Атакамит из палеофумарол конуса Высота 1004 (вулкан Толбачик, Камчатка):термодинамические свойства

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Атакамит с эмпирической формулой (Cu1.97Zn0.01)Cl0.94(OH)3.02, происходящий из палеофумарол моногенного вулкана – конус Высота 1004 (Толбачик, Камчатка, Россия), изучен методами термического и электронно-зондового анализов, порошковой рентгенографии, ИК и КР спектроскопий, микрокалориметрии Кальве. С привлечением методов рентгенографии и ИК спектроскопии исследован процесс термического разложения атакамита. Методом расплавной калориметрии растворения определена энтальпия образования из элементов атакамита теоретического состава Cu2Cl(OH)3 (−810.2 ± 7.7 кДж/моль) и рассчитана энергия Гиббса образования (−657.0 ± 7.7 кДж/моль). На основании полученных данных проведено термодинамическое моделирование устойчивости атакамита в системе Cu−О−Cl−H, рассчитаны границы его устойчивости в условиях высокой щелочности и высокой кислотности минералообразующей среды.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. Д. Гриценко

Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова; Минералогический музей им. А.Е. Ферсмана РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: ygritsenko@rumbler.ru

геологический факультет

Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, 1; 119692, Москва, Ленинский пр., 18

М. О. Булах

Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова

Email: ygritsenko@rumbler.ru

геологический факультет

Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, 1

Л. П. Огородова

Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова

Email: logor48@mail.ru

геологический факультет

Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, 1

М. Ф. Вигасина

Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова

Email: ygritsenko@rumbler.ru

геологический факультет

Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, 1

Л. В. Мельчакова

Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова

Email: ygritsenko@rumbler.ru

геологический факультет

Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, 1

Д. А. Ксенофонтов

Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова

Email: ygritsenko@rumbler.ru

геологический факультет

Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, 1

Список литературы

  1. Бисенгалиева М. Р., Киселева И. А., Мельчакова Л. В., Огородова Л. П. (1990) Термодинамические свойства брошантита. Минералогический журнал. 12 (6), 51–58.
  2. Большое трещинное Толбачинское извержение, Камчатка, 1975–1976. (Под редакцией С. А. Федотова) (1984). М.: Наука, 637 с.
  3. Вергасова Л. П., Филатов С. К. (1993) Минералы вулканических эксгаляций – особая генетическая группа (по материалам Толбачинского извержения 1975–1976 гг.). Записки Российского Минералогического Общества. CXXII (4), 68–76.
  4. Витовская И. В. (1960) Новые данные по минералогии зоны окисления месторождения Акчагыл в центральном Казахстане. Кора выветривания. Вып. 3. М.: Из-во АН СССР, 74–116.
  5. Герман Л. Д. (1960) Некоторые минералы зоны окисления Блявинского месторождения. Кора выветривания. Вып. 3. М.: Из-во АН СССР, 117–136.
  6. Гриценко Ю. Д., Огородова Л. П., Вигасина М. Ф., Косова Д. А., Дедушенко С. К., Мельчакова Л. В., Ксенофонтов Д. А. (2023а) Термодинамические свойства кокимбита и алюминококимбита. Геохимия. 68(6), 622–628.
  7. Gritsenko Yu D., Ogorodova L. P., Vigasina M. F., Kosova D. A., Dedushenko S. K., Melchakova L. V., Ksenofontov D. A. (2023) Thermodynamic Properties of Coquimbite and Aluminocoquimbite. Geochem. Int. 61(6), 643–649.
  8. Гриценко Ю. Д., Еремина Е. Н., Вигасина М. Ф., Вяткин С. В., Огородова Л. П., Мальцев В. В., Мельчакова Л. В. (2023б) Содалит: спектроскопические и термохимические исследования. Геохимия. 68(7), 720–729.
  9. Gritsenko Yu D., Eremina E. N., Vigasina M. F., Vyatkin S. V., Ogorodova L. P., Maltsev V. V., Melchakova L. V. (2023) Sodalite: spectroscopic and thermochemical investigations. Geochem. Int. 61(7), 735–743.
  10. Добрецова И. Г. (2020) Минералы группы атакамита со дна Атлантического океана. Современные проблемы теоретической, экспериментальной и прикладной минералогии (Юшкинские чтения-2020). Сыктывкар: Геопринт, 38–40.
  11. Добрецова И. Г., Яговкина М. А. (2022) Минералы группы атакамита из рудопроявлений на дне Атлантического океана Вестник института геологии Коми Научного Центра Уральского отделения РАН. (2), 37–45.
  12. Житова Е. С., Аникин Л. П., Сергеева А. В., Исмагилова Р. М., Рашидов В. С.., Чубаров В. М., Купченко А. М. (2020) Палеофумарольное проявление фольбортита и атакамита на вулкане Алаид (о. Атласова, Курильские острова, Россия). Современные проблемы теоретической, экспериментальной и прикладной минералогии (Юшкинские чтения –2020). Сыктывкар: Геопринт, 43.
