Блог

 

¹ – Институт минералогии УрО РАН, г. Миасс  

spot@netserv1.ilmeny.ac.ru
² – Институт геологии и минералогии СО РАН, г. Новосибирск

 titov@uiggm.nsc.ru

Настоящие исследования проведены в рамках относительно новых и слабо разработанных направлений минералогической науки – спелеоминералогии и криоминералогенеза [Потапов и др., 2006]. Изучены современные минеральные образования в Кунгурской и Октябрьских пещерах на Среднем Урале. В Кунгурской ледяной пещере материал отбирался лично С.С.Потаповым. Минеральные образования из Октябрьских пещер предоставлены О.И.Кадебской (Горный институт УрО РАН, г. Пермь).

Предварительно был проведен рентгенофазовый анализ минералов на дифрактометре ДРОН-2.0; CuKα-излучение (лаборатория ИМин УрО РАН, оператом Т.М.Рябухина). Изучение морфологии спелеоминералов проведено с использованием сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) LEO1430VP.  СЭМ-исследование основывается на использовании эффективного взаимодействия с веществом электронов, ускоренных напряжением до 30 кВ и сфокусированных электромагнитными линзами. Минеральные образования наносились на двусторонний угольный токопроводящий скотч. Для просмотра в сканирующем электронном микроскопе производилось их напыление золотом. Поскольку при просмотре в электронном микроскопе порошковых материалов происходит смещение отдельных кристалликов и, соответственно, нарушение сплошности токопроводящей плёнки золота, съемка во вторичных электронах становилась невозможной из-за электрической зарядки образца. Поэтому съемка была проведена в режиме обратно-рассеянных электронов, который менее чувствителен к зарядке. При съёмке в режиме обратно-рассеянных электронов детектируются первично ускоренные электроны, рассеянные на ядрах атомов, составляющих исследуемое вещество. При этом детектируются электроны, рассеянные под углом, близким к 180° к направлению первичного тока ускоренных электронов. Настоящий режим съемки чувствителен к атомным номерам элементов (Z), входящих в состав исследуемого вещества, и позволяет наблюдать неоднородности химического (фазового) состава по площади сканирования. Всего получено 6 снимков сезонных минеральных образований из Кунгурской ледяной пещеры и 7 СЭМ-изображений общего вида, деталей строения кристаллических агрегатов одной пробы криогенных образований (так называемой «горной муки») из Октябрьских пещер.

Эфемерные (сезонные) минералы в Кунгурской ледяной пещере отбирались нами в разное время, а именно, в марте 2006 г., в июле 2007 г. и в феврале 2008 г. [Potapov, 2008]. Как ни странно, для такого хорошо изученного объекта, как Кунгурская ледяная пещера, каждое новое опробование приносило принципиально новые, важные и значимые результаты. А именно, в 2006 г. при переходе из грота Колизей в грот Смелых впервые для пещеры был достоверно установлен мирабилит Na₂SO₄´10H₂O; в 2007 г. в гроте Полярный опять же впервые для пещеры был диагностирован блёдит (астраханит) Na₂Mg(SO₄)₂´4H₂O; а в 2008 г. при ревизии находок эфемерных минералов в гроте Полярный нами было подтверждено предположение наших предшествеников о возможности образования здесь мирабилита. Эфемерные минералы представляют собой пушистые белые спутанно-волокнистые образования с длиной волокон до 15 мм, локализованные на почве, стенах и кровле пещеры в холодных гротах. Эти образования были герметично упакованы, до момента проведения анализа хранились в холодильнике, а в лабораторных условиях подготовлен их препарат с вазелином (во избежание дегидратации) для рентенофазового анализа.  Интересно, что одинаковые по морфологии агрегатов минеральные образования с одного и того же места в гроте Полярный, но отобранные в разное время, сложены разными минеральными фазами – летом они представлены блёдитом Na₂Mg(SO₄)₂´4H₂O, а зимой – мирабилитом Na₂SO₄´10H₂O. Т. е. эти образования являются типичными минералами-эфемерами, и в зависимости от сезона года трансформируются. Летом образуется сульфатная фаза, содержащая кроме Na⁺  еще и Mg²⁺, что видимо, обусловлено большей растворимостью и способностью Mg²⁺ мигрировать в летний, более тёплый период года, тогда как зимой формируется только Na⁺-содержащая фаза с большим количеством кристаллизационной воды в своём составе. Отметим, что находки и мирабилита, и блёдита для Кунгурской ледяной пещеры являются первыми. В ассоциации с этими минералами всегда присутствует гипс. При приготовлении препаратов на СЭМ-исследовния эфемерные фазы исчезли, а гипс сохранился (рис. 1а-в).

