Rock-forming feldspathoids of the sodalite–sapozhnikovite series from the Lovozero alkaline complex (Kola peninsula, Russia): isomorphism, thermal and radiation-induced transformations and genetic mineralogy

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Sulfur-enriched sodalite-group feldspathoids from the Lovozero alkaline complex (Kola peninsula, Russia) and products of their laboratory, anthropogene, and natural thermal and radiation-induced transformations were studied using EMPA, single-crystal XRD, and Raman, IR, ESR and optical spectroscopy. Sodalite Na8[Al6Si6O24]Cl2 and sapozhnikovite Na8[Al6Si6O24](HS)2 form a continuous isomorphous series [with the Cl:HS ratio variation (in mol.%) from Cl100(HS)0 to Cl12(HS)88] in highly agpaitic feldspathoid syenites and their pegmatites. In Lovozero, hydrosulfide anion HS— turned out the major form of sulfidic sulfur occurrence in minerals of this group including sodalite-hackmanite. It is found that sapozhnikovite and HS-rich sodalite are important rock-forming minerals of some Lovozero rocks; a new rock, poikilitic nepheline-sapozhnikovite syenite was discovered. Sapozhnikovite and intermediate members of the sodalite–sapozhnikovite series are the sensitive geochemical indicator, an oxymeter which indicates reducing conditions of mineral formation. Under heating, HS− anion in sodalite-sapozhnikovite series minerals destroys and sulfur forms polysulfide groups: radical anion S2●− (500–600 °C) and further radical anion S3●− (700 °C and above). The S3●− groups also appear in the result of radiation-induced transformation of these minerals. Under natural radioactive irradiation at the contact with Th-enriched steenstrupine, an intermediate member of the sodalite-sapozhnikovite series transformed to an earlier unknown in nature S3●−-rich variety of sodalite with the simplified formula Na8[Al6Si6O24][Cl,(S3)].

Full Text

Restricted Access

About the authors

I. V. Pekov

Moscow State University; Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry RAS

Author for correspondence.
Email: igorpekov@mail.ru

Faculty of Geology

Russian Federation, Moscow; Moscow

N. V. Chukanov

Moscow State University; Federal Research Center of Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry RAS

Email: igorpekov@mail.ru

Faculty of Geology

Russian Federation, Moscow; Chernogolovka, Moscow Oblast

V. D. Shcherbakov

Moscow State University

Email: igorpekov@mail.ru

Faculty of Geology

Russian Federation, Moscow

М. F. Vigasina

Moscow State University

Email: igorpekov@mail.ru

Faculty of Geology

Russian Federation, Moscow

R. Yu. Shendrik

Vinogradov Institute of Geochemistry SB RAS

Email: igorpekov@mail.ru

д. чл.

