КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 17-17-01080

НазваниеИмпактные стекла в астроблемах: фундаментальные и прикладные аспекты

РуководительШумилова Татьяна Григорьевна, Доктор геолого-минералогических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Коми научный центр Уральского отделения Российской академии наук", Республика Коми

Года выполнения при поддержке РНФ 2017 - 2019  , продлен на 2020 - 2021. Карточка проекта продления (ссылка)

КонкурсКонкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-205 - Минералы, их ассоциации и процессы минералообразования

Ключевые словаИмпактные процессы, астроблемы, высокобарные стекла, импактные алмазы

Код ГРНТИ38.27.21


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Неупорядоченные вещества являются одним из достаточно востребованных видов материалов, среди которых стекла имеют особо важное значение. Однако, строение и особенности фазового состава стекол остаются недостаточно ясными, несмотря на активно ведущиеся исследования в области материаловедения. При этом поведение неупорядоченных систем в условиях сильного сжатия вызывает особый интерес в материаловедении, данному вопросу посвящены многочисленные экспериментальные исследования, проводящиеся в настоящее время при давлениях до 100 ГПа при комнатной температуре, как правило, в микрообъемах с использованием алмазных наковален. В то же время стекла имеют достаточно широкое распространение в природе, среди которых особое место занимают импактные разновидности, образовавшиеся при формировании крупных астроблем, возникшие в результате воздействия на породы мишени сверхвысоких давлений (35-90 ГПа и выше) и высоких температур (до 3000°С). При этом, природные импактные стекла, находясь с метастабильном состоянии, могут сохранять особенности своего строения на протяжении миллионов лет, образуют относительно существенные объемы по сравнению с экспериментально возможными высокобарными продуктами, что может позволить их изучить не только для решения геологических задач и моделирования процессов формирования астроблем, но и решить целый ряд фундаментальных проблем формирования некристаллических веществ в экстремальных условиях и их устойчивости, а также оценить их с точки зрения возможных материалов для высокотехнологичного применения, в частности для различного рода микроэлектроники и высокоэнергетических лазерных технологий. Однако, до настоящего времени природным импактным стеклам не уделялось существенного внимания, как к возможному новому типу высокобарных материалов, с точки зрения особенностей фазового состояния на детальном уровне данный тип минерального вещества является наименее изученным. В связи с выше указанным детальное изучение природных импактных стекол является актуальным и весьма своевременным как для решения фундаментальных вопросов поведения вещества в экстремальных условиях и последующей его релаксации, так и для решения прикладных задач. Данным проектом предусматривается детальное изучение вещественного состава, структуры, свойств, особенностей распространения и многообразия природных коренных импактных стекол крупных алмазоносных астроблем (Карской, Рис, Попигайской) с целью уточнения условий формирования астроблем, анализа влияния степени раскристаллизации импактного расплава на сохранность импактных алмазов и оценки импактных стекол как нового типа высокобарных материалов, в частности, стекол с коэситом. В данном ключе анализ коренного залегания и закономерностей распространения природных коренных импактных стекол, изучение вещества на современном уровне, включая высокоразрешающие исследования и анализ свойств, будут проводиться впервые.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будут изучены импактные стекла крупных алмазоносных Карской и Попигайской астроблем, астроблемы Рис. Будут получены данные о разнообразии, вещественном составе, структуре и свойствах природных импактных стекол на основе детального анализа стекол Карской астроблемы и сравнительного анализа со стеклами Попигайской астроблемы и астроблемы Рис. Будут получены сведения о распространении, морфологии тел и особенностях залегания коренных импактных стекол Карской астроблемы, будут уточнены условия ее формирования. Будет проведен анализ влияния степени раскристаллизации импактного расплава на сохранность импактных алмазов. Будет проведена оценка потенциала возможного использования импактных стекол как нового типа высокобарных материалов, в частности, стекол с коэситом. На основе изучения природных имактных стекол будут оценены процессы стеклования и релаксации переохлажденных жидкостей, сжатых до высоких давлений порядка 35-90 ГПа при температурах до 3000°С. Будут проведены исследования природных импактных стекол с целью анализа упругих и релаксационных свойств, будут экспериментально оценены параметры сжатия, уровень сохранения состояния сжатия в стеклах с возрастом 15-65 млн лет. Будут проанализированы физические свойства импактных стекол, в частности – плотность, микро- и нанопористость, твердость, вязкость, оптические и диэлектрические характеристики, теплоемкость, температура плавления и т.д. Выполнение проекта может позволить получить новую разновидность материала для высокотехнологичного использования на основе природных неупорядоченных систем, представленных высокобарными импактными стеклами, либо предложить прототип новых материалов на основе полученных данных о составе, строении и свойствах природных импактных стекол. Выявление особенностей распространения высокобарных стекол в пределах Карской астроблемы позволит уточнить параметры ее формирования, особенности морфологии и залегания импактных стекол и их потенциальные объемы, что даст возможность оценить возможность их использования в прикладных целях. Уточненные условия формирования Карской астроблемы позволят проанализировать ее ресурсный потенциал в частности в отношении высокобарных стекол и алмазоносности. Планируемые исследования соответствуют мировым тенденциям, как в области изучения природных объектов, так и в области изучения перспективных материалов, получаемых в сверхкритических условиях. Выявление новых типов материалов, связанных с высокобарными стеклами, сформированными при высоких давлениях (35-90 ГПа при температурах до 3000 °С), не достижимых в существенных объемах в условиях лабораторного синтеза, могут иметь существенный экономический эффект при использовании в высокотехнологических областях, например, таких как лазерные высокоэнергетические технологии, микроэлектроника.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2017 году
