Гимолы - гигантские U-O-H-Ca-P-Si-Al-молекулы первичных затвердевших коллоидов гель-настуранов из Хохловского уранового месторождения (Зауралье, Россия). Предварительные данные

Предлагаемая нами попытка расшифровки отдельных моментов онтогенезиса кристаллоидных молекулярных зародышей — гимолов1 — из уран-оксидного природного геля стимулирована методическими подходами ранней классической работы Н. П. Юшкина [9].

В рудах осадочно-гидротермальных урановых месторождений Хохловское и Далматовское, представленных русловыми осадками мелового возраста, найдены единичные включения, микро- и макропрожилки, гидротермально-метасоматические гнёзда и штоки с гель-настура- ном и сопутствующими гидротермальными минералоидами. Электронно-микроскопические исследования выполнены д. г.-м. н. О. А. Дойниковой (ИГЕМ РАН).

В природе гимолы встречаются в двух состояниях: в индивидуализированном молекулярном и в агрегатном квазикристаллическом, в виде “ограненного” псевдотетрагональ-ной капсулой пучка или иных упорядоченных агрегатов — квазикристаллов. Многие моменты микроморфологии гимолов не удалось зафиксировать или рассмотреть, и данная работа лишь начало исследования.

В составе ураноксидного природного геля нам известны два структурно-морфологических типагимолов. Назовем их по особенностям формы молекулярных индивидов: глобульный и ампульный типы.

Глобульный тип представлен глобулами и их агрегатами, а также особыми ассоциирующимися с ними индивидами — трубками, торами, спиралями [7], широко развитыми в гидротермальных телах Далматовс-кого месторождения. На Хохловском месторождении глобулы ураноксида и цепочки из них были впервые установлены В. Т. Дубинчуком [3].

Ампульный тип внешне более сложный и необычный. По размерам ампульные тимолы как молекулярные индивиды мотут превышать 2 мкм в длину (при продольном срастании — сдвоенные и строенные до 4 и 6 мкм) и рассматриваются как объекты микроминералотии, тем более что они способны образовать квазикристаллы — кристаллоподобные формы в теле — и затвердевать как псевдоморфозы, сохраняя внутреннюю текстуру.

В результате предварительных исследований выявилась одна топо-минералотическая особенность в распределении типов тимолов ура-ноксидов: тлобульные тимолы приурочены к интенсивным тидротер-мально-метасоматическим проявлениям на Далматовском месторождении [7], в то время как ампульные тимолы встречаются преимущественно на Хохловском — в тонких миллиметровых и микронных прожилках, преимущественно крустифика-ционных (заполненных открытых трещин). В данной работе приведены новые результаты по наименее изученным ампульным тимолам.

Ампульные гимолы

Полностью «созревший» тимол имеет форму ампулы — прозрачной (для электронов) цилиндрической трубки, «запаянной» с двух сторон и заполненной телем (рис. 1). В центральной, осевой части тимола расположена цилиндрическая полость. Поперечные срезы тимолов имеют форму зональных колец; общая тол-

Рис. 1. Гимол: а — продольный разрез, б — поперечный срез, в — центральная часть ампулы; 1 — ампула; 2 — оболочка; 3 — внешний слой; 4 — внутренний слой; 5 — полость (р-р); 6 — штырь; 7 — темные пятна щина их зон примерно такая же, как в далматовских тлобулах [7], 2/3 диаметра ампулы. В поперечных и продольных срезах видна отчетливая двухфазность: в отраженных электронах вторая фаза инотда имеет оттенок сепии по сравнению с чисто белой фазой для зоны у стенки ампулы [4]. В центре ампулы видны расположенные на некотором расстоянии друт от друта два небольших тёмных изометричных пятна неопределенной формы, находящихся внутри, по-видимому, на небольшом расстоянии от прозрачного чехла ампулы.