Russian Federation, Irkutsk

F. D. Sandalov

Moscow State University

Email: igorpekov@mail.ru

Faculty of Geology

Russian Federation, Moscow

S. V. Vyatkin

Moscow State University

Email: igorpekov@mail.ru

Faculty of Geology

Russian Federation, Moscow

А. G. Turchkova

Moscow State University

Email: igorpekov@mail.ru

Faculty of Geology

Russian Federation, Moscow

References

  1. Bonshtedt E.M. Some results of observation of minerals in ultraviolet light. Proc. Akad. Sci. USSR. Ser. Geol. 1939. N 4. P. 188–193 (in Russian).
  2. Borgström L.H. Mineralogiska Notiser. 4. Hackmanit ett nytt mineral i sodalitgruppen. Geologiska Föreningen i Stockholm Förhandlingar. 1901. Bd. 23(7). S. 563–566.
  3. Borgström L.H. Hackmanit, ein neues Mineral der Sodalithgruppe. Zeitschrift für Kristallographie und Mineralogie. 1903. Bd. 37. S. 284–285.
  4. Bussen I.V., Sakharov A.S. Petrology of Lovozero Alkaline Massif. Leningrad: Nauka, 1972. 296 p. (in Russian).
  5. Chukanov N.V., Pekov I.V., Olysych L.V., Massa W., Yakubovich O.V., Zadov A.E., Rastsvetaeva R.K., Vigasina M.F. Kyanoxalite, a new cancrinite-group mineral species with extraframework oxalate anion from the Lovozero alkaline pluton, Kola peninsula. Zapiski RMO (Proc. Russian Miner. Soc.). 2009. N 6. P. 18–35 (in Russian, English translation: Geol. Ore Deposits. 2010. Vol. 52. P. 778–790).
  6. Chukanov N.V., Vigasina M.F., Zubkova N.V., Pekov I.V., Schäfer C., Kasatkin A.V., Yapaskurt V.O., Pushcharovsky D.Yu. Extra-framework content in sodalite-group minerals: Complexity and new aspects of its study using infrared and Raman spectroscopy. Minerals. 2020a. Vol. 10. Paper 363.
  7. Chukanov N.V., Sapozhnikov A.N., Shendrik R.Yu., Vigasina M.F., Steudel R. Spectroscopic and crystal-chemical features of sodalite-group minerals from gem lazurite deposits. Minerals. 2020б. Vol. 10. Paper 1042.
  8. Chukanov N.V., Zubkova N.V., Pekov I.V., Shendrik R.Yu., Varlamov D.A., Vigasina M.F., Belakovskiy D.I., Britvin S.N., Yapaskurt V.O., Pushcharovsky D.Yu. Sapozhnikovite, Na8(Al6Si6O24)(HS)2, a new sodalite-group mineral from the Lovozero alkaline massif, Kola Peninsula. Miner. Mag. 2022а. Vol. 86(1). P. 49–59.
  9. Chukanov N.V., Shendrik R.Yu., Vigasina M.F., Pekov I.V., Sapozhnikov A.N., Shcherbakov V.D., Varlamov D.A. Crystal chemistry, isomorphism, and thermal conversions of extra-framework components in sodalite-group minerals. Minerals. 2022б. Vol. 12. Paper 887.
  10. Chukanov N.V., Shchipalkina N.V., Shendrik R.Yu., Vigasina M.F., Tauson V.L., Lipko S.V., Varlamov D.A., Shcherbakov V.D., Sapozhnikov A.N., Kasatkin A.V., Zubkova N.V., Pekov I.V. Isomorphism and mutual transformations of S-bearing components in feldspathoids with microporous structures. Minerals. 2022в. Vol. 12. Paper 1456.
  11. Chukanov N.V., Vigasina M.F., Shendrik R.Y., Varlamov D.A., Pekov I.V., Zubkova N.V. Nature and isomorphism of extra-framework components in cancrinite— and sodalite-related minerals: New data. Minerals. 2022г. Vol. 12. Paper 729.
  12. Chukanov N.V., Zubkova N.V., Schäfer C., Pekov I.V., Shendrik R.Yu., Vigasina M.F., Belakovskiy D.I., Britvin S.N., Yapaskurt V.O., Pushcharovsky D.Yu. Bolotinaite, ideally (Na7□)(Al6Si6O24)F·4H2O, a new sodalite-group mineral from the Eifel paleovolcanic region, Germany. Miner. Mag. 2022д. Vol. 86(6). P. 920–928.
