матрица в стоматологии
профессинальные ортодонт пасты
срібна ложка бу

Метамиктный циркон

Метамиктный циркон

В течение многих столетий основным поставщиком ювелирных цирконов был остров Шри Ланка, и, начиная с XIX в., камни из Шри Ланки стали объектами пристального внимания исследователей в связи с оригинальностью их свойств. В частности, были обнаружены большие различия в удельных весах и показателях преломления, которые не могут быть объяснены различиями в химическом составе. Наибольший удельный вес цирконов 4,69 или около того. Эти самые тяжелые камни имели показатель преломления 1,926 для обыкновенного луча и 1,985 для необыкновенного и двупреломление 0,059. Минимальное значение удельного веса цирконов составляет 3,95; у таких камней нет двупреломления, а единственный показатель преломления равен 1,78. Между этими двумя крайними типами находится ряд цирконов, имеющих промежуточные свойства. Было замечено, что низкопреломляющие цирконы почти всегда имеют зеленый цвет. Цирконы из других месторождений, как правило, отличаются достаточно постоянными физическими константами, соответствующими первым из указанных выше. Они могут рассматриваться как типичные для "нормального" циркона.
В течение более чем пятидесяти лет необычные колебания в свойствах цирконов из Шри Ланки представляли одну из загадок минералогии и являлись предметом многочисленных научных статей. Решение проблемы пришло в 1936 г., когда Худоба и Штакельберг, используя методы рентгеноструктурного анализа кристаллов, установили, что в цирконах из Шри Ланки происходит постепенное разрушение тетрагональной кристаллической решетки под влиянием длительной бомбардировки альфа-частицами радиоактивных атомов урана и тория, которые почти всегда в небольших количествах присутствуют в минериле. Цирконы из Шри Ланки связаны с древними породами, так что воздействие радиоактивного излучения на решетку кристалла продолжается здесь в течение примерно 800 млн. лет. В результате этого низкопреломляющие камни превратились в почти аморфную смесь окислов кремния и циркония. Это и приводит к значительному снижению удельного веса и показателя преломления камней. Когда кристаллическая структура камня полностью исчезает, двупреломление падает до нуля.
Минералы, содержащие радиоактивные атомы, как основной компонент или как примесь, и потерявшие поэтому исходную кристаллическую структуру, известны как метамиктные минералы, и низкопреломляющие цирконы с запершенным или почти завершенным процессом разрушения справедливо могут быть названы метамиктными цирконами. Редкий минерал эканит, недавно обнаруженный среди драгоценных камней из Шри Ланки, также является метамиктным вследствие большого содержания тория. Эканит известен только в метамиктном виде и очень радиоактивен.
Метамиктные цирконы, как отмечено выше, почти всегда имеют зеленый цвет. Встречаются, однако, не очень красивые цирконы коричневого оттенка. Изредка находят совершенно очаровательные оранжевые метамиктные цирконы. Не все зеленые цирконы метамиктны. В частности, зеленые бирманские цирконы имеют полностью кристаллическую структуру и относятся к типу нормальных.
Природа и расположение полос поглощения в спектрах минералов в сильнейшей степени обусловлены их кристаллической структурой, и цирконы служат этому хорошим примером. У цирконов из Шри Ланки степень внутренней разупорядоченности структуры отражается не только на удельном весе (в сторону снижения), но и на четкости характерных полос поглощения. В спектре метамиктных цирконов наблюдается лишь довольно размытая широкая полоса в красной области. Иногда заметна также узкая полоса в зеленой области при 520 нм, отсутствующая в спектре нормальных цирконов.
При нагревании до красного каления промежуточных цирконов с нормальным, но нечетким спектром, полосы поглощения становятся гораздо более четкими, а продолжительное нагревание приводит к повышению показателя преломления. Нагревание до ярко-красного каления (800 °С) полностью метамиктных цирконов, не имеющих нормального спектра, вызывает другой, еще более удивительный эффект. Хотя внешне оба спектра очень похожи, в спектре нагретых цирконов некоторые группы интенсивных полос поглощения дают совершенно иную картину по сравнению с нормальным спектром. Вместо обычной интенсивной линии в красной области при 653,5 нм появляются три интенсивные полосы при 687, 668,5 и 652,5 нм. Из семи других полос такого аномального спектра ни одна не соответствует полосам нормального спектра. Особенно выделяются две интенсивные полосы в синей области спектра при 473,5 и 451 нм. Оба спектра для сравнения показаны на рис. 17.1. Эти удивительные изменения в спектре метамиктных цирконов после их нагревания сопровождаются уменьшением и без того низких значений удельного веса и показателя преломления. Граница между цирконами, показатели преломления которых увеличивваются при нагревании шщ уменьшаются (последние к тому.
же дают аномальный спектр), лежит (по удельному весу) около значения 4,02. Однако при нагревании в течение длительного времени при более высоких температурах (более 1100 °С) даже наиболее метамиктные цирконы превращаются в нормальные.
Рис. 17.1. Вверху: аномальный спектр обожженного метамиктного циркона. Внизу: типичный спектр метамиктного циркона до обжига.
При исследовании рентгеновскими методами цирконов, дающих аномальный спектр поглощения, было доказано, что этот спектр обусловлен присутствием урана в решетке тетрагональной Zr0
, которая представляет собой кристаллическую фазу, образующуюся при сильном нагревании метамиктного циркона. Можно думать, что цирконы с аномальным спектром — это в действительности камни, подвергавшиеся искусственному или, что менее вероятно, естественному воздействию высоких температур.