Открытый в метеорите минерал кафеосит содержит железо одновременно в трёх степенях окисления

Сотрудники Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН совместно с коллегами из Института металлургии УрО РАН, Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Кольского научного центра РАН, СПбГУ, МГУ и Минералогического музея им. А. Е. Ферсмана РАН изучили новый минерал кафеосит, найденный в метеорите Dhofar 225.

Минерал утверждён международной комиссией по новым минералам (CNMNC) 3 января 2024 года (номер IMA 2021-022a). Это оксисульфид Ca и Fe, в котором железо имеет несколько степеней окисления. Находка чрезвычайно важна для определения условий протекания процессов водных преобразований и метаморфизма на родительских астероидах подобных астероидам Рюгу и Бенну, вещество которых было недавно доставлено на Землю космическими аппаратами. Статья о нём опубликована в рецензируемом журнале Meteoritics & Planetary Science.

По мере изучения нового минерала выяснилось, что кафеосит является уникальным примером минерала, содержащего железо одновременно в трёх степенях окисления: Fe³⁺, Fe²⁺ и промежуточной между Fe²⁺ и Fe⁰, которая характеризует металлический тип связи Fe–Fe.

Кафеоcит был обнаружен в метаморфизованном углистом хондрите Dhofar 225, который был классифицирован как CM-аномальный, но, вероятно, относится к группе CY (тип Yamato). Минерал встречается в виде крошечных ксеноморфных зёрен (7 мкм), объединённых в агрегаты размером до 20 мкм, обычно покрытых микронными троилитовыми или пирротиновыми каймами. Агрегаты кафеосита редки и находятся в матрице хондрита, состоящей из дегидратированных филлосиликатов. В отражённом свете кафеосит серый, его анизотропия умеренная, и наблюдается двуотражение в серых тонах. Минерал не содержит (OH)–, H₂O или CO₃^2–.

Минеральная ассоциация кафеосита в углистом хондрите CY типа Dhofar 225. (a, b) Микрофотография в отражённом свете. (c, d) Изображение в обратно рассеяных электронах (BSE). Аббревиатура: Cfo — кафеосит, Po — pyrrhotite, Kam — kamacite (α-Fe,Ni), Mgt — magnetite, Phyl — дегидратированные филлосиликаты

В связи с малым размером зёрен его кристаллическая структура была изучена с использованием синтетического аналога, изоструктурного природному кафеоситу на основе данных дифракции обратно рассеянных электронов (EBSD). Кафеосит орторомбический, пространственная группа Cmce (#64), a 17,4856(9), 11,1516(5), 11,1543(5) Å, V 2175,0(2) Å3, Z = 8, Dx = 4,11 г/см³. Химический состав как природного, так и синтетического кафеоcита, соответствует формуле Ca₄Fe²⁺₃Fe³⁺₂(□_1-xFe_x)O₆S₄, где (□_1-xFe_x) обозначает структурную вакансию, частично занятую полуметаллическим типом Fe (x = 0,2–0,3). Идеальная формула минерала — Ca₄Fe²⁺₃Fe³⁺₂□O₆S₄. Кафеоcит, вероятно, образовался из ранее изменённого вещества-предшественника в метеорите Dhofar 225, который состоял из филлосиликатов, Са-карбонатов, точилинита и пирротина. Во время термального метаморфизма при температурах от 750 до 900 °C сульфиды-гидроксиды частично спекались с нагретыми карбонатами и оксидами железа, что привело к образованию кафеосита. Из-за различного, зависящего от окислительно-восстановительной обстановки, содержания Fe³⁺ и Fe²⁺, а также присутствия металлического типа Fe в структуре, кафеосит можно рассматривать как однофазный окислительно-восстановительный индикатор, альтернативный известным трёхфазным буферам, например, железо-вюстит-пирротин (IW-Po) и других.

Открытие кафеосита даёт представление о ранее скрытом аспекте формирования CY-хондритов — окислительно-восстановительных условиях термального метаморфизма на углистых астероидах. Интересно отметить, что за исключением Dhofar 225, в других CY-хондритах кафеосит пока не встречался.

Название минерала сформировано названием основных химических элементов, входящих в его состав: cafeosite — от calcium, fe — от ferrum, o — от oxygen и s — от sulfur. Утверждённое сокращение — cfo.

Источник: ГЕОХИ РАН.