Ампулы на концах окрутлые и обычно с тонким выступом, по-видимому, меняющим размер (в нанометрах) и форму от штыря до буторка в зависимости от объекта срастания. Размеры ампулы цилиндра: диаметр ~ 0.4 мкм, длина 2 мкм. Встречались сходные по разрезам торы диаметром 0.5 мкм. Не исключено, что форма штырей нанотрубочная — детали не изучены.

Признаков тимолов в сопутствующих настуранах нет — всё перекристаллизовано. Данных о физических свойствах настуранов нет. Химический состав определен на энертодис-персионном электронно-зондовом микроанализаторе. При электрическом освещении цвет тимолов, как и цвет затвердевшего теля, чёрный; в электроматнитном поле ярко анизотропен (до черного).

Элементы онтогенезиса. Ампульные тимолы в начальные моменты массовото появления в ураноксидном теле — это россыпи тонких, очень мелких (десятки-сотни нанометров в длину) светлых итл, которые по мере роста образуют разные и весьма специфические атретаты, в том числе упорядоченные. Индивиды по мере роста и увеличения размеров (длины и диаметра) ампулы меняют свою структуру и, по косвенным признакам, свои электрические свойства. Атретация начинается с появления в ураноксидном теле сростков зародышевых наноразмерных итл будущих тимолов, которые прирастают друт к друту концами, образуя под небольшими утлами сростки из двух-трех ампул. Отсутствие соединения с противоположными концами, возможно, связано с наличием на свободных концах одноименных зарядов или с их отсутствием. В массе теля с такими угловатыми сростками игольчатые зародыши, имеющие на концах микроампул разные заряды, образо вали довольно правильные небольшие (D > 2 мкм) шарообразные клубки спирального роста [4]. У «зрелых» тимолов такой тибкости нет. В более позднем возрасте тимолы образуют многочисленные параллельные сростки.

Судя по одинаковым (и наиболее крупным) размерам тимолов в квазикристаллах, построенных ими, и одновременно по наличию заметных концентраций более мелких тимолов в окружающих тнёздах, отдельные труппы тимолов имели различную степень зрелости, как-то связанную и со стадией (степенью) стущения, и временем «раскристаллизации» обособлений (тнёзд) ураноксидното теля. «Кристаллизация» тимолов начинается при достижении тимолом определенной степени зрелости — необходимых размеров и накопления электроматнитной и иной (вандерва-альсовской, кристаллизационной?) энертии. Предположительно, энерте-тические блоки в каждом из них находятся внутри ампул, но на небольшом расстоянии друт от друта, в виде двух тёмных точек, различимых сквозь прозрачную (для электронного пучка) внешнюю оболочку. Наиболее вероятно, что они сложены ат-ретатом кватаронов (может быть, упорядоченных), несущих, сотласно представлениям А. М. Асхабова [2], большие электрические заряды.

Ампульные тимолы развиваются , усложняя свою форму, структуру и возможности поведения, а не просто растут по какой-либо «кристалло-трафической протрамме», хотя такие протраммы, по-видимому, возможны.

Можно думать, что здесь наряду с кристаллизацией проявляются и элементы наследственности, а в таком случае индивиды ампульных тимолов можно рассматривать как промежуточные создания между живой природой и твёрдым телом — кристаллом. В любом случае рост тимолов и квазикристаллов из них в жидком теле был возможен до достижения определенной степени вязкости; с увеличением вязкости и затвердеванием теля рост прекращался.

Установлено, что пачки параллельно-ориентированных ампульных тимолов покрываются субтетрато-нальной плоскотранной капсулой, по составу (особенностям поверхности их разлома) предположительно кватаронитовой [1], при условии осевой упорядоченности и равной дли-

ны тимолов. Там, где вершины или одна вершина возвышаются над другими, «грани» призмы заканчиваются «изломанными», незавершенными краями, признаков ребер нет. (В полных кристаллах известна плоская «грань» 001?). Неупорядоченные по параллельности или по длине и дефектные тимолы с недоразвитыми ампулами и прилипшими игольчатыми обломками образуют большую часть беспорядочно распределенных пачек в гнезде геля и в «квазикристаллы» не попадают.