  13. Chukanov N.V., Sapozhnikov A.N., Shendrik R.Yu., Zubkova N.V., Vigasina M.F., Potekhina N.V., Ksenofontov D.A., Pekov I.V. Crystal chemistry, thermal and radiation-induced conversions and indicatory significance of S-bearing groups in balliranoite. Minerals. 2023. Vol. 13. N 6. Paper 822.
  14. Drüppel K., Wagner T., Boyce A.I. Evolution of sulfide mineralization in ferrocarbonatite Swartbooisdrif, Northwestern Namibia: Constrains from mineral compositions and sulfur isotopes. Canad. Miner. 2006. Vol. 44. P. 877–894.
  15. Eckert B., Steudel R. Molecular spectra of sulfur molecules and solid sulfur allotropes. Topics in Current Chemistry. 2003. Vol. 231. P. 31–97.
  16. Ermolaeva V.N., Chukanov N.V., Pekov I.V., Kogarko L.N. The geochemical and genetic role of organic substances in postmagmatic derivatives of alkaline plutons. Zapiski RMO (Proc. Russian Miner. Soc.). 2008. N 5. P. 17–33 (in Russian, English translation: Geol. Ore Deposits. 2009. Vol. 51. N 7. P. 513–524).
  17. Federico M., Peccerillo A. Mineral chemistry and petrogenesis of granular ejecta from the Alban Hills volcano. Miner. Petrol. 2002. Vol. 74. P. 223–252
  18. Finch A.A., Friis H., Maghrabi M. Defects in sodalite-group minerals determined from X-ray-induced luminescence. Phys. Chem. Miner. 2016. Vol. 43. P. 481–491.
  19. Gerasimovsky V.I., Polyakov A.I., Voronina L.P. Hydrosodalite, a rock-forming mineral of nepheline syenites of the Lovozero massif. Doklady USSR Acad. Sci. 1960. Vol. 131. N 2. P. 402–405 (in Russian).
  20. Gerasimovsky V.I., Volkov V.P., Kogarko L.N., Polyakov A.I., Saprykina T.V., Balashov Yu.A. Geochemistry of Lovozero Alkaline Massif. Moscow: Nauka, 1966. 395 p. (in Russian).
  21. Gerasimovsky V.I., Bukin V.I., Kuznetsova S.Ya., Polyakov A.I. Rock-forming nosean from Lovozero alkaline massif. Doklady USSR Acad. Sci. 1969. Vol. 185. N 4. P. 893–896 (in Russian).
  22. Hettmann K., Wenzel T., Marks M., Markl G. The sulfur speciation in S-bearing minerals: New constraints by a combination of electron microprobe analysis and DFT calculations with special reference to sodalite-group minerals. Amer. Miner. 2012. Vol. 97. P. 1653–1661.
  23. Hoffmann S.K., Goslar J., Lijewski S., Olejniczak I., Jankowska A., Zeidler S., Copelska N., Kowalak S. S3— radicals in ε-cages of cancrinite and zeolite L: Spectroscopic and magnetic resonance studies. Micropor. Mesopor. Mater. 2012. Vol. 151. P. 70–78.
  24. Jacquemet N., Guillaume D., Zwick A., Pokrovski G.S. In situ Raman spectroscopy identification of the S3— ion in S-rich hydrothermal fluids from synthetic fluid inclusions. Amer. Miner. 2014. Vol. 99. P. 1109–1118.
  25. Jarosewich E., Nelen J.A., Norberg J.A. Reference samples for electron microprobe analysis. Geostand. Newsletter. 1980. Vol. 4. N 1. P. 43–47.
  26. Kogarko L.N., Kramm U., Grauert B. New data on the age and origin of alkaline rocks of the Lovozero Pluton: Constraints from rubidium and strontium isotopic geochemistry. Doklady USSR Acad. Sci. 1983. Vol. 268. N 4. P. 970–972 (in Russian).
  27. Lederer C.M., Hollander J.M., Perlman I. Table of Isotopes. 6th Ed. NY: John Wiley & Sons, 1968. 594 p.
  28. Ling Z.C., Wang A., Jolliff B.L. Mineralogy and geochemistry of four lunar soils by laser-Raman study. Icarus. 2011. Vol. 211(1). P. 101–113.
  29. Minerals. Reference Book. Vol. V, pt. 2. Tectosilicates. Feldspathoids. Moscow: Nauka, 2003. 379 p. (in Russian).
  30. Pekov I.V. Lovozero Massif: History, Pegmatites, Minerals. Moscow: OP, 2000. 480 p.
