11.6.3. Кварц
Есть еще и такой весьма непростой вопрос, правда, о нем мало говорят и пишут. Он упирается в хорошо всем известный кварц, но… может поломать все устоявшиеся в науке положения о роли тяжелых металлических элементов в самых глубинных слоях Земли. Кварц (диоксид кремния – SiO 2 ) – самый распространенный минерал на Земле. Свободное содержание кварца в земной коре соответствует 12 %. Он также входит в состав других минералов в виде смесей и силикатов. В общей сложности массовая доля кварца в земной коре составляет более 60 %. При нормальном давлении кварц плавится выше 1700ºС. Он обладает полиморфизмом, т.е. в зависимости от условий (температуры и давления) может иметь различное кристаллическое строение (α- и β-кварц, тридимит, кристобалит, коэсит, стишовит). В последующем изложении кварц будет играть очень важную роль, поэтому приведу более подробную информацию.
[more]Название происходит от немецкого «.Querklufter», что означает «руда секущих жил». Две основные модификации – α и β. Первый из них имеет гексагональную структуру, второй (устойчивый ниже 573º С) – тригональную. Именно такой тригональный кварц широко распространен в природе. Его кристаллическая структура построена из кремне-кислородных тетраэдров, расположенных винтообразно с правым или левым ходом винта вокруг главной оси (она же оптическая). Отсутствие плоскостей и центра симметрии - у кристаллов β-кварца обусловливает у него наличие пьезоэлектрических и пироэлектрических свойств. Запомним. Образование остальных модификаций требует высоких температур и высокого давления, но они и в нормальных условиях могут в той или иной степени находиться в метастабильном состоянии. Из всех модификаций только β-кварц обладает пьезоэлектрическими свойствами. А это значит, что при приложении к кристаллам β-кварца растягивающих, сжимающих или сдвиговых нагрузок на его поверхностях будет возникать электрический заряд разного знака. Но… при очень высоких температурах и колоссальных давлениях структура кварца может перейти в коэсит или стишовит, который имеет плотноупакованную октаэдрическую решетку типа рутила (ТiO 2 ). При переходе кварца в стишовит плотность с 2,65 г/см3 возрастает до 4,35 г/см3. Коэсит образуется при «немного более щадящих условиях» и поэтому несколько уступает по твердости и плотности стишовиту.
А теперь приведу цитату из «Справочника химика 21»:
До сих пор наличие плотных пород в глубинах Земли (данные по экспериментам с сейсмическими волнами) трактовались как присутствие там тяжелых элементов. Однако, если силикатные породы под очень высоким давлением могут сильно увеличивать свою плотность, то нет гарантии, что под давлением в несколько сотен ГПа (миллионы атмосфер) в глубинах Земли не присутствуют кремнекислородные соединения в новых кристаллических формах. Эти данные совершенно по-новому ставят проблему о внутреннем строении Земли (http://chem21.info/info/2165/).
Кстати сказать, практически при тех же условиях, при которых образуются стишовит с коэситом, углерод переходит в алмаз. Их вместе находят в огромных метеоритных кратерах на Земле, так называемых астроблемах (рис. 11.31).
Рис. 11.31. Астроблемы
Аризонский кратер – один из самых больших на Земле. Его диаметр составляет 1220 м, глубина 230 м, именно в нем впервые были найдены стишовит и коэсит импактного происхождения (http://img-fotki.yandex.ru/get/9/137106206.1a/0_7ae61_fc72a0e1_XXL.jpg).
На севере Сибири, чуть юго-восточнее Таймыра, находится кратер Попигай (рис. 11.32). Диаметр его кратера составляет около 100 км. На Земле он является четвертым по величине. В нем были найдены стишовит, коэсит и значительное месторождение алмазов. (http://akuaku.ru/dostoprimechatelnosti/meteoritnyi-krater-popigai). Вот как выглядит Попигай в другом ракурсе:
Рис. 11.32. Кратер Попигай,
http://to-world-travel.ru/img/2015/042521/5754687
С ударными кратерами ассоциировано только две разновидности кварца – коэсит и стишовит. Но если первый иногда встречается в глубинных породах (кимберлиты, кварциты), то природный стишовит вне ударных кратеров на Земле пока нигде не найден. Для его образования нужны давления более 8 Гпа (8 млн. атм.), которых ни в литосфере, ни в верхней мантии не может быть в принципе.
На рис. 11.33 представлены кристаллы кварца, коэсита и стишовита:
Рис. 11.33. Кристаллы различных модификаций кварца,
http://mineralmarket.ru/img/p/726-2427.jpg,
http://www.nostradamustoday.org/uploads/posts/2012-08/1344237535_quartz.jpg,
http://dic.academic.ru/pictures/wiki/files/81/Quarz0027.jpg,
http://www.mindat.org/photos/0716119001146464320.jpg
И только еще в одном случае на Земле образуется стишовит – в результате подземных ядерных взрывов.
Так что, вопрос о том, что находится в глубине недр нашей планеты, далеко не так прост и однозначен.
(0)