При анализе СЭМ-фото криогенных минеральных образований из Октябрьских пещер не выявлено индукционных поверхностей совместного роста гипса со льдом. Следовательно, кристаллы росли в свободном пространстве жидкой фазы (воды). Таким образом, кристаллы и их сростки образовались не синхронно с кристаллизацией льда, а опережали его образование и лишь впоследствии консервировались кристаллизующимся льдом. Идеальных плоскогранных монокристаллов гипса в этой пробе практически нет. Чаще всего это адгезионные агрегаты, или агрегаты слипания (рис. 2а), цепочечные агрегаты и двойники парижского типа с двойникованием по плоскости  (рис. 2б) и сложные сферолитоподобные сростки (рис. 2в).

Несмотря на различие форм кристаллических агрегатов гипса, в целом можно выделить следующие общие особенности, характерные для криогенных образований горной муки из Октябрьских пещер:

– адгезионное агрегирование;

– широкое развитие не плоскогранных, а скелетных кристаллов;

– наличие двойниковых кристаллов, преимущественно двойников парижского типа.

Все эти особенности отражают кинетический режим роста гипса при высоком пересыщении. Высокая скорость роста при криогенезе обусловлена падением температуры, приводящим к пересыщению пещерных вод, что приводит к быстрому спонтанному кристаллогенезу. Эффект этот можно назвать взрывной или шоковой кристаллизацией. То же самое мы отмечали ранее и для криогенного гипсообразования в пещерах Пинежья [Потапов и др., 2008].

 

 

1. Потапов С.С., Паршина Н.В., Потапов Д С., Кадебская О.И., Сивинских П.Н. Спелеоминералогия (на примере Кунгурской ледяной пещеры) // Теория, история, философия и практика минералогии: Материалы IV Международного минералогического семинара. 17-20 мая 2006 г. Сыктывкар: Геопринт, 2006. С. 71-74.

2. Потапов С.С., Паршина Н.В., Титов А.Т., Ракин В.И., Низовский А.И., Шаврина Е.В., Кадебская О.И. Криоминеральные образования пещер Пинежья // Минералогия техногенеза-2008. Миас: ИМин УрО РАН, 2008. С. 18-43.

3. Potapov S. Blödite Na₂Mg(SO₄)₂´4H₂O –  first discovery of ephemeral mineral in Kungur ice cave. The history of discovery in connection with study of another ephemeral mineral – mirabilite// 3-rd International Workshop on Ice Caves. IWIC-III. Kungur Ice Cave, Perm Region, Russia. May 12-17, 2008 / Edited by Olga Kadebskaya. P. 65-68.

 

 

 

Рис. 1. СЭМ-фото кристаллов и сростков гипса, находившихся в ассоциации с эфемерными минералами – мирабилитом и блёдитом из Кунгурской ледяной пещеры:

а – плоскогранный кристалл гипса (слева), лежащий на двойнике типа «ласточкин хвост» (справа); б – парижский двойник гипса, с незакономерно наросшими на него кристаллами; в – сферолитовый сросток.

Рис. 2. СЭМ-фото криогенного гипса из Октябрьских пещер:

а – адгезионное агрегирование кристаллов гипса; б  – цепочечные сростки и двойник гипса парижского типа; в – сферолитоподобный агрегат гипса.