  13. Иванова В. П., Касатов Б. К., Красавина Т. Н., Розинова Е. Л. (1974) Термический анализ минералов и горных пород. Ленинград: Недра, 400с.
  14. Киселева И. А., Огородова Л. П., Топор Н. Д., Чигарева О. Г. (1979) Термохимическое исследование системы СаО–MgO–SiO2. Геохимия. (12), 1811–1825.
  15. Киселева И. А., Огородова Л. П., Сидоров Ю. И., Ходаковский И. Л. (1990) Термодинамические свойства щелочных полевых шпатов. Геохимия. (3), 406–413.
  16. Киселева И. А., Огородова Л. П., Мельчакова Л. В., Бисенгалиева М. Р., Бектурганов Н. С. (1991) Термодинамические свойства хризоколлы. Вестник МГУ, Сер. Геология. (1), 55–64.
  17. Минералы (1963) (Под ред. Чухрова Ф. В. и Бонштедт-Куплетской Э.М.). Том II, вып. 1. М.: Издательство Академии Наук СССР, 295 с.
  18. Набоко С. И., Главатских С. Ф. (1993) Реликты постэруптивной деятельности на старых конусах Толбачинского дола, Камчатка. Вулканология и сейсмология. (5–6), 66–86.
  19. Накамото К. (1991) ИК спектры и спектры КР неорганических и координационных соединений. М.: “Мир”, 536 с.
  20. Наумов Г. Б., Рыженко Б. Н., Ходаковский И. Л. (1971) Справочник термодинамических величин (для геологов). М.: Атомиздат, 230 с.
  21. Огородова Л. П., Киселева И. А., Мельчакова Л. В., Вигасина М. Ф., Спиридонов Э. М. (2011) Калориметрическое определение энтальпии образования пирофиллита. Журнал Физической Химии. 85(9), 1609–1611.
  22. Огородова Л. П., Мельчакова Л. В., Вигасина М. Ф., Гриценко Ю. Д., Ксенофонтов Д. А. (2018) Калориметрическое изучение природного основного фосфата меди – псевдомадахита. Геохимия. (5), 485–489.
  23. Ogorodova L. P., Melchakova L. V., Vigasina M. F., Gritsenko Ju.D., Ksenofontov D. A. (2018) Calorimetric study of Natural Basic Copper Phosphate – Pseudomalachite. Geochem. Int. 56(5), 484–487.
  24. Пеков И. В., Агаханов А. А., Зубкова Н. В., Кошлякова Н. Н., Щипалкина Н. В., Сандалов Ф. Д., Япаскурт В. О., Турчкова А. Г., Сидоров Е. Г. (2020) Фумарольные системы окислительного типа на вулкане Толбачик – минералогический и геохимический уникум Геология и геофизика. 61(5–6), 826–843.
  25. Пен Веньши, Лю Гаокуй (1982) Атлас инфракрасных спектров минералов. Пекин: Наука, 473 с.
  26. Сандалов Ф. Д., Щипалкина Н. В., Пеков И. В., Кошлякова Н. Н., Бритвин С. Н., Сидоров Е. Г. (2021) Кристобалит и тридимит из отложений фумаролы Арсенатная (вулкан Толбачик, Камчатка). Вестник МГУ, сер. Геология. (2), 87–96.
  27. Серафимова Е. К., Семенова Т. Ф., Сулимова Н. В. (1994) Минералы меди и свинца древних фумарольных полей горы 1004 (Камчатка) Вулканология и сейсмология. (3), 35–49.
  28. Силаев В. И., Аникин Л. П., Рашидов В. А., Филиппов В. Н., Хазов А. Ф., Макеев Б. А., Петрова В. В. (2021) Атакамит как продукт фумарольного минералообразования на современных вулканах. Проблемы минералогии, петрографии и металлогении (Научные чтения памяти П. Н. Чирвинского). Пермь: ПГНИУ, 207–216.
  29. Чураков С. В., Ткаченко С. И., Коржинский М. А., Бочарников Р. Е., Шмулович К. И. (2000) Термодинамическое моделирование эволюции состава высокотемпературных фумарольных газов вулкана Кудрявый, о. Итуруп, Курильские о-ва. Геохимия. (5), 485–501.
  30. Balassone G., Petti C., Mondeillo N., Panikorovskii T. L., de Genaro R., Cappelletti P., Altomaro A., Corriero N., Cangiano M., Dorazio L. (2019) Copper minerals at Vesuvius volcano (Southern Italy): a mineralogical review. Minerals. 9(12), No. 730.
  31. Barton P. B., Bethke P. M. (1960) Thermodynamic properties of some synthetic zinc and copper minerals. Am. J. Sci. 258A, 2l-34.
  32. Bisengalieva M. R., Kiseleva I. A., Melchakova L. V., Ogorodova L. P., Gurvich A. (1997) The molar heat capacity of hydrous copper chloride: atacamite Cu2Cl(OH)3. J. Chem. Thermodyn. 9, 345–352.
  33. Bisengalieva M., Ogorodova L., Vigasina M., Mel’chakova L., Kosova D., Bryzgalov I., Ksenofontov D. (2016) Enthalpy of formation of natural hydrous copper sulfate: Chalcantite. J. Chem. Thermodyn. 95, 143–148.
  34. Bonatti E., Guerstein –Honnorez B.-M., Honnorez J. (1976) Copper-iron sulfide mineralizations from the equatorial Mid-Atlantic Ridge. Econ. Geol. 71, 1515–1525.
  35. Buse J., Otero V., Melo M. J. (2019) New Insights into Synthetic Copper Greens: The Search for Specific Signatures by Raman and Infrared Spectroscopy for Their Characterization in Medieval Artworks. Heritage. 2, 1614–1629.
  36. Chukanov N. V. (2014) Infrared Spectra of Mineral Species: Extended Library. Springer-Verlag GmbH, Dordrecht–Heidelberg–New York–London, 1726 p.
  37. Dekov V., Boycheva T., Hãlenius U., Petersen S., Billstrőm K., Stummeyer J., Kamenov G., Shanks W. (2011) Atacamite and paratacamite from the ultramafic-hosted Logatchev seafloor vent field (14o45΄N, Mid-Atlantic Ridge). Chem. Geol. 286, 169–184.