1) Проведены предварительные исследования структурно-вещественного состава импактных стекол Карской астроблемы на основе имеющегося каменного материала, полученного в ходе экспедиционных исследований в 2015 году, выполнено предварительное выделение разновидностей импактных стекол. По морфологии обособлений и геологическому положению тел импактных стекол на предварительном этапе выделены площадные тела с импактными стеклами, кластогенные импактные стекла в зювитах и жилоподобные стекла, образующие штокверкоподобные тела в зювитах. Установлено, что основная часть импактных стекол всех разновидностей представлена алюмосиликатной компонентой, импактные стекла SiO2 состава образуют выделения внутри алюмосиликатных стекол, преимущественно встречаются в жилоподобных импактных стеклах. 2) Выполнены экспедиционные работы на территории Карской астроблемы с отбором выделенных предварительно разновидностей импактных стекол – кластогенных, жилоподобных и площадных, выполнен анализ возможности выявления новых разновидностей в полевых условиях – предварительно выделены осадочные породы мишени, которые характеризуются постимпактным прогревом за счет температурного воздействия тагамитов. Выполнено детальное описание морфологии тел и выяснение масштабов распространения коренных импактных стекол в импактитах западной, южной и юго-восточной частях Карской астроблемы.Полевые работы выполнялись однодневными пешими, вездеходными и многодневными маршрутами в бассейнах рр. Саяха, Путью, Сибирчата-Яха, Сопча-Ю, Кара, Анарога, Хановейяха, Хальмерью. Выполнено 16 маршрутов, проанализировано 40 точек наблюдения с детальным описанием и опробованием обнажений. Произведено описание геологических тел в естественных обнажениях и дистанционные исследования с использованием квадрокоптера в недоступных для контактных исследований местах. Опробование произведено путем взятия штуфных проб для комплекса минералого-петрографических и геохимических исследований импактных стекол. Детальное опробование импактитов, импактных стекол вкрапленного и жильного типа, а также пород мишени Карской астроблемы позволяет в полной мере провести комплекс запланированных геолого-минералогических и геохимических исследований импактитов, высокобарных импактных стекол для текущего этапа исследований по проекту. 3) Выполнена минералого-петрографическая и геохимическая, структурная характеристика импактных стекол Карской астроблемы, проведен сравнительный анализ типичных разновидностей импактных стекол Карской астроблемы по составу. Проведены детальное описание и сравнительный анализ структурно-текстурных, минералого-петрографических и геохимических особенностей площадных (тагамитов), кластогенных и жилоподобных импактных стекол (Максименко и др, 2017, Shumilova et al., in press). На основе детального изучения кластогенных и расплавных (жилоподобных и площадных) импактных стекол установлены структурно-текстурные и минералого-петрографические особенности, связанные с их генетической спецификой. 4) Исследованы структурные особенности импактных стекол Карской астроблемы. Выявлены типичные разновидности импактных стекол Карской астроблемы по степени раскристаллизации импактного расплава и спектроскопическим характеристикам. Для изучения малообъемных пробы монофракций импактных стекол нами разработана методика порошковой дифракции с применением стандартного рентгеновского оборудования (Исаенко и др., в печати). Методика заключается в последовательном использовании плоских подложек из различных материалов для отдельных участков дифрактограммы. Предлагаемый способ позволяет минимизировать перекрытие сигнала от анализируемого материала и держателя образца и может быть использован для дальнейших более детального изучения импактных стекол и других слабоупорядоченных веществ. Проведены предварительные исследования степени кристалличности разновидностей солифицированных импактных расплавов по соотношению интегральных интенсивностей аморфной и кристаллической фаз в дифрактограмме по методике, описанной в работе (Rowe M. C., Ellis B. S., and Lindeberg A. Quantifying crystallization and devitrification of rhyolites by means of X-ray diffraction and electron microprobe analysis. American Mineralogist. 2012. V. 97. pp. 1685–1699). Установлено, что жилоподобные стекла характеризуются разным содержанием кристаллической компоненты в разных зонах – от 0 до 70%, что указывает на их неоднородность. Площадные и кластогенные импактиты характеризуются высоким содержанием кристаллической компоненты – более 60 %. Хотя среди кластогенных стекол встречаются и существенно аморфные разности, преимущественно в мелких кластах. Комплексные исследования с применением объемных и локальных методов, включая порошковую рентгеновскую дифрактометрию, дифракцию и малоугловое рассеяние на синхротронном излучении, микрозондовый анализ с площадным картированием, ИК-спектроскопию, рамановскую спектроскопию с возбуждением видимым и ультрафиолетовым источниками, мессбауэровскую спектроскопию, ЭПР, термогравиметрический анализ позволили выяснить фазовый состав импактных стекол выделенных разновидностей (Shumilova et al., in press). 5) Получена фактическая основа для существенного уточнения условий формирования Карской астроблемы на основе анализа результатов структурно-вещественных исследований и особенностей распространения импактных стекол в пределах астроблемы. На основе полевых наблюдений и детальных минералогических исследований нами впервые выявлен инъекционный ультравысокобарный комплекс. Ультравысокобарные жилоподобные импактные стекла были обнаружены в трех точках наблюдения, кластогенные встречаются повсеместно в зювитах всех трех выделенных ранее типов, тела расплавных импактитов со стеклами (тагамиты) нами обнаружены также в бортах р. Кара и р. Хановейяха. Наиболее детальные исследования были посвящены изучению жилоподобных импактных стекол, в результате которых нами установлены признаки ультравысокобарной ликвации (Шумилова и др., подано в печать), что имеет принципиальное фундаментальное значение для модели формирования расплавных импактитов в целом. 6) Произведена подготовка публикаций по результатам выполнения проекта проекта для опубликования в рецензируемых журналах, подача рукописей статей в журналы WOS, Scopus, РИНЦ. По результатам, полученным в ходе выполнения проекта на данном этапе опубликовано 9 работ, в том числе 2 статьи в журналах WOS и Scopus (European Journal of Mineralogy, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering), 6 публикаций РИНЦ, результаты были озвучены на 7 конференциях разного уровня. Подготовлены и поданы для опубликования в редакции журналов WOS, Scopus – 2 статьи (Scientific Reports, Doklady Earth Sciences), 1 статья в журнал РИНЦ.

