallite of the Terektinsky ridge have been studied: the Mg-Cr/Fe system of layered double hydroxides with Cl - and (CO3)2- in the interlayer. The study shows a discrepancy between the recently proposed criteria for estimation serpentinization temperatures due to a strong discrepancy between the ratio of 3R:2H polytypes for samples with close (almost identical) iron content.
Key words: layered double hydroxides, stihtit, iowaite, Terektinsky range.
