Самое распространенное полезное ископаемое в мире

Невадаит с химической формулой Cu2Zn0.02V3+0.98Al1.15Al8P7.9O32F8.37(OH)1.63(H2O)21.65 — один из самых редких минералов. Он образуется из ванадия и меди в очень специфических и экстремальных условиях окружающей среды. Микроскопические ярко-синие кристаллы невадаита обнаружены только в двух местах на планете: в округе Юрика (Невада, США) и на медной шахте в Киргизии

К настоящему времени на нашей планете обнаружено 5090 минералов. Именно такое количество официально утвердила Международная минералогическая ассоциация, которая занимается классификацией этих химических соединений. Сюда входят только земные минералы, но не входят такие вещества как этанол C2H5OH или ацетилен C2H2, которые называются в числе возможных минералов на поверхности Титана (температура поверхности -179°C), но ещё не попадались в кристаллическом виде на Земле. Теоретически, тот же углекислый газ CO2 с температурой замерзания -78,5°C мог бы выпасть в кристаллическом виде на Земле, например, в августе 2010 года в Западной Антарктиде, когда НАСА зафиксировало там температурный рекорд -94,7°C, но его не нашли. В противном случае CO2 тоже внесли бы в список земных минералов, а пока он входит только в список минералов на Марсе.

Менее сотни самых распространённых минералов занимают более 99% объёма земной коры, а всего несколько самых распространённых — около 60% объёма. Для настоящего геолога настоящее сокровище — не какой-то банальный алмаз, которых на земле как грязи, а редкие минералы. Их поиску некоторые энтузиасты посвящают целую жизнь.

По международной классификации, редким минералом считается такой, который встречается только в пяти или менее локациях на Земле. При этом многие редкие минералы были найдены всего лишь в одном-единственном месте.

Что удивительно, из 5090 земных минералов более 2500 являются редкими. Такие вещества образованы в невероятно редких условиях окружающих среды, в местах, где собраны в правильной пропорции все необходимые химические элементы, создана идеальная температура и давление, и всё это удивительное стечение обстоятельств сохраняется в течение нужного времени для формирования минерала. В каком-то смысле эти редкие минералы — своеобразные «ошибки» природы. Как неуловимый баг в программе, который вы однажды заметили, но никогда не сможете воспроизвести.

Ичнусаит, один из самых редких в мире минералов, был найден только в одном месте на Земле

Уникальное сочетание нескольких факторов приводит к образованию таких минералов, которые более редкие, чем самые дорогие драгоценные камни. Совокупная мировая добыча некоторых таких минералов меньше, чем один алмаз.

К сожалению, поскольку редкие минералы формируются в исключительно необычных условиях окружающей среды, некоторые из них тают в обычной атмосфере. Другие полностью испаряются или распадаются под воздействием солнечного света. Тем не менее, находка таких минералов даёт важную информацию геологам о том, что какие-то специфические условия присутствовали в конкретное время в конкретном месте земной коры. Это очень важно для формирования общей картины геологической истории. И даже помогает изучить формирование и эволюцию жизни на нашей планете.

Недавно д-р Роберт Хазен (Robert Hazen) из геофизической лаборатории института Карнеги совместно с Джесси Осубелем (Jesse H. Ausubel) из Рокфеллеровского университета (США) опубликовали научную работу в журнале American Mineralogist, в которой описали происхождение и важность самых редких минералов на Земле.

Минералоги сформулировали четыре критерия, из которых как минимум одно свойственно каждому редкому минералу:

1. Специфические и экстремальные температура и давление, часто в ограниченных пределах, во время минерализации.
2. Присутствие крайне редких элементов, которые нечасто встречаются на поверхности Земли и в земной коре (тонкий затвердевший внешний слой над пластичной мантией за границей Мохоровичича).

   Структура Земли

3. Наличие необычных условий окружающей среды, которые настолько отличаются от обычных, что минерал быстро разрушается в нормальных условиях.
4. Сложность обнаружения минерала: например, незаметные микроскопические кристаллы (так, несколько редких минералов с теллуром обнаружены только в горах Калифорнии, где провели обширное микроскопическое исследование образцов — но вполне вероятно, что такие минералы могут встречаться во многих других местах, где не проводили подобных исследований), необычное местонахождение, труднодоступное место, сложность распознавания в ряду похожих минералов по кристаллической морфологии, цвету и т.д.

Д-р Хазен также отмечает, что многие из драгоценных камней, которые принято считать редкими, на самом деле встречаются в изобилии во многих местах мира, добываются и продаются в промышленном масштабе: это алмазы, рубины, изумруды и другие драгоценные камни. То есть в научном смысле они не соответствуют определению редких минералов. Использование терминов «редкие элементы» или «редкие металлы» тоже некорректно, поскольку ежегодно добываются многие тонны таких материалов, подчёркивают авторы научной работы. Ни о какой «редкости» тут речи не идёт.

Фингерит с химической формулой Cu11O2(VO4)6

Среди самых редких минералов на Земле — фингерит, который существует только в одном известном месте: около вулкана Исалько в республике Эль-Сальвадор. Для его формирования тоже требуются исключительно редкие условия окружающей среды. К тому же, он очень нестабильный и растворяется в обычной воде, то есть смывается дождём.

Но даже фингерит можно назвать очень устойчивым по сравнению с минералами, которые обладают гигроскопическими свойствами. То есть эти эфемерные камни впитывают влагу из окружающего воздуха, а затем растворяются в ней.

Понятие эфемерности тоже, впрочем, довольно условное. Многие редкие минералы деградируют в нормальных атмосферных условиях менее чем за сутки, а другим для этого требуются миллионы лет.

В каталоге минералов, опубликованных в журнале American Mineralogist, присутствует всего четыре редких минерала, который соответствуют всем четырём критериям редкости. Кроме фингерита (Cu11O2(VO4)6), это ещё макбирнеит (Cu3(VO4)2), стойберит (Cu5O2(VO4)2) и зиесит (Cu2V25+O7).

Некоторые минералы очень редко встречаются на поверхности Земли, хотя их должно быть очень много в земной мантии, где для их формирования есть все необходимые условия. Интересный пример здесь — перовскитовая фаза MgSiO3, бриджманит. Его обнаружили только в одном месте на планете: в ударном кратере одного метеорита. Во время столкновения там сформировалось необходимое сочетание температуры и давления для кристаллизации бриджманита. Больше он нигде не встречается. В то же время в земной мантии присутствуют именно такие условия давления и температуры. Учёные полагают, что бриджманит вообще составляет бóльшую часть материала нижней мантии.

Авторы научной работы обращают внимание ещё на несколько интересных аномалий. Например, некоторые химические элементы реже встречаются в химических соединениях редких минералов, чем другие, хотя в земной коре их больше в процентном отношении. Например, гафний — в два раза более распространённый элемент, чем уран. В то же время гафний присутствует только в одном редком минерале, а уран — более чем в 250. Это связано с тем, что урану проще локально концентрироваться в земной коре и, таким образом, участвовать в минерализации, чем гафнию, похожему по химическим свойствам на цирконий.

Поиск и классификация редких минералов имеют определённое значение для химии, биологии, геологии, астрономии и других естественных наук. В то же время, это само по себе удивительное и увлекательное занятие. Больше половины минералов на нашей планете являются редкими, то есть встречаются в пяти местах или меньше. Потрясающее разнообразие форм, бесчисленные вариации цветов и геохимических свойств, композиционных и структурных характеристик минералов — всё это и составляет красоту науки.