 

Публикации

1. Голубев Е.А., Исаенко С.И. Scanning probe microscopy in mineralogical studies: about origin of the observed roughness of natural silica-rich glasses IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 256 (2017) 012019 (год публикации - 2017).

2. Исаенко С.И., Макеев Б.А., Шумилова Т.Г. Особенности исследований структурно-фазового состояния импактных стекол Карской астроблемы Вестник института геологии Коми научного центра Уральского отделения РАН, - (год публикации - 2018).

3. Максименко Н.И., Зубов А.А., Шумилова Т.Г., Ковальчук Н.С. Особенности кластогенных и жилоподобных импактных стекол Карской астроблемы Новое в познании процессов рудообразования: Седьмая Российская молодежная научно-практическая школа, Москва, 13-17 ноября 2017 г. М.: ИГЕМ РАН, 2017., Максименко Н.И., Зубов А.А., Шумилова Т.Г., Ковальчук Н.С. Новое в познании процессов рудообразования: Седьмая Российская молодежная научно-практическая школа, Москва, 13-17 ноября 2017 г., М.: ИГЕМ РАН, 2017. - 184-186 с. (год публикации - 2017).

4. Максименко Н.И., Шумилова Т.Г., Ковальчук Н.С. Геолого-минералогические особенности разновидностей зювитов Карской астроблемы Геодинамика, вещество, рудогенез Восточно-Европейской платформы и ее складчатого обрамления: Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2017. 268 с., Максименко Н.И., Шумилова Т.Г., Ковальчук Н.С. Геолого-минералогические особенности разновидностей зювитов Карской астроблемы (год публикации - 2017).

5. Уляшев В.В. Структурные особенности импактных стекол с применением малоуглового рассеяния синхротронного излучения Материалы 26-й научной конференции Института геологии Коми НЦ УрО РАН: Структура, вещество, история литосферы Тммано-Североуральского сегмента литосферы. Сыктывкар, 28-30 ноября 2017 г. Сыктывкар: Геопринт, ИГ Коми НЦ УрО РАН, Материалы 26-й научной конференции Института геологии Коми НЦ УрО РАН: Структура, вещество, история литосферы Тммано-Североуральского сегмента литосферы. Сыктывкар, 28-30 ноября 2017 г. Сыктывкар: Геопринт, ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2017. С. 240-242 (год публикации - 2017).

6. Шумилова Т.Г., Зубов А.А. Карская астроблема - уникальный модельный объект для изучения импактитов Природное геологическое наследие Европейского Севера России: Материалы Всероссийской научной конференции. Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, 17-18 октября 2017. Сыктывкар: Геопринт, 2017., Шумилова Т.Г., Зубов А.А. Природное геологическое наследие Европейского Севера России: Материалы Всероссийской научной конференции. Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, 17-18 октября 2017. Сыктывкар: Геопринт, 2017. (год публикации - 2017).

7. Шумилова Т.Г., Исаенко С.И., Макеев Б.А., Зубов А.А. Признаки ликвации импактного расплава в ультравысокобарных условиях Материалы Юбилейного съезда Российского минералогического общества «200 лет РМО». СПб. 2017. Т.2. С.355., Шумилова Т.Г., Исаенко С.И., Макеев Б.А., Зубов А.А. Признаки ликвации импактного расплава в ультравысокобарных условиях. Материалы Юбилейного съезда Российского минералогического общества «200 лет РМО». СПб. 2017. Т.2. С.355. (год публикации - 2017).