  31. Pekov I.V., Zolotarev A.A., Chukanov N.V., Yapaskurt V.O., Turchkova A.G. Townendite, Na8ZrSi6O18, an indicator of extremely high agpaicity and important zirconium concentrator in peralkaline rocks of the Lovozero pluton, Kola peninsula. Zapiski RMO (Proc. Russian Miner. Soc.). 2023. Vol. 152. N 2. P. 1–21 (in Russian).
  32. Platonov A.N. Nature of Coloration of Minerals. Kiev: Naukova Dumka, 1976. 264 pp. (in Russian).
  33. Pokrovski G.S., Dubessy J. Stability and abundance of the trisulfur radical ion S3− in hydrothermal fluids. Earth Planet. Sci. Lett. 2015. Vol. 411. P. 298–309.
  34. Pokrovski G.S., Dubrovinsky L.S. The S3− ion is stable in geological fluids at elevated temperatures and pressures. Science. 2011. Vol. 331(6020). P. 1052–1054.
  35. Radomskaya T.A., Kaneva E.V., Shendrik R.Y., Suvorova L.F., Vladykin N.V. Sulfur-bearing sodalite, hackmanite, in alkaline pegmatites of the Inagli massif (Aldan Shield): Crystal chemistry, photochromism, and luminescence. Zapiski RMO (Proc. Russian Miner. Soc.). 2020. N 2. P. 42–54 (in Russian, English translation: Geol. Ore Deposits. 2021. Vol. 63. P. 696–704).
  36. Ramsay W. (1898) Das Nephelinsyenitgebiet auf der Halbinsel Kola. IIb. Tawit. Fennia. 1898. Bd. 15(2). S. 24–25.
  37. Rejmak P. Computational refinement of the puzzling red tetrasulfur chromophore in ultramarine pigments. Phys. Chemistry, Chem. Physics. 2020. Vol. 39. P. 22684–22698.
  38. Sapozhnikov A.N., Tauson V.L., Lipko S.V., Shendrik R.Yu., Levitskii V.I., Suvorova L.F., Chukanov N.V., Vigasina M.F. On the crystal chemistry of sulfur-rich lazurite, ideally Na7Ca(Al6Si6O24)(SO4)(S3)–·nH2O. Amer. Miner. 2021. Vol. 106. P. 226-234.
  39. Sapozhnikov A.N., Bolotina N.B., Chukanov N.V., Shendrik R.Yu., Kaneva E.V., Vigasina M.F., Ivanova L.A. Slyudyankaite, Na28Ca4(Si24Al24O96)(SO4)6(S6)1/3(CO2)·2H2O, a new sodalite-group mineral from the Malo-Bystrinskoe lazurite deposit, Baikal Lake area. Amer. Miner. 2023. Vol. 108. N 9. P.1805–1817. https://doi.org/10.2138/am-2022-8598
  40. Shchipalkina N.V., Vereshchagin O.S., Chukanov N.V., Gorelova L.A., Bocharov V.N., Pekov I.V. High-temperature behavior of the UV-luminescent sodalite-type natural compound Na8(Al6Si6O24)(HS)2: Comparative study by in situ single-crystal X-ray diffraction and Raman spectroscopy. J. Solid State Chem. 2023. Vol. 323. Paper 124067.
  41. Semenov E.I. Mineralogy of the Lovozero Alkaline Massif. Moscow: Nauka, 1972. 307 p. (in Russian).
  42. Sørensen H. On the occurrence of steenstrupine in the Ilîmaussaq massif, Southwest Greenland. Bull. Grønlands Geologiske Untersøgelse. 1962. Vol. 167(1). P. 1–251.
  43. Steudel R. Inorganic polysulfides Sn2− and radical anions Sn●− / Elemental Sulfur und Sulfur-Rich Compounds II. Topics in Current Chemistry. Berlin, Heidelberg: Springer, 2003. Vol. 231. P. 127–152.
  44. Steudel R., Chivers T. The role of polysulfide dianions and radical anions in the chemical, physical and biological sciences, including sulfur-based batteries. Chem. Soc. Rev. 2019. Vol. 48. P. 3279–3319.
  45. Tarashchan A.N. Luminescence of Minerals. Kiev: Naukova Dumka, 1978. 296 p. (in Russian).
  46. Wong M.W., Steudel R. Structure and spectra of tetrasulfur S4 — an ab initio MO study. Chem. Phys. Letters. 2003. Vol. 379. P. 162–169.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Aggregate of zonally coloured grains of sodalite-sapozhnikovite series minerals (С) with nepheline (Н): sample ИП Сейд-4925 after heating in bonfire. Polished section: (а) — photograph under conventional light, (б) — SEM image, BSE mode. Sample width: 2 mm.

