Ученые изучают свойства квазикристаллов

Найденный на Корякском нагорье на единственном на планете месторождении квазикристаллов фрагмент редкого минерала хатыркита, по сообщениям европейских и американских геологов, оказался осколком метеорита, упавшего на Землю приблизительно 4.5 миллиарда лет назад.

Квазикристаллы - это особая форма организации материи, которая в природе встречается исключительно редко. Это вещество названо так потому, что кристаллическая решетка его не только имеет периодическое строение, но при этом обладает осями симметрии, относящимся к разным порядкам. До их обнаружения такая структура, по мнению кристаллографов, считалась невозможной.

Теоретическую возможность существования подобных кристаллов в 1982 году предсказал и доказал Даниэль Шехтман, ученый из Израиля, получивший за свое открытие в 2011 году Нобелевскую премию по химии. Сегодня известно около ста разновидностей таких квазикристаллов.

Пол Штайнхардт из университета Принстона (США) вместе с коллегами решил детально исследовать икосаэдрит - природный квазикристалл, открытый группой ученных. Его состав – железо, алюминия и медь, при этом атомы этих элементов образуют решетку в виде правильного двадцатигранника.

Весной прошлого года коллектив геологов, руководимых Штайнхардтом, обнаружил этот квазикристалл внутри небольшого фрагмента хатыркита, который был найден советским геологом Валерием Крячко во время изучения русла реки Хатырка, находящейся на Корякском нагорье (Чукотка) в 1979 году.

Во время первого же эксперимента ученые «просветили» фрагмент хатыркита электронным микроскопом. Оказалось, что компоненты этого квазикристалла практически стопроцентно повторяют соотношение элементов, характерное для искусственных икосаэдритов. Это открытие позволило им сделать вывод, что кристалл икосаэдрита и хатыркит - первые природные квазикристаллы, известные современной науке.

Свойства квазикристаллов были исследованы еще раз. В результате было обнаружено несколько других компонентов, кардинальным образом изменивших представления о природе хатыркита.

Оказалось, что по соседству с икосаэдритом располагались очень маленькие вкрапления стишовита, представляющего собой особую форму оксида кремния. Согласно современным представлениям, этот минерал формируется при давлении, которое превышает атмосферное в 100 тысяч раз, и при температуре порядка полутора тысяч градусов Цельсия. Подобные условия имеются в глубинных слоях земной мантии, хотя могут возникать, например, при падении метеоритов или столкновении астероидов.

Чтобы выяснить происхождение этого квазикристалла, группа ученых выполнила анализ содержания во фрагменте хатыркита изотопов кислорода. Обычно космические и земные минералы характеризуются отличающимися долями тяжелых изотопов кислорода. Именно по соотношению этих изотопов ученые и собирались выяснить «родословную» исследуемого образца.

В результате выяснилось, что изучаемый образец хатыркита состоит в основном из минералов, которые имеют космическое происхождение. Похожий набор изотопов, по мнению ученых, содержится в углистых хондритах – типе астероидов, которые состоят из углерода и некоторых других веществ. Некоторые неоднородности в химсоставе минерала позволили геологам предположить, что его возраст – 4.5 миллиарда лет.

Итак, единственный на данный момент природный квазикристалл был сформирован в глубокой древности (возраст образования нашей планеты) при очень необычных внешних условиях, о которых ученым еще предстоит узнать.