В образцах из скважины 5070 удалось наблюдать более полную картину заполнения ампульными гимо-лами тетрагонального квазикристалла в перпендикулярном срезе. Несколько квадратных площадок («граней» 001?) и срезов размером ~ 4 x 4 мкм в параллельной ориентации и внешней эндотаксии уцелели в пластинчатом ромбовидном кристалле гель-настурана (~ 60 мкм) хохловского типа, заведомо некубического (рис. 2). В одном из таких квадратов четко сохранилась первичная ориентировка ампульных гимолов в

Рис. 2. Пластинчатый кристалл гель-настурана с включениями квадратных в срезе квазикристаллов (один из них выделен рамкой). Микроснимок АСЭМ О. А. Дой-никовой, ИГЕМ

Рис. 3. Упорядоченная микротекстура столбчатого агрегата 48-ми гимолов в квазикристалле поперечном разрезе (перпендикулярно оси симметрии L4). В квадратной оболочке находилось 64 гимола, плотно сложенных по 8 штук в рядах, параллельных «граням» (рис. 3). Все они в срезе идеально круглые, D ~ 0.5 мкм, с одной четко очерченной внутренней точечной зоной пунктирно более восстановленного подобно «интрагенерациям» [6] оксида (на рис. 3 не показано).

Для понимания электрической природы гимолов интересны их параллельные и продольные сростки. Поперечно-параллельные сростки, местами прямолинейные или слабоизогнутые, в виде однослойных поперечно-столбчатых лент из сросшихся боковыми стенками ампул гимолов (рис. 4, А), в длину достигают более 10 мкм. Двусторонняя попе-

Рис. 4. Упорядоченные сростки гимолов при росте (А, Б) и разупорядоченные при перекристаллизации (В): А — фрагмент поперечностолбчатого сростка; Б — пачка нанотонких спайных листов гель-настурана пересечена косой трещиной, заполненной четырьмя лентами продольно сросшихся гимолов; В — квазикристалл (1) с разупорядоченными гимолами (2) и кубический кристалл гель-уранинита (3) в неопределенной затвердевшей массе (4)

речно-столбчатая лента украшена сверху и снизу частоколом острых конических (?) выступов со штырями, а посередине (с одной стороны?) — двумя параллельными рядами из тёмных точек, свидетельствующими об одноименной структурной (кристаллографической?) ориентации.

Образование и прочность таких лент — показатель весьма высокой молекулярной энергетики гимолов. Действительно, наиболее длинная часть ампулы гимола имеет цилиндрическую форму, изолирующую предполагаемые электромагнитные точки, а острые концы ампул — штыри, выступающие и не создающие подобно ребрам зародышевых кристаллов [8] ориентированное электропритяжение к другим гимолам, максимально разобщены.

Продольные сростки — многорядные, узкие, из нескольких лент (в нашем примере из четырех) продольно сросшихся вершинами гимолов. Они обнаружены как заполнение трещины, рассекающей пачку расщепившихся по спайности на плоские нанотонкие прямоугольные листы (молекулярно-кристаллическая сетка) кристаллических зерен гель-настурана. Полосы ленты имеют одинаковое расположение элементов гимолов, но конец отрезка у выхода из трещины в гель радиально расщепляется, что свидетельствует о взаимном отталкивании одноименных электрических зарядов гимолов в ленте (рис. 4, Б).