8. Шумилова Т.Г., Исаенко С.И., Макеев Б.А., Зубов А.А. Проявления стекол жильного типа в импактитах Карской астроблемы, Пай-Хой Геодинамика, вещество, рудогенез Восточно-Европейской платформы и ее складчатого обрамления: Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием. Сыктывкар: Геопринт, 2017. 245 с., - (год публикации - 2017).

9. Шумилова Т.Г., Исаенко С.И., Уляшев В.В., Казаков В.А., Макеев Б.А. Aftercoal diamonds: enigmatic type of impact diamonds European Journal of Mineralogy, - (год публикации - 2017).


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
На основе рентгеноструктурных дифрактометрических исследований установлено, что ультравысокобарные жильные стекла Карской астроблемы и коренные стекла зювитов кратера Рис имеют наименьшую степень раскристаллизации по сравнению с другими солидифицированными импактными расплавами – тагамитами и кластогенными стеклами зювитов. Так тагамиты характеризуются высокой степенью кристалличности – до 90%. Кластогенные образования в зависимости от степени своего изменения (плавления) разделяются на две разности - содержащие порядка 10% аморфной компоненты и полным её отсутствием. Доля аморфной компоненты в жильных стеклах по данным рентгеновской дифрактометрии может составлять до 95%. В локальных областях однородные участки алюмосиликатных импактных стекол содержат относительно равномерно распределенные микрокристаллиты клинопироксена с возможным их сгущением в области неоднородностей. Силикатные капли характеризуются более густым расположением кристаллов коэсита в центре капель. Установлено, что граница между силикатными каплями и вмещающей алюмосиликатной основной массой стекла является постепенной. Детальные исследования микрокристаллов коэсита с помощью высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии показали, что он расположен внутри полностью аморфного стекла SiO2 состава, имеет монокристальное строение без признаков деформационных дефектов. Обнаруженные в коэсите двойники имеют характер ростовых. Таким образом, можно сделать вывод, что коэсит в ультравысокобарных жильных стеклах кристаллизовался из расплава, что подтверждает наше предположение о высокобарном характере исследуемых карских жильных стекол. Установлено, что жильные ультравысокобарные импактные стекла характеризуются существенно большим содержанием неструктурной H2O по сравнению с массивными тагамитами, кластогенными импактными стеклами и вмещающими осадочными породами. Для отдельных образцов жильных стекол Карской астроблемы отмечается значительное выделение H2 при температуре выше 700 °С. Присутствие большого количества воды в исследованных импактных стеклах могло определять высокую подвижность соответствующих импактных расплавов и возможность существования остаточных высоких давлений существенно более длительное время, на что ранее в своих работах по Попигайской астроблеме указывал С.А.Вишневский (2011). Детальный анализ внутреннего строения импактных стекол с применением высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии позволил выявить в жильных ультравысокобарных высокотемпературных импактных стеклах присутствие водосодержащих смешанослойных силикатов, кристаллизовавшихся непосредственно из импактного расплава. Сравнительный анализ стекол Карской и Попигайской астроблем, а также кратера Рис показал, что алюмосиликатная компонента импактного расплава претерпевает в разной степени кристаллизационную дифференциацию по аналогичному типу. При этом, в Попигайском алюмосиликатном стекле силикатные капли пока обнаружены не были. Анализ сравнения Карских жильных и стекол зювитов Риса позволил выявить общую закономерность в дифференциации импактного расплава на силикатную и алюмосиликатную компоненты. Установлены свидетельства о том, что карские жильные стекла образовались при более высоких температурах расплава по сравнению в рисовскими стеклами. Наноструктуры жильных ультравысокобарных высокотемпературных стекол Карской астроблемы при сравнении с низкобарными и низкотемпературными стеклами природного и искусственного происхождения продемонстрировали ряд особенностей. Сравнительный анализ импактных стекол коренных импактитов, закратерных выбросов, вулканических стекол и искусственных стекол, включая эталон Suprasil, показал, что низкобарные быстро остывшие импактные стекла имеют более однородную SiO2 матрицу с меньшим количеством примесей в сравнении со стеклами вулканического происхождения и высокобарными импактными стеклами зювитов. При комплексном анализе данных атомно-силовой микроскопии и микрозондовых анализов выявлена зависимость размеров наноструктурных неоднородностей природных стекол от насыщенности их структуры катионами-модификаторами (Al, Na, Ca, Mg). Особенно сильное влияние замечено в связи с присутствием примеси Na, что, по всей видимости, во многом и определяет наноструктурную гетерогенность природных алюмосиликатных стекол. Для относительно более чистых силикатных стекол исследованной выборки также наблюдается корреляция степени упорядоченности структуры по данным рамановской спектроскопии с содержанием примесей. Это позволило сделать вывод о том, что наиболее значимым фактором существенно определяющим наногетерогенность импактных стекол является элементный состав. В относительно чистых низкобарных силикатных стеклах (эталон - Супрасил, ливийское стекло) наноструктурированность, видимо, определяется статистическими флуктуациями плотности стеклообразователя в расплаве. В результате проведенного экспериментального моделирования импактного воздействия по карбонатной породе глинистому известняку посредством импульсного лазерного воздействия было установлено плавление и раскристаллизация карбонатного расплава с образованием промежуточных фаз и кальцита. За счет глинистой компоненты известняка образовалось стекло, выявляющееся при детальном исследовании с помощью электронной микроскопии в виде однородных областей застывшего расплава с пемзовидной текстурой, имеющее нестехиометричный существенно анортитовый состав. Полученные данные экспериментально доказывают, что импактному плавлению могло быть подвергнуто, в том числе, и карбонатное вещество, которое имеет существенное распространение как в виде собственно карбонатных пород - известняков, так и в составе карбонатного цемента, повсюду присутствующего в осадочных породах Карской мишени. Исследованы некоторые физические свойства импактных стекол. Установлены абсолютные значения нанотвердости образцов импактных стекол Карской и Попигайской астроблем, кратера Рис. Величина нанотвердости сильно варьирует – от 2000 HV до 10-100 HV. Данное обстоятельство, по всей видимости, определяется наличием неоднородностей в исследованных импактных стеклах, связанной с неоднородным распределением примесей, а также возможно, вызвано неоднородным содержанием бесструктурной воды и степенью раскристаллизации импактного расплава. Согласно спектроскопическим исследованиям с применением ультрафиолетовой рамановской спектроскопии установлена весьма низкая степень полимеризации импактных стекол. Кроме того, получены экспериментальные данные о возможности существования некоего специфичного состояния – углеродно-силикатного стекла, которое было выявлено как среди продуктов термохимического извлечения в виде отдельных частиц, так и в приповерхностных слоях импактных апоугольных алмазов, а также обнаружено непосредственно в матриксе жильных стекол “in situ”. Данная находка будет детально проанализирована на следующем этапе работ. Комплексный анализ геологических, минералого-петрографических, петрохимических особенностей и степени кристалличности тагамитов, жильных и кластогенных образований выделенных разновидностей расплавных импактитов Карской астроблемы позволил установить, что структурно-фазовое состояние расплавных импактитов определяется, прежде всего, особенностями состава расплавленных пород мишени и спецификой остывания импактного расплава. При этом большие объемы расплава, сформировавшие массивные тела тагамитов, за счет более длительного остывания претерпели почти полную кристаллизацию. Полученные данные указывают на специфичный характер расплавных стекол жильного типа и перспективность их дальнейшего исследования.

