Научные статьи. Рубрика в журнале - Вестник геонаук
Из опыта преподавания. IX. Энтропия выпуклого полиэдра
Статья научная
Статья посвящена применениям категории энтропии в естественных науках, главным образом в минералогии и кристаллографии, для описания сложности минеральных парагенезисов и кристаллических структур. Показано, что термодинамическая, информационная и статистическая энтропии, определенные независимо в разных дисциплинах, не копируют друг друга. Они не пересчитываются друг в друга и согласуются на уровне общих принципов. Статистическая энтропия как мера сложности систем, охарактеризованных вероятностными распределениями параметров, есть всегда их свертка с потерей информации. Как шкала сложности, она неравномерно искривлена в разных областях поля вероятностей. Статья приурочена к 85-летию со дня рождения Н. П. Юшкина.
Бесплатно
Из опыта преподавания. V. Федоровские параллелоэдры
Краткое сообщение
В статье обращено внимание на то, что есть 5 федоровских параллелоэдров, а не 4, как указывают некоторые авторы: трипараллелоэдр (куб), тетрапараллелоэдр (комбинация гексагональной призмы и пинакоида), два гексапараллелоэдра (ромбододекаэдр и «удлиненный ромбододекаэдр», т. е. комбинация тетрагональной призмы и тетрагональной дипирамиды), гептапараллелоэдр (специальная, с равными ребрами, комбинация куба и октаэдра). Гексапараллелоэдры образуют в пространстве сходным образом устроенные и расположенные «колонны» (термин Е. С. Федорова). Но они имеют разные комбинаторные типы, не получаются друг из друга однородными деформациями и должны трактоваться в курсе кристаллографии как различные.
Бесплатно
Из опыта преподавания. VI. Симметрия бордюров
Краткое сообщение
Рассмотрение 7 групп симметрии бордюров в университетском курсе кристаллографии целесообразно по ряду причин. На примере бордюров легко строятся простейшие группы симметрии бесконечных фигур. Наглядно объясняется теорема о композициях плоскостей и осей симметрии с ортогональными трансляциями, порождающими однородные элементы симметрии. Анализ групп симметрии бордюров в природе и городском ландшафте (ограды, решетки, орнаменты, мозаики и т. д.) обращают студентов к фундаментальной проблеме распространенности 230 пространственных групп симметрии в мире минералов.
Бесплатно
Из опыта преподавания. VII. Соподчинение групп симметрии и кристаллографический критерий гармонии
Краткое сообщение
На примере решеток Санкт-Петербурга показано, что в них по-разному сочетаются бордюры всех семи групп симметрии. Предложен критерий: решетка гармонична, если группы симметрии бордюров соподчинены; иначе она эклектична. По нашему опыту, такой подход на границе кристаллографии и архитектуры облегчает восприятие темы о соподчинении 32 точечных групп симметрии в университетском курсе кристаллографии. Статья посвящена памяти выдающегося ученого и популяризатора минералогии профессора А. Г. Булаха.
Бесплатно
Из опыта преподавания. VIII. Сетчатые орнаменты
Статья научная
После 7 групп симметрии бордюров, 17 групп симметрии сетчатых орнаментов — следующий шаг на пути к 230 пространственным группам симметрии в университетском курсе кристаллографии. Предложен простой вывод сетчатых орнаментов, сочетающий получение 10 плоских кластеров и их трансляции в 5 параллелограммных сетках. Анализ сетчатых орнаментов в городском ландшафте (художественные мозаики, облицовки стен, укладки полов и т. д.) обращает студентов к актуальной проблеме распространенности 230 пространственных групп симметрии в минералах.
Бесплатно
Из опыта преподавания. X. Правильные, полуправильные и неправильные разбиения плоскости
Статья научная
Статья посвящена правильным, полуправильным и неправильным разбиениям плоскости, среди последних - разбиения на равные полигоны и произвольные разбиения с простыми узлами. Она продолжает авторские дополнительные лекции к университетскому учебнику «Кристаллография» Г. М. Попова и И. И. Шафрановского, рекомендованному студентам-геологам Санкт-Петербургского горного университета. Новая тема интересна тем, что первая задача решается элементарно в виде диофантова уравнения, вторая - алгоритмическим перебором вариантов, третья имеет отношение к 18-й проблеме Гильберта и на сегодня не исчерпана, а четвертая показывает переход к геометрии квазикристаллических и аморфных структур. Она дает примеры легко формулируемых, но трудно решаемых задач и побуждает студентов к научному творчеству в геометрической кристаллографии и смежных дисциплинах (петрографии, материаловедении). Изложение теории иллюстрировано примерами разбиений плоскости в городских интерьерах Санкт-Петербурга.