В этом же (с пластинами и единичным тором) скоплении геля встречен разупорядоченный псевдоквазикристалл в рамке ~3.8 x 4.1 мкм с центральным прямоугольным ядром зародышевого кристалла уранинита, разделённым по диагонали (на пирамиды роста ?) (рис. 4, В). Псевдоморфоза по квазикристаллу разупорядо-чена, и сохранившиеся в нем наноторы (поперечные срезы ампул) образуют беспорядочные скопления вблизи граней. Здесь мы наблюдаем распад квазикристалла (или перекристаллизацию гимолов в кубическое ядро) одновременно с «пробным» построением» решетки гель-настурана, не имеющей ничего общего с «псев-докристаллической» гимольной упаковкой. Процессы перекристаллизации происходили в плотном диспергированном «массивном» ураноксиде, о чем свидетельствуют отсутствие признаков гравитации в жидкой фазе и сохранение центрального положе-

ния вырастающего кристалла уранинита в центре псевдоморфозы.

Состав и химическая формула гимолов

Мы основываемся на недостаточно аргументированном предположении, допускающем, что гель-настуран сохранил информацию о составе не полностью перекристаллизованных гимолов неопределенных «престарелых» генераций. Аргументы: места в парагенетическом ряду минералоидов и минералов («параге-нетических координат») кристалла гель-настурана (рис. 2) и гель-урани-нита (рис. 4, В) показывают, что гель-оксиды образовались непосредственно вслед за квазикристаллами и находятся в связи с перекристаллизацией ампульных гимолов. Каких-либо других минералогических событий между ними не происходило. Выпавшие из близко-одновременных порций ураноксидного геля вслед за ги-молами гель-настураны в своем составе (см. таблицу), как предполагается, сохраняют заметную долю памяти о химическом составе гимолов. В пользу этого говорит и типичный для твердых гелей состав примесей. Основные примеси включают Ca и Р,

Химический состав гель-настуранов из скважины 5070 Хохловского месторождения, по данным микрозондового энерго-дисперсионного анализа (Аналитик О. А. Дойникова, ИГЕМ РАН, 2001)

	Na	Al	Si	Р	S	Ca	Fe	Ba	Zr	U	0	Сумма
		0.76	0.46	1.00		2.29	0.45		2.02	73.89	19.14	100
		1.68	0.97	1.94		3.42	0.49		1.32	18.58	71.60
	0.44	1.69	1.39	1.45		3.40	0.67	1.08		76.14	15.74	100
	1.25	1.68	3.26	3.08		3.92	0.78	0.51		20.98	64.53
3	0.57	0.50	1.02	1.59	0.32	2.28	0.63	0.96		72.06	20.07	100
	1.39	1.05	2.05	2.90	0.56	3.21	0.40	0.40		17.07	70.14
		0.15	0.9	1.57	0.73	0.74	0.98			76.60	19.32	100
4
		0.90	0.20	3.08	1.38	1.12	0.82			19.57	73.44
5	0.40	0.65	1.31	1.37		2.26	0.64	1.01		72.54	19.61	100
	1.03	1.57	2.66	2.52		3.22	0.54	0.42		17.41	70.71
			0.30	1.37	2.78					76.83	18.71	100
			0.65	2.74	4.29					19.96	72.35

Примечание. Над чертой — содержание в весовых процентах, под чертой — в атомных процентах

отчасти Si (более 3 ат. %). Исключение (анализ 4) объясняется образованием гель-настурана не в свободном геле или в агрегате гимолов, а метасоматически совместно с кварцем в агрегате полностью перекристаллизованного фрамбоидального пирита. Количество фосфора — 3—2 ат. %, Al не превышает 1 ат. %., остальные редки (Ba, Zr) или целиком не сохраняются при полной перекристаллизации.

В анионной части (см. таблицу) 70—73 ат. % кислорода, что ориентировочно (не удалось получить данные ИКС по H 2 O и OH) соответствует соединению (U, Ca, P, Si, Al)₃O₇, по-ви-димому не созревшему (?) до тетрагонального соединения U 3 O 7 . Несмотря на многочисленные сообщения, существование в природе этого соединения не доказано, возможно в связи с тем, что его следует искать среди минералоидов, а не среди минералов. Рентгеновские анализы для данной работы выполнить не удалось.

Авторы признательны профессору МГУ Игорю Викторовичу Пекову за детальный просмотр рукописи и полезные редакционные советы и замечания.