Кристаллографы СПбГУ расшифровали структуру минерала, открытого более 70 лет назад | Новости науки

Международная группа ученых под руководством кристаллографа Санкт‑Петербургского государственного университета смогла расшифровать структуру редкого минерала урамфита, открытого более 70 лет назад на секретном месторождении в Киргизии. 

Урамфит — минерал с химической формулой (NH4)(UO2)(PO4)·3H2O. Его особенностью является довольно простой, но редкий состав: минерал содержит аммоний. Урамфит был обнаружен в 1950 году советским геологом З. А. Некрасовой, однако название и расположение месторождения, где его нашли, не упоминались из-за секретности информации, связанной с добычей урана на территории СССР.

Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в ведущем мировом журнале по минералогии American Mineralogist. Только в 1990‑е годы эти сведения стали доступны, и оказалось, что урамфит был найден в ураново-угольном месторождении Тура-Кавак, находящемся на территории современной Киргизской Республики.

Редкий минерал относится к так называемым урановым слюдкам — распространенному семейству вторичных минералов урана весьма разнообразного состава, которые иногда разрабатывают в качестве руды на уран. Они ярко люминесцируют, что ранее позволяло использовать их в фотографии в качестве тонера и усилителя серебряной фотопечати. Сейчас эта особенность служит одним из диагностических признаков минералов данной группы.

Найденный в 1950-е годы образец урамфита был исследован различными методами, но ни один из них не дал четкого понимания строения минерала. В 2023 году этот минерал был заново обнаружен на выработанном месторождении Бештау (Ставропольский край, Северный Кавказ). Образцы были переданы научной группе под руководством профессора Санкт-Петербургского университета Владислава Гуржия для проведения исследований по расшифровке структуры урамфита.

Определение структуры является неотъемлемой частью исследования новых минералов. С урамфитом существовала некоторая неопределенность, так как ранее мы не знали деталей строения вещества и не могли достоверно описать причины проявления его свойств, лишь предполагали их.

 Получить структурные данные ученым СПбГУ удалось с очень маленькой пластинки минерала размером 40×10×5 микрометров (микрометр соответствует одной миллионной доле метра, или тысячной доле миллиметра), невидимой невооруженным глазом. Еще несколько лет назад столь мелкие кристаллы было практически невозможно исследовать в лабораторных условиях. Современное оборудование Научного парка СПбГУ позволяет изучать столь малые объекты с высокой точностью.

«В природе кристаллы урамфита встречаются довольно редко. Не говоря уже о том, что этот минерал может довольно быстро разрушаться из-за существенных годичных колебаний температуры и влажности. Поэтому нам повезло вдвойне: удалось обнаружить этот редкий минерал и найти пусть и маленькие, но целые кристаллы, пригодные для детального изучения», — добавил профессор СПбГУ.

Рентгеноструктурные исследования урамфита проводились на базе ресурсного центра «Рентгенодифракционные методы исследования» Научного парка Санкт-Петербургского государственного университета.

Напомним, что в 2024 году кафедра кристаллографии СПбГУ — ведущая научная школа кристаллографии не только в России, но и в мире — отмечает 100-летие со дня основания. Здесь проводятся научные работы по синтезу и исследованию разнообразных кристаллических веществ, структурные исследования минералов и их синтетических аналогов, исследования в области биоминералогии и органической минералогии, изучение свойств и структурных преобразований соединений в широком интервале температур и давлений, например, юингита и мулуита. Отдельным направлением является открытие и описание новых минералов, в том числе сергейсмирновита и аллабогданита.

Как отметил Владислав Гуржий, исследования данного аммонийсодержащего минерала могут быть полезны не только минералогам, но также химикам и биологам, поскольку в образовании урамфита, по всей видимости, существенную роль сыграли как минералогические, так и биологические процессы. На данный момент ученым известно 11 урановых минералов с аммонием, причем все они, кроме урамфита, найдены уже в XXI веке.

Основная масса этих минералов была обнаружена в Юте и Колорадо (США), где источником аммония являются органические вещества, такие как битумы или гуано. На других геологических объектах, как в Бештау, органическое вещество в таких количествах отсутствует. В таком случае ученые рассматривают восстановление нитрата в аммоний в результате анаэробной бактериальной активности как альтернативный источник данного химического соединения.