Минералогические проблемы кремнезема



МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ КРЕМНЕЗЕМА

Кремний — один из самых распространенных элементов Земли. Он составляет около 15 % веса всей нашей планеты, занимая третье место после железа и кислорода. В составе же земной коры он стоит на втором месте за кислородом, нa его долю приходится 29.5 %. В природных системах кремний всегда находится в соединении с кислородом в виде кремнезема SiO2 и его гидратированных форм — силикатов и алюмосиликатов металлов. Структурной основой всех природных соединений кремния являются кремнекислородные тетраэдры SiO2, образующие многообразные пространственные конструкции путем соединения через общие атомы кислорода нa их вершинах. Eсли пересчитать кремниевый кларк ʜa SiO2, то окажется, что почти на две трети (около 62 %) земная кора состоит из кремнезема. Входя в структуру подавляющего большинства минеральных видов, кремнезем по праву получил название короля неорганического мира, хотя в минералообразующих процессах он жестко управляется кислородом — “геохимическим диктатором”, по меткому выражению В. И. Вернадского.

Кремнезем в литосфере отличается необычайным полиморфизмом, обра- зуя целый ряд минеральных видов и минералоидов. Однокомпонентная система SiO2 состоит по крайней мере из восьми стабильных и метастабильных кристаллических фаз (минеральных видов): α-кварца (триг.), β-кварца (гекс.), α-кристобалита (тетраг.), β-кристобали-та (куб.), α-тридимита (ромб.), β-триди-мита (гекс.), коэсита (монокл.), стишовита (тетр.). Кроме того, получено около двух десятков искусственных кристаллических модификаций кремнезема (кватит, кремнезем W, кремнезем О и др.). Однокомпонентный кремнезем существует в литосфере в виде минералоидов с разной степенью структурной упорядоченности — стекол, гидратированный кремнезем — в виде природных полимеров (опала, силгидрата). Несмотря на то, что физико-химическое состояние системы SiO2 в различных условиях изучается весьма интенсивно, все еще остается много неизведанного, особенно в отношении некристаллических фаз. То же можно сказать об эйдологии и таксономии природного кремнезема.

В числе минералов кремнезема самое почетное место, несомненно, занимает кварц, отличающийся широким распространением, уникальной поли- генностью, эстетической привлекательностью, многими полезными свойствами, поразительным многообразием структурных, морфологических и физических разновидностей, своеобразными формами агрегации.

Кварц оставил яркий след в истории культуры, религии, техники, науки. С познанием и освоением его свойств связаны важнейшие революционные скачки технического прогресса, такие, как создание стекольного и абразивного производства, оптической промышленности, пьезоэлектрической техники, микроэлектроники, волоконной оптики, становление индустрии синтетических материалов, и многие другие.

B минералогии кварц с древнейших времен до нашей эпохи остается опорным объектом, на котором отрабатываются новые исследовательские подходы, современные методы, которые стимулируют появление важнейших открытий, формирование новых теорий и концепций. Кварц можно рассматривать как своего рода двигатель минералогического познания. Именно в результате его исследований сформировались основные понятия кристалломорфологии от закона постоянства углов до учения о реальном кристалле, разработаны представле-

ния об анатомии кристаллов, гранных скульптурах, о влиянии силы тяжести на рост и форму кристаллов, о дефектах структуры, включениях, открыты законы кристаллографической индукции, геометрического отбора, разработано учение о типоморфизме минералов, об онтогении минералов, решены ключевые проблемы кристалломеханики, двойникования, спектроскопии.

B современной минералогии исследования кварца сконцентрированы на формировании следующих концепций:

• •    кварц как минеральный вид (эйдология кварца и его разновидностей, конституция и свойства кварца, физическая и генетическая природа кварца);

• •    кварц как полезное ископаемое (полезные свойства, месторождения, технология области применения);

• •    кварц как индикатор условий минералообразования (типоморфизм, генетико-информационное значение, термобарометрия, геохронология);

• •    кварц как элемент минералогического картирования (в том числе структурного, геофизического и др.);

• •    кварц как поисковый индикатор;

• •    кварц как инструмент в решении геологических, технологических, экологических и иных задач;

• •    кварц как объект эстетического восприятия (кварц в искусстве, в музейных экспозициях, в геммологии и др.).