  38. Flőrke O. W., Kőhler-Herbertz B., Langer K., Tőnges I. (1982) Water in microcrystalline quartz of volcanic origin: agates. Contrib. Mineral. Petrol. 80, 324–333.
  39. Frost R. L. (2003) Raman spectroscopy of selected copper minerals of significance in corrosion. Spectrochim. Acta. 59, 1195–1204.
  40. Hannington M. D. (1993) The formation of atacamite during weathering of sulfides on the modern seafloor. Can. Mineral. 31, 945–956.
  41. Holakooei P., Karimy A-H. (2015) Micro-Raman spectroscopy and X-ray fluorescence spectrometry on the characterization of the Persian pigments used in the pre-seventeenth century wall paintings of Masjid-I Jãme of Abarqū, central Iran. Spectrochim. Acta Part A 134, 419–427.
  42. Ilieva A., Mihailova B., Tsintsov Z., Petrov O. (2007) Structural state of microcrystalline opals: a Raman spectroscopic study. Am. Mineral. 92, 1325–1333.
  43. Kawaji H., Atake T., Chimara H., Mori W., Kishita M. (1985) Synthetic atacamite, Cu2Cl(OH)3: a suspected spin glass behavior in low-temperature heat capacities. Thermochim. Acta. 88, 195–198.
  44. Kiseleva I. A., Ogorodova L. P., Melchakova L. V., Bisengalieva M. R., Becturganov N. S. (1992) Thermodynamic properties of copper carbonates – malachite Cu2(OH)2CO3 and azurite Cu3(OH)2(CO3)2 Phys. Chem. Minerals. 19, 322–333.
  45. Kiseleva I. A., Ogorodova L. P., Melchakova L. V., Bisengalieva M. R. (1993) Thermodynamic properties of copper silicate: dioptase Cu6Si6O18·6H2O. J. Chem. Thermodyn. 25, 621–630.
  46. Kiseleva I. A., Navrotsky A., Belitsky I. A., Fursenko B. A. (2001) Thermochemical study of calcium zeolites – heulandite and stilbite. Am. Mineral. 86, 448–455.
  47. Marin G. D., Wang Z., Naterer G. F., Gabriel K. (2011) X-ray diffraction study of multiphase reverse reaction with molten CuCl and oxygen. Thermochim. Acta. 524(1–2), 109–116.
  48. Martens W. N., Frost R. L., Williams P. (2003) Raman and infrared spectroscopic study of the basic copper chloride minerals: implications for the study of the copper and brass corrosion and “bronze disease”. Neues Jahrb. Mineral. Abhand. 178(2), 197–215.
  49. Murata K. J. (1960) Occurrence of CuCl emission in volcanic flames. Am. J. Sci. 258, 769–772.
  50. Ogorodova L. P., Melchakova L. V., Kiseleva I. A., Belitsky I. A. (2003) Thermochemical study of natural pollucite. Thermochim. Acta. 403, 251–256.
  51. Parise J. B., Hyde B. G. (1986) The structure of atacamite and its relationship to spinel. Acta Crystallogr. C42, 1277–1280.
  52. Pekov I. V., Koshlyakova N. N., Zubkova N. V., Lykova I. S., Britvin S. N., Yapaskurt V. O., Agakhanov A. A., Shchipalkina N. V., Turchkova A. G., Sidorov E. G. (2018) Fumarolic arsenates – a special type of arsenic mineralization. Eur. J. Mineral. 30, 305–322.
  53. Pollard A. M., Tomas R. G., Williams P. A. (1989) Synthesis and stabilities of the basic copper (II) chlorides atacamite, paratacamite and botallakite. Mineral. Magaz. 53, 557–563.
  54. Robie R. A., Hemingway B. S. (1995) Thermodynamic properties of minerals and related substances at 298.15 K and 1 bar (105 pascals) pressure and at higher temperatures. U. S. Geol. Surv. Bull. 2131, 461 p.
  55. Sharkey J. B., Lewin S. Z. (1972) Thermochemical properties of the copper(II) hydroxychlorides. Thermochim. Acta. 3, 189–201.
  56. Stoiber R. E., Rose W. I. (1974) Fumarole incrustations at Central American volcanoes. Geochim. Cosmochim. Acta. 88, 495–516.
  57. Wang H., Zhang Z., Yin H., Wu Y. (2021) Synthesis of Cu2Cl(OH)3 as facile and effective Fenton catalysts for mineralizing aromatic contaminants: Combination of σ-Cu-ligand and self-redox property. Appl. Catal., A, No. 118055
  58. Wells A.F (1949) The crystal structure of atacamite and the crystal chemistry of cupric compounds. Acta Crystallogr. 2, 175–180.
  59. Xie H., Zhu L., Zheng W., Zhang J., Gao F., Wang Y. (2016) Microwave-assisted template –free synthesis of butterfly-like CuO through Cu2Cl(OH)3 precursor and the electrochemical sensing property. Solid State Sci. 61, 146–154.
  60. Zheng X. G., Mori T., Nishiyama K., Higemoto W., Yamada H., Nishikubo K., Xu C. N. (2005) Antiferromagnetic transition in polymorphous minerals of natural cuprates atacamite and botallackite Cu2Cl(OH)3. Phys. Rev. B71, No. 174404.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Выделения атакамита (Конус Высота 1004, Толбачинский дол, Камчатка): (а) − фрагмент восточной части Южного палеофумарольного поля, содержащий обильные скопления тенорита с корочками атакамита и хризоколлы; (б) − порошковатые скрытокристаллические агрегаты атакамита (зеленый) на куске базальтового шлака; (в, г) − пластинчатые кристаллы тенорита (черный), частично замещенные атакамитом.