Бесплатно
Из опыта преподавания. XI. История и философия в курсах кристаллографии и минералогии
Статья обзорная
Статья посвящена истории и философии кристаллографии и минералогии. Составленная из отдельных сюжетов, в целом она показывает широкий диапазон тем, которые целесообразно обсудить со студентами-геологами по мере прохождения курсов «Кристаллография» и «Минералогия». Это можно сделать в ходе лекций во время пауз, рекомендуемых действующими педагогическими методиками, или факультативно. Приведен обширный список первоисточников и свежей литературы для подготовки бесед. Их цель видится в том, чтобы привлечь студентов к чтению серьезной литературы по истории и философии изучаемых наук.
Бесплатно
Из опыта преподавания. XII. Зарождение кристалла и принцип равного ближайшего окружения
Статья научная
Статья посвящена поиску лаконичного ответа на вопрос: как возникает зародыш кристалла? Хотя простой и одновременно полный ответ невозможен, сделана попытка прояснить проблему в трех аспектах: согласно какому принципу частицы объединяются в зародыш, какой зародыш имеет шанс стать кристаллом, с какой атомной конфигурации он узнается. Для моделирования малых полиэдрических кластеров предложен принцип равного ближайшего окружения. Показано, что такие кластеры с нечетным числом атомов невыгодны. Малые полиэдрические кластеры должны расти, присоединяя пары атомов. Ранее это было известно для фуллеренов из-за специфики их геометрии. Тема важна ввиду охвата кристаллографией и минералогией новых квази- и некристаллических структур.
Бесплатно
Из опыта преподавания. XIV. О разнообразии тетраэдров
Статья научная
В статье предложен вывод 25 комбинаторно-геометрических видов тетраэдров, относящихся к 8 точечным группам симметрии. Среди них 3 простые формы: кубический (-43m), тетрагональный (-42m) и ромбический (222) тетраэдры - и 5 комбинаций: тригональная пирамида и моноэдр (3m), 2 планальных диэдра (mm2, 2 вида), 2 аксиальных диэдра (2, 3 вида), планальный диэдр и 2 моноэдра (m, 5 видов), 4 моноэдра (1, 11 видов). Показано, что невозможны тетраэдры с симметрией 23, -4 и 3 - подгруппами точечной группы симметрии кубического тетраэдра. Пример рекомендован к рассмотрению в курсе кристаллографии по теме «Простые формы и их комбинации».
Бесплатно
Из опыта преподавания. XV. Кристаллографические бордюры и филлотаксис
Краткое сообщение
Филлотаксис - упорядоченное расположение листьев на стеблях и ветках растений. Его причина состоит в том, что каждый вид в ходе эволюции оптимизировал световой поток для каждого листа. Найденный оптимум закрепился в генотипе и стал фенотипическим признаком. Возможность применения идей кристаллографии в ботанике показана О. Браве. В данной статье предложено описывать расположения листьев на горизонтальной ветке в терминах теории бордюров. Теоретически непротиворечивыми оказались все семь возможных типов бордюров. Предложенная номенклатура в терминах операций симметрии строго фиксирует ортогональное и косое расположение симметричных и асимметричных листьев на ветке. Для всех типов бордюров установлены ботанические прототипы.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты рентгеновского микрозондового (спектрального) анализа изделий из цветных металлов на раскопках Шиховского могильника (бас. ср. Печоры), выделяются группы сплавов, проводится сравнение с данными, полученными в ходе изучения химического состава металлических изделий с сопредельных территорий.