 

Публикации

1. - Уникальные высокобарные стекла Карской астроблемы Сайт ИГ Коми НЦ УрО РАН, 03.12.2018 (год публикации - ).

2. - Аспирант первого года обучения Зубов А.А. получил Диплом I степени IV Всероссийского конкурса НИР студентов и аспирантов вузов России «Шаг в науку» Федеральная система мониторинга результативности деятельности научных организаций, выполняющих научно-исследовательские, опытно-конструкторские и технологические работы, 12.12.2018 (год публикации - ).

3. - Диплом I степени IV Всероссийского конкурса НИР студентов и аспирантов Сайт ИГ Коми НЦ УрО РАН, 12.12.2018 (год публикации - ).

4. Голубев Е.А., Шумилова Т.Г., Исаенко С.И. Structure of natural impact glasses by microscopic data IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 443 012008 (год публикации - 2018).

5. Голубев Е.А., Шумилова Т.Г., Исаенко С.И. Structure of natural impact glasses on AFM data Abstract Book of International Conference (Ekaterinburg, August 26-29, 2018), Golubev Ye.A., Shumilova T.G., Isaenko S.I. Structure of natural impact glasses on AFM data // Scanning Probe Microscopy. Abstract Book of International Conference (Ekaterinburg, August 26-29, 2018) Ekaterinburg, Ural Federal University. 2018. P.61. (год публикации - 2018).

6. Голубев Е.А., Шумилова Т.Г., Исаенко С.И., Макеев Б.А., Уткин А.А.., Суворова Е.И., Эрнстсон К. Nano-heterogeneity of natural impact silica-rich glasses according to atomic force microscopy and spectroscopy data Journal of Non-Crystalline Solids, Journal of Non-Crystalline Solids 500. 2018. P. 388–400. (год публикации - 2018).

7. Исаенко С.И., Макеев Б.А., Шумилова Т.Г. Особенности исследований структурно-фазового состояния импактных стекол Карской астроблемы Вестник ИГ Коми НЦ УрО РАН, Номер: 3 (279) Год: 2018 Страницы: 26-31 (год публикации - 2018).

8. Максименко Н.И. Сравнительный анализ структурно-вещественных особенностей разновидностей зювитов Карской астроблемы Структура, вещество, история литосферы Тимано-Североуральского сегмента: Материалы 27-й научной конференции. Сыктывкар: Геопринт, 2018. 280 c., Материалы 27-й научной конференции: Структура, вещество, история литосферы Тимано-Североуральского сегмента. Сыктывкар, 27-29 ноября 2018. Сыктывкар: Геопринт. С. 121-124. (год публикации - 2018).