Download (192KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Feldspathoid syenite after after heating in bonfire: a fragment enriched by sodalite-sapozhnikovite series minerals (С) — dark blue and green grains; with aegirine (Эг) and eudialyte-group mineral (Эв): sample ИП Сейд-4925. Polished section: (а) — photograph under conventional light, (б) — SEM image, BSE mode. Sample width: 3 mm.

Download (217KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Aggregate of dark blue grains of sodalite-sapozhnikovite series minerals (С) with aegirine (Эг): sample after heating in bonfire: sample ИП Сейд-4925. Polished section: (а) — photograph under conventional light, (б) — SEM image, BSE mode. Sample width: 1.6 mm.

Download (139KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Bright blue rim around brown Th-rich steenstrupine-(Ce) embedded in colourless granular aggregate of feldspathoid chemically corresponding to the middle part of the sodalite-sapozhnikovite series (sample ИП Кар-7671/7734). Yellow and reddish-brownish minerals are kazakovite and eudialyte, respectively. FOV width is 2 mm.

Download (366KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. The atomic Cl:S ratio (for the formulae calculated based on Si+Al+Fe = 12 apfu) in sodalite-sapozhnikovite series minerals from different occurrences in the Lovozero complex: 1–2 — Malignite open pit at the northern slope of Mt. Karnasurt [1 — holotype sapozhnikovite (Chukanov et al., 2022а); 2 — other samples (Chukanov et al., 2022б)]; 3 — western coast of the Seidozero lake; 4–5 and 7–8 — Karnasurt underground mine; 6 — Hackmanite Stock pegmatite, Mt. Karnasurt; 9–10 — Mt. Alluaiv; 11 — Sengischorr Cirque.

Download (196KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. IR spectra of (1) nosean from nosean sanidinite of the Laach Lake palеovolcano, Eifel, Germany, (2) deep blue feldspathoid from sample ИП Сейд-4925 heated in bonfire, (3) greenish-yellow feldspathoid from the same sample, and (4) lazurite from the Sar’e Sang deposit, Afghanistan. The inset shows enhanced fragment of IR spectrum No. 3 in the range of HS— vibrations.

Download (208KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Uncorrected (in part of baseline) Raman spectra of (1) sapozhnikovite (sample ИП 14125), (2) yellow-green feldspathoid from sample ИП Сейд-4925 heated in bonfire, and (3) «classic» sodalite-hackmanite (sample ИП 0246). The photoluminescence spectrum of sapozhnikovite is shown in Raman shift coordinates for Raman excitation laser 532 nm by dashed line.

Download (177KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Raman spectra of (1) sapozhnikovite (sample ИП 14125), (2) «classic» sodalite-hackmanite (sample ИП 0246), and (3) S-free sodalite from Vishnevye Mts., South Urals.

Download (160KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Raman spectra of (1) holotype sapozhnikovite, (2) yellow-green feldspathoid from sample ИП Сейд-4925 heated in bonfire, and (3) deep blue feldspathoid from the same sample. Raman spectrum of lazurite from Sar’e Sang, Afghanistan (4) is given for comparison.

Download (191KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Raman spectra of (1) colourless (sample ИП Кар-7734) and (2) bright blue (sample ИП Кар-7671) feldspathoids associated with Th-rich steenstrupine-(Ce), Karnasurt mine.

Download (149KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. Optical absorption spectrum, measured at room temperature, of an intermediate member of the sodalite–sapozhnikovite series heated in bonfire (sample ИП Сейд-4925).

Download (122KB)
Indexing metadata
13. Fig. 12. ESR spectra of holotype sapozhnikovite irradiated with an X-ray tube (curve 1), holotype sapozhnikovite heated to 700 °C in a muffle furnace in air (curve 2), and blue feldspathoid from sample ИП Сейд-4925 heated in bonfire (curve 3). The vertical dashed lines show the region where the signal from S2●− radical anions is located, the dashed line shows the signal from S3●− radical anions, and the dotted line shows the signal from the diphenylpicrylhydrazyl standard (narrow band).

Download (296KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

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».