Бесплатно
Статья научная
Исследован состав аминокислот в природных твердых битумах, графитах и некоторых синтезированных углеродистых веществах. Установлено, что с ростом температуры формирования природных углеродистых веществ происходит снижение содержания аминокислот. С ростом степени преобразованности в ряду карбонизации (дегидрогенизации) происходит постепенное увеличение содержания алифатических аминокислот, в основном за счет глицина, аланина и лейцина. Выявленные изменения аминокислотного состава природных углеродистых веществ связаны с генезисом исходного ОВ, а также с содержанием углеродистого вещества и его взаимодействием с минеральной составляющей. Показано, что выделение доминирующих индивидуальных аминокислот без привлечения статистических методов не позволяет наглядно различать некоторые типы углеродистых веществ. При этом статистическими методами было выделено множество аминокислот, значимо резделяющих все изученные типы твердых природных битумов и графитов.
Бесплатно
Статья научная
Методом атомно-силовой микроскопии исследовано воздействие высокоэнергетичного радиационного облучения на надмолекулярное строение низко- и высокометаморфизованных природных твердых битумов. Преобразования молекулярной структуры оценивались с помощью ИК-спектроскопии и рентгенодифрактометрии. Установлено, что происходит перестройка элементов надмолекулярной структуры, которая проявляется в изменении типов частиц (переход волокнистой структуры в глобулярную в низкометаморфизованном образце) и размеров частиц (в высокометаморфизованном битуме).
Бесплатно
Статья научная
В основе проведенного исследования лежат данные вибросейсмической съемки на урбанизированной территории Сыктывкара. Определены участки пересечения зон сверхнормативных значений виброскорости и виброускорения. В пределах таких зон велика вероятность последствий вибрационного воздействия в виде осадок фундамента зданий в слабых и плотных грунтах до 2 мм/год. Зарегистрированы максимальные среднеквадратичные значения виброускорения: по компоненте x - 0.254 м/с2, y - 0.207 м/с2, z - 0.622 м/с2 - и виброскорости: по компоненте x - 1.195 ´ 10-3 м/с, y - 7.54 ´ ´ 10-3 м/с, z - 1.318 ´ 10-3 м/с. Указанные значения неоднократно выше нормативных. На схемах перемещения выделено 3 участка с высоким градиентом затухания колебаний. В результате внесены дополнения в схему сейсмического микрорайонирования г. Сыктывкара с точки зрения геоэкологических условий города по части вибросейсмической нагрузки на грунты - основания зданий. Эти условия создают дополнительное приращение к амплитуде возможных землетрясений. Сделано заключение о трансформации экологического состояния геологической среды в отмеченных зонах в условиях плотной городской застройки.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены литология и геохимия карбонатных образований в древних карстовых полостях в толще фаменско-турнейских известняков Режевской подзоны восточного склона Среднего Урала. Показано, что минеральное заполнение изученных палеополостей отличается от типичных современных субаэральных спелеотем. Пустоты выполнены главным образом белым массивным крупнокристаллическим кальцитом (пещерным шпатом), красноцветными глинисто-карбонатными микрозернистыми отложениями (карбонатами с terra rossa - пещерными ламинитами) и брекчиями обрушения, сложенными обломками вмещающих известняков. Спектры распределения редкоземельных элементов (РЗЭ) и изотопный состав углерода в образцах свидетельствуют об очень слабом влиянии (или его отсутствии) почвенных вод на карбонатную систему: кальцит спелеотем унаследовал данные характеристики от вмещающих известняков. В то же время изотопный состав кислорода указывает на изначально метеорный генезис растворов и/или относительно высокие температуры кристаллизации кальцита. Возможно, изученные спелеотемы имеют гипогенную природу, то есть формировались из длительно циркулирующих в осадочной толще растворов поверхностного происхождения.
Бесплатно
Статья научная
Приводятся результаты изотопных исследований на молекулярном уровне углерода нормальных алканов, входящих в состав битумоида незрелых углеродистых пород, пород, подвергшихся искусственному созреванию в автоклаве, и пород, имеющих значительный природный катагенез. В случае доманиковых пород сопоставление изотопного состава углерода ряда н -алканов указывает на адекватность моделирования процесса природного катагенеза в лабораторных условиях. Исследование органического вещества позднеюрских горючих сланцев выявило неоднородность н -алкильных фрагментов, служащих источником н -алканов битумоида на различных этапах катагенеза органического вещества.