9. Максименко Н.И., Шумилова Т.Г., Ковальчук Н.С. Своеобразие обломочной компоненты разновидностей зювитов Карской астроблемы Современные проблемы теоретической, экспериментальной и прикладной минералогии (Юшкинские чтения — 2018): Материалы минералогического семинара с международным участием. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2018, Современные проблемы теоретической, экспериментальной и прикладной минералогии (Юшкинские чтения — 2018): Материалы минералогического семинара с международным участием. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2018. С. 189-190. (год публикации - 2018).

10. Уляшев В.В., Исаенко С.И. Моделирование фазовых преобразований в глинистом известняке при импактном воздействии Вестник ИГ Коми НЦ УрО РАН, Вестник института геологии Коми научного центра Уральского отделения РАН. 2018. № 4 (280). С. 40-44. (год публикации - 2018).

11. Шумилова Т.Г., Зубов А.А., Исаенко С.И. Discovery of Upper-Going Intrusive Complex of Ultrahigh Pressure Impact Melt Glasses in Kara Astrobleme 81st Annual Meeting of The Meteoritical Society. Abstracts, 2018 (LPI Contrib. No. 2067) 6089. (год публикации - 2018).

12. Шумилова Т.Г., Зубов А.А., Исаенко С.И. Ликвация в ультравысокобарном расплаве Современные проблемы теоретической, экспериментальной и прикладной минералогии (Юшкинские чтения — 2018): Материалы минералогического семинара с международным участием. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2018, Современные проблемы теоретической, экспериментальной и прикладной минералогии (Юшкинские чтения — 2018): Материалы минералогического семинара с международным участием. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2018. С. 68-69. (год публикации - 2018).

13. Шумилова Т.Г., Исаенко С. И., Макеев Б.А., Зубов А.А., Шанина С.Н., Тропников Е.М., Асхабов А.М. Ultrahigh-Pressure Liquation of an Impact Melt Doklady Earth Sciences, Vol. 480, Part 1, pp. 595–598 (год публикации - 2018).

14. Шумилова Т.Г., Лютоев В.П., Исаенко С.И., Ковальчук Н.С., Макеев Б.А., Лысюк А.Ю., Зубов А.А. Spectroscopic features of ultrahigh-pressure impact glasses of the Kara astrobleme Scientific Reports, Shumilova T.G., Lutoev V.P., Isaenko S.I., Kovalchuk N.S., Makeev B.A., Lysiuk A.Yu., Zubov A.A. Spectroscopic features of ultrahigh-pressure impact glasses of the Kara astrobleme. Scientific Reports (2018) 8:6923 | DOI:10.1038/s41598-018-25037-z (год публикации - 2018).