Скачать (762KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Выделения атакамита на базальтовом шлаке: (а) − агрегаты атакамита с реликтами тенорита (Tnr), цементирующие частицы базальта (bslt); (б) − атакамит (Ata), обрастающий зерна тенорита (Tnr), в ассоциации с форстеритом (Fo), санидином (Sa) и гематитом (Hem). РЭМ-изображения в отраженных электронах.

Скачать (297KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Порошковые дифрактограммы (Cu-Kα-излучение λ = 1.541874 Å): (а) – изученный атакамит, все межплоскостные расстояния соответствуют атакамиту, отмечены рефлексы, совпадающие с опалом; (б) – продукты нагрева атакамита до 465oС; (в) – продукты нагрева атакамита до 1000oС. Opl – опал, Crs – кристобалит, Mlth – меланоталлит, Tnr – тенорит. Межплоскостные расстояния указаны в Å.

Скачать (374KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Спектр комбинационного рассеяния изученного атакамита (выходная мощность лазерного луча − 5 мВт, диаметр лазерного пятна − 10 мкм при увеличении 40х, накопление сигнала осуществлялось в течение 1 с при усреднении по 100 экспозициям).

Скачать (127KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектры ИК поглощения (спектральное разрешение 2 см−1) изученного атакамита (а) и продуктов его нагревания: (б) – до 170oС, (в) – до 300oС, (г) – до 465oС, (е) – до 620oС, (ж) – до 1000oС; (д) – спектр образца, нагретого до 465oС и выдержанного при этой температуре в течение 1 часа.

Скачать (276KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Кривые нагревания изученного атакамита (скорость нагревания 20 град./мин, масса образца 19.2 мг).

Скачать (108KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Диаграмма стабильности атакамита в системе Cu−О−Cl−H в условиях повышенной щелочности.

Скачать (85KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Диаграмма стабильности атакамита в системе Cu−О−Cl−H в условиях повышенной кислотности.

Скачать (75KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».