Бесплатно
Статья научная
Впервые полученные данные об изотопном составе кислорода и углерода кальцитов и графитов доломит-кальцитовых пород Ильменских гор и даек аналогичного состава в Пластовском районе позволили подтвердить предположение об их магматическом генезисе. Определённая по изотопным соотношениям углерода и кислорода в кальците и графите температура образования карбонатных тел (590-1000 °С) близка к интервалу температур (600-900 °С) образования карбонатитовых ассоциаций. По этим же соотношениям изотопов в кальцитах протолиты карбонатных пород располагаются в пределах полей карбонатитов складчатых областей и в переходной зоне к карбонатам морского происхождения. Вероятно, из этого следует, что эти породы являются порождением карбонатной магмы, возникшей при переплавлении осадочных карбонатных пород в зонах субдукции либо под влиянием тепла гранитных интрузий.
Бесплатно
Статья научная
Актуальность работы определяется необходимостью уточнения условий образования верхнедевонских рифогенных пород, являющихся коллекторами углеводородов в Тимано-Печорской провинции. С этой целью было проанализировано распределение изотопного состава углерода и кислорода (определение осуществлялось на масс-спектрометре Delta V Advantage) фаменских карбонатных пород по фациальным зонам в пределах Центрально-Хорейверского вала. Показано, что образование нижнефаменских известняков отмельной зоны происходило в мелководном морском бассейне в условиях испарительного режима аридного климата. Вариации значений 13С и 18О в нижнефаменских известняках зоны микробиальных холмов отражают увеличение биопродуктивности и колебание солености вод. Изменение изотопного состава углерода в известняках фациальной зоны, переходной к депрессионной впадине, характерной для всего разреза фамена, указывает на усиление испарительных процессов при аридизации климата от раннего к среднему фамену и опреснение вод при гумидизации в позднем фамене. Образование верхнефаменских карбонатолитов фациальной зоны склона карбонатной банки в сторону мелководного шельфа в целом происходило в мелководном морском бассейне с нормальной соленостью, но с незначительным усилением испарительного режима при аридизации климата. Полученные результаты показывают, что фаменский бассейн седиментации характеризовался колебаниями уровня моря, фаций, гидрохимии вод и климата.
Бесплатно
Статья научная
Обобщены результаты изотопно-геохимических исследований магматических пород четласского комплекса (карбонатитов, пикритов, лампрофиров) и осадочных карбонатных пород (доломитов и известняков) четласской и быстринской серий Среднего Тимана. Сделан вывод о том, что щелочные пикриты и связанные с ними карбонатиты являются, во-первых, по источнику вещества мантийными образованиями, а во-вторых, магматическими и частично постмагматическими (гидротермальными) продуктами единого подкорового очага. Сравнительное исследование осадочно-терригенных пород, вмещающих магматиты четласского комплекса, показало, что образование карбонатитов не сопровождалось существенной ассимиляцией экзогенного вещества.
Бесплатно
Статья научная
В литературе известны лишь единичные данные об изотопном составе серы минералов платиновой группы (МПГ). Методом LA-ICP-MS изучен изотопный состав серы Ru-Os-Ir-сульфидов и сульфоарсенидов, выделенных в составе эпигенетических коррозионного и наложенного парагенезисов МПГ из россыпи р. Восточный Шишим в пределах Верх-Нейвинского дунит-гарцбургитового массива. Сульфиды коррозионного парагенезиса (лаурит, As-содержащий лаурит) замещают зерна первичных самородных минералов Os и Ru, образуя на них корочки, а МПГ наложенного парагенезиса (лаурит, ирарсит, толовкит и др.) формируются на поверхности коррозионного парагенезиса. Установлено, что вариации d34S эпигенетических МПГ (от -4.6 до 7.6 ‰) более широкие, чем таковые для лаурита и эрликманита первичного парагенезиса (0.2-2.3 ‰). Результаты интерпретированы исходя из модели выдвижения гипербазитов к поверхности и их водного метаморфизма восходящим тектоническим потоком в составе корово-мантийной смеси. На начальном этапе метаморфизма участвует мантийная сера, изотопно облегченная в условиях окисления и понижения температуры при выдвижении массива к поверхности. На заключительном этапе принимает участие сера метаморфического флюида, образованного при вовлечении изотопно-тяжелой серы вмещающих осадочных пород.
Бесплатно