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
- В результате проведения экспедиционных работ на территории Усть-Карской астроблемы, пространственно сопряженной с Карской астроблемой проведено описание геологических тел с импактными стеклами в естественных обнажениях, включая массивные расплавные импактиты, так называемые “тагамиты” (в зарубежной литературе широко не используется, применялся ранее только русскоязычными авторами, общепринятым в современных классификациях используется термин «расплавный импактит»), кластогенные фрагменты и маломощные лентовидные тела. - На основе полевых наблюдений импактитов с ультравысокобарными импактными стеклами Карской астроблемы и донных импактитов Усть-Карской астроблемы выполнен анализ геологического строения импактной структуры. Полученные геологические данные свидетельствуют в пользу того, что импактиты Усть-Карского участка также относятся к Карской астроблеме, являются отложениями донной фации и взрывного облака. Сиреневые лентовидные стекла Усть-Карского участка по макроскопическим признакам имеют сходные характеристики с ультравысокобарными сиреневыми стеклами жильного и жилоподобного типа южной части Карской астроблемы. - Полученные в ходе экспедиционных исследований геологические данные о специфике распространения и характера импактитов Карского и Усть-Карского участков позволяют создать уточненную принципиальную модель формирования Карской астроблемы и провести анализ самостоятельности Усть-Карской астроблемы. На основе полевых наблюдений и анализа имеющихся моделей строения сложных кратеров построена предварительная модель Карской астроблемы, которая хорошо соответствует принципиальной модели строения Попигайской астроблемы. Исходя из геологического положения донных импактитов Усть-Карского района, Карская астроблема может иметь существенно больший размер, чем это было принято до настоящего времени. В рамках нашей предварительной модели импактные образования Усть-Карского участка представляют собой внутрикратерные отложения импактитов. Согласно существующим принципиальным моделям строения импактных кратеров с учетом новых полученных данных ее размер может достигать 120 км в диаметре. Данный вывод согласуется с предположением некоторых исследователей, в частности идею о более крупных размерах Карского кратера высказывали М.А.Назаров (1993), Бадюков Д.Д. и Райтала Й. (2001), Б.А.Мальков (2001), позиция самого Н.И.Тимонина, рассмотревшего эту версию так и осталась недостаточно ясной в его работе (2006). Однако, с учетом достаточно ограниченных данных, представленных в указанных публикациях, природа усть-карских импактитов не являлась достаточно доказанной, в официальных базах данных импактных кратеров размер Карской астроблемы остается принятым 60-65 км, а Усть-Карская структура в перечне кратеров не значится. Таким образом, выявление природы Усть-Карского района остается актуальным вопросом и имеет принципиальное значение. Проведенные нами исследования могут внести существенную ясность в решение данной проблемы. Анализ данных инструментального изучения особенностей структурно-фазового состава импактитов, обзор существующих моделей крупных метеоритных кратеров Земли, Луны, Марса. Разработана черновая уточненная модель Карской астроблемы. - В рамках построения принципиальной модели формирования Карской астроблемы рассмотрено положение ультравысокобарных импактных стекол жильного типа, массивных и дайкообразных расплавных импактитов предложен механизм их образования на переходной стадии формирования кратера. - В ходе выполнения проекта на данном этапе нами проведен сравнительный анализ коренных импактных стекол Карской и Попигайской астроблем, метеоритного кратера Рис, жеманшинов, ливийского стекла, стекол вулканического происхождения и продуктов экспериментального синтеза. В результате изучения стекол, сформировавшихся в разных термодинамических условиях выявлено, что ультравысокобарные жильные стекла Карской астроблемы несут признаки высокого давления и отличаются от остальных отсутствием пористости, присутствием высокобарного монокристального коэсита, кристаллизовавшегося из силикатного расплава. Некоторые схожие черты наблюдаются у стекол кратера Рис, однако последние не сохраняют признаков ультравысокого давления. Учитывая весь комплекс данных, следует, что жильные стекла Карской астроблемы характеризуются наиболее высокими термодинамическими параметрами формирования. При этом, они имеют более длительный период остывания, отражающийся в частичной кристаллизации расплава до его солидификации по сравнению с выброшенными тектитами ливийского и жеманшинитового типа. Экспериментальные исследования по высокоэнергетическому воздействию на породы мишени, показали, что преобразование глинистого известняка может сопровождаться сплавлением глинистой компоненты с образованием стекол, плавлением карбонатного вещества с его последующим переотложением в новообразованный карбонат. - Анализ степени раскристаллизации природных импактных расплавов логично показал, что малообъемные расплавные тела, такие как тектиты, имеют практически аморфную структуру, в то время как более массивные тела характеризуются почти полной кристалличностью, при этом коренные жильные ультравысокобарные тела имеют достаточно высокую степень аморфности. Следует отметить, что как таковой релаксации импактных стекол нами не наблюдается, кристаллические фазы в аморфном стекле представлены высокотемпературными разностями, отвечающими кристаллизации из расплава, среди таких фаз прежде всего пироксен (авгит) и полевые шпаты. В качестве постимпактных вторичных преобразований можно отметить некоторую степень проявления гидротермальных преобразований, которые развиваются преимущественно в пространстве открытой пористости, заполняемом вторичным карбонатом и цеолитами. - Полученные новые минералогические данные и сопоставление их с имеющимися литературными сведениями подтвердили указанный ранее вероятный диапазон формирования (закалки) ультравысокобарных стекол жильного типа на уровне давлений порядка 60-80 ГПа и температур 2300–2500°С, что при этом не исключает более высоких значений термодинамических параметров в период существования импактного расплава в жидком состоянии. Следует, однако принять во внимание, что присутствие существенного количества воды в импактном расплаве могло существенно повлиять как на условия его отвердевания, так и на физико-химические свойства расплава. В качестве доказательства высокобарной природы и оценки параметров формирования расплавных импактитов нами было оценено присутствие импактных алмазов в различных разновидностях расплавных импактитов. Выяснено, что кластогенные стекла содержат те же разновидности импактных алмазов – апоугольные алмазы и алмазные параморфозы, но в большем количестве, чем жильные текла. Различие в содержании алмазов может быть вызвано либо изначально их меньшим количеством, либо меньшей сохранности импактных алмазов в жильных стеклах, что можно связать с более длительным их остыванием. Это можно выяснить только при более детальном анализе специфики углеродной минерализации в жильных импактных стеклах. - Проведенные исследования позволили установить гетерофазный характер природных ультравысокобарных импактных стекол. Установлено, что в ходе закалки происходила дифференциация расплава с признаками ликвации и кристаллизационной дифференциации нескольких уровней. На основе имеющихся минералогическх данных предложена последовательность солидификации ультравысокобарных импактных стекол жильного типа. При этом на высоком уровне разрешения (на атомарном уровне) наблюдается полностью аморфное строение как силикатного стекла в ликвационных каплях, так и алюмосиликатной матрицы. В ходе детальных исследований впервые установлена ультравысокобарная разновидность смектита, тесно ассоциирующего с микрокристаллами монокристаллического коэсита в силикатном стекле. Следует особо отметить, что выявленные кристаллы коэсита в силикатном стекле имеют явные признаки кристаллизации из расплава – отсутствие деформационных дефектов, монокристальный характер строения, наличие идеоморфных кристаллов, отсутствие срастаний с кварцем. Интересным фактом также является отсутствие новообразованного кварца, кварц встречается только в реликтах литокластов, в матрице ультравысокобарного стекла кварц не обнаружен ни в алюмосиликатной, ни в силикатной разновидностях, как не был обнаружен и муассанит. Пространственные взаимоотношения фаз были исследованы с помощью просвечивающей электронной микроскопии и рамановского картирования. - Среди разновидностей ультравысокобарных стекол силикатные характеризуются наиболее высокими термодинамическими параметрами образования, что предопределяет их большую перспективность для дальнейшего изучения. При этом, выявленная гетерофазная неоднородность ультравысокобарных стекол требует в дальнейшем изучения свойств с использование локальных методов, которые планируется применить на стадии продления проекта на 2020-2021 гг. - Анализ степени гетерогенности показал, что природные импактные ультравысокобарные стекла являются неоднородными, что делает невозможным их применение в макроскопических приложениях. Однако, на наноуровне исследованные стекла демонстрируют весьма однородный состав, имеют полностью аморфное строение на атомарном уровне разрешения, что делает их потенциально интересными для применения в микро- и нанотехнологческих приложениях и для фундаментальных исследований вещества в экстремально сжатом состоянии. Проведены предварительные исследования физических свойств ультравысокобарных стекол. В связи с выявленной гетерогенностью корректные характеристики данного материала могут быть выяснены только с применением высоколокальных методов исследований, что планируется выполнить в рамках продолжения проекта.