Кварц, другие минералы и минералоиды кремнезема относятся к наиболее популярным объектам минералогических исследований. Объем информации о них нарастает стремительно, раскрываются неизвестные ранее конституционные и генетические особенности, открываются новые полезные свойства, осваиваются новые типы кремнеземного минерального сырья. Это, однако, не уменьшает исследовательской привлекательности кремнезема, а наоборот, новые открытия ставят новые проблемы. Кроме того, не все направления кремнеземологии в должной степени удостоены вниманием исследователей.

К одному из таких малоизученных направлений относится биоминералогия кремнезема, хотя кремнеорганизмы су- ществовали начиная с самых ранних этапов развития жизни, а в цикл функционирования современной жизни вовлечено более девяти миллиардов тонн кремния. B исследовании энантиоморфизма кварца может быть найден ключ к познанию тайны хирального отбора. Минералогия может прояснить возможность существования внеземной кремниевой формы жизни в определенных условиях. Хотя физиологическая роль кремния в жизни биоорганизмов, в том числе и человека, практически не исследована, эмпирически установлены патологические следствия недостатка или переизбытка кремния, токсичность одних соединений и лечебные свойства других. Минералы кремнезема, следовательно, должны стать полноправными объектами и медицинской минералогии.

Мир кремнезема многообразен и удивителен, он неисчерпаем для исследований, познание его обогащает не только минералогию, но и все естествознание, питает экономику и культуру.

Председатель оргкомитета академик Н. fiшкин

ИТОГИ СЕМИНАРА

Международный семинар “Кварц. Кремнезем” состоялся 21—24 июня 2004 г. в Институте геологии Коми НЦ УрО РАН в г. Сыктывкаре. Научная программа семинара включала шесть основных направлений:

• —    минералогия кремнезема;

• —    генезис, типоморфизм и индикаторное значение минералов кремнезема;

• —    месторождения кварца, ресурсы, оценка качества, технологии;

• —    экспериментальные и кристаллотехнологические исследования, синтез минералов кремнезема;

• —    биоминералогия кремнезема;

• —    минералы кремнезема в геммологии, истории, музейных экспозициях.

B работе семинара приняло участие 93 человека из 14 городов России и СНГ, в том числе из Москвы (BИМС, МГУ, ЦНИТИ Техномаш, Институт микробиологии РАН и др.), Сыктывкара (Институт геологии, Институт химии, Институт языка, литературы и истории Коми НЦ УрО РАН, Коми государственный педагогический институт, Министер-

Открытие семинара “Кварц • Кремнезем”

ство природных ресурсов), Ухты (Ухтинский государственный технический университет), Миасса (Институт минералогии УрО РАН), Екатеринбурга (Институт геологии и геохимиии УрО РАН, Уральская горно-геологическая академия, Институт электрофизики УрО РАН), Казани (Казанский государственный университет, ЦНИИгеолнеруд), Апатит (Геологический институт Кольского НЦ РАН), Александрова (BНИИСИМС), Петрозаводска (Институт геологии Карельского НЦ РАН), Челябинска (Челябинский государственный университет), Санкт-Петербурга (BСЕГЕИ), Киева (Институт геохимии, минералогии и рудообразования НАН Украины), Читы (Институт природных ресурсов), Перми (Горный институт УрО РАН).

На семинар было заявлено 183 доклада 284 авторов. Издан сборник материалов объемом 43.5 печ. л. B течение трех рабочих дней 22—24 июня было заслушано 55 устных докладов, продемонстрировано 23 стендовых доклада.

Начался семинар с пленарных докладов Н. П. fiшкина и С. К. Кузнецова, П. П. fiхтанова (ИГ Коми НЦ), в которых был дан анализ современного состояния изученности кварца и других минералов кремнезема, определены достижения и актуальные проблемы дальнейших исследований. Было показано, что минералы кремнезема остаются важнейшими объектами минералогических исследований и имеют большое промышленное значение. B результате изучения кварца сформировались основные понятия кристалло-морфологии, были разработаны представления об анатомии кристаллов, онтогении индивидов и агрегатов и др. Как отметил в своем докладе Н. П. fiшкин,

B статье использованы фотографии Д. Камашева