 

Публикации

1. - Программы, темы НИР, гранты Сайт лаборатории минералогии алмаза, - (год публикации - ).

2. - Информационное сообщение об экспедиционных работах «Вести с полей -2019» Сайт ИГ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, - (год публикации - ).

3. - Информационное сообщение «Из южной Арктики в Южную Америку» об участии сотрудников лаборатории минералогии алмаза в Международной конференции LMI VI conference и полевой экскурсии на крупнейший в Бразилии импактный кратер Сайт ИГ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, - (год публикации - ).

4. Голубев Е,А., Шумилова Т.Г., Исаенко С.И., Уткин А.А. Microscopic studies of disordered carbon-rich inclusions in ultra-high pressure glasses from impactites of the Kara astrobleme IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, - (год публикации - 2019).

5. Голубев Е.А., Шумилова Т.Г., Исаенко С.И., Макеев Б.А., Эрнстсон К., Nano-heterogeneity of natural and synthetic silica-rich glasses: microscopic and spectroscopic study Abstract Book of Nanomaterials and Technology (NMAT-2019), May 13-14, Valencia, Spain, P. 28 (год публикации - 2019).

6. Исаенко С.И., Шумилова Т.Г. RAMAN MAPPING OF MINERAL PHASES WITHIN UHPHT VEIN IMPACT GLASS OF THE GIANT KARA METEORITE CRATER Large Meteorite Impacts VI 2019 (LPI Contrib), September 30–October 3, 2019, University of Brasília, Brasília, Brazil, LPI Contrib. No. 2136, P. 5055 (год публикации - 2019).

7. Уляшев В. В., Шумилова Т.Г., Исаенко С.И. Особенности импактных природных и синтезированных стекол Структура, вещество, история литосферы Тимано-Североуральского сегмента: Материалы 28-й научной конференции. Сыктывкар: Геопринт, Уляшев В. В., Шумилова Т.Г., Исаенко С.И. Особенности импактных природных и синтезированных стекол // Структура, вещество, история литосферы Тимано-Североуральского сегмента: Материалы 28-й научной конференции. Сыктывкар: Геопринт, 2019. С. 180-183. (год публикации - 2019).

8. Шумилова Т.Г., Зубов А.А., Исаенко С.И. Discovery of Upper-Going Intrusive Complex of Ultrahigh Pressure Impact Melt Glasses in Kara Astrobleme Meteoritics and Planetary Science, Volume 53, Issue S1 (год публикации - 2018).

9. Шумилова Т.Г., Зубов А.А., Исаенко С.И., Шанина С.Н. Mineralogical Features of Ultrahigh Pressure Impact Glasses of the Kara Astrobleme (Pay-Khoy, Russia) IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 362 (2019) 012041 (год публикации - 2019).

10. Шумилова Т.Г., Исаенко С.И. Phase Composition and Microstructure of UHPHT Vein Glass from Giant Diamondiferous Kara Impact Crater by Raman Mapping IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 362 (2019) 012042 (год публикации - 2019).

11. Шумилова Т.Г., Исаенко С.И., Зубов А.А. UHPHT COESITE-CONTAINING VEIN-TYPE MELT GLASSES IN SUEVITES OF THE GIANT KARA METEORITE CRATER (PAY-KHOY, RUSSIA) Large Meteorite Impacts VI 2019 (LPI Contrib), September 30–October 3, 2019, University of Brasília, Brasília, Brazil, LPI Contrib. No. 2136, P. 5054 (год публикации - 2019).

12. Шумилова Т.Г., Уляшев В.В., Казаков В.А, Исаенко С.И., Светов С.А., Чаженгина С.Ю., Ковальчук Н.С. Karite – diamond fossil: a new type of natural diamond Geoscience Frontiers, Shumilova, T.G., Ulyashev, V.V., Kazakov, V.A., Isaenko, S.I., Svetov, S.A., Chazhengina, S.Y., Kovalchuk, N.S., Karite – diamond fossil: a new type of natural diamond, Geoscience Frontiers, https://doi.org/10.1016/j.gsf.2019.09.011 (год публикации - 2019).