Введение
Оксидный минерал
Армалколит (,/ɑr/'/m//ɑː//l//k//ə//l//aɪ//t/) – богатый титаном минерал с химической формулой (Mg,Fe2+)Ti2O5. Он был впервые обнаружен на базе Спокойствия на Луне в 1969 году во время миссии «Аполлон-11» и назван в честь Армстронга, Олдрина и Коллинза – трёх астронавтов «Аполлона-11». Вместе с транквиллититом и пироксферроитом, армалколит является одним из трёх новых минералов, обнаруженных на Луне. Позже армалколит был идентифицирован в различных местах на Земле и синтезирован в лабораторных условиях. (Транквиллитит и пироксферроит также впоследствии были найдены в различных местах на Земле). Для синтеза требуются низкое давление, высокие температуры и быстрое охлаждение от приблизительно 1000 °C до комнатной температуры. Армалколит разлагается на смесь богатого магнием ильменита и рутила при температурах ниже 1000 °C, однако скорость преобразования замедляется по мере охлаждения. В силу требования быстрого охлаждения, армалколит относительно редок и обычно встречается в ассоциации с ильменитом и рутилом, а также с другими минералами.
Возникновение
Армалколит был первоначально обнаружен на Луне, в Море Спокойствия у базы Спокойствия, а также в долине Таурус-Литтроу и в нагорье Декарт. Наибольшее количество образцов было получено в ходе миссий "Аполлон-11" и "Аполлон-17". Позднее он был идентифицирован на Земле по образцам лампроитовых дамб и штейнов, взятых в Смоки-Бутте, округ Гарфилд, штат Монтана, США. На Земле он также встречается в Германии (в кратере Нордлингер-Рис в Баварии), Гренландии (остров Диско), Мексике (вулкан Эль-Торо, Сан-Луис-Потоси), Южной Африке (кимберлитовые рудники Ягерсфонтейн, Бултфонтейн и Дутойтспан), Испании (провинция Альбасете и Хумья, Мурсия), Украине (Припятская вздутость), Соединенных Штатах (карьер Книппа, округ Увальде, Техас и Смоки-Бутте, Иордания, Монтана) и Зимбабве (район Мвенези). Армалколит – это редкий минерал, встречающийся в базальтах, богатых титаном, вулканической лаве, а иногда и в гранитном пегматите, ультрамафических породах, лампроитах и кимберлитах. Он ассоциируется с различными смешанными оксидами железа и титана, графитом, анальцимом, диопсидом, ильменитом, флогопитом и рутилом. Он образует вытянутые кристаллы длиной до 0,1–0,3 мм, включенные в базальтовую матрицу. Процесс быстрого охлаждения необходим как для лабораторного, так и для природного синтеза, чтобы избежать превращения армалколита в смесь богатого магнием ильменита (Mg) и рутила (TiO2) при температурах ниже 1000 °C. Следовательно, относительное содержание ильменита и армалколита может использоваться в качестве индикатора скорости охлаждения минерала во время его формирования. Армалколит является частью группы псевдобрукитов, состоящей из минералов общей формулы X2YO5. X и Y обычно представляют собой Fe (2+ и 3+), Mg, Al и Ti. Концевыми членами являются армалколит ((Mg,Fe)Ti2O5), псевдобрукит (Fe2TiO5), ферропсевдобрукит (FeTi2O5) и "карруит" (MgTi2O5). Они изоструктурны и все имеют орторомбическую кристаллическую структуру и встречаются в лунных и земных породах. Химический состав большинства образцов армалколита можно разложить на сумму оксидов металлов следующим образом: TiO2 (содержание 71–76%), FeO (10–17%), MgO (5,5–9,4%), Al2O3 (1,48–2%), Cr2O3 (0,3–2%) и MnO (0–0,83%). В то время как содержание титана относительно постоянно, отношение магния к железу изменяется и обычно меньше 1. Большая часть титана в армалколите находится в 4-валентном состоянии из-за восстановительной среды синтеза, но значительная доля Ti3+ присутствует в лунных образцах. Соотношение Ti3+/Ti4+ в армалколите может служить индикатором фугитивности (эффективного парциального давления) кислорода во время образования минерала. Он также позволяет различать лунный и земной армалколит, поскольку Ti3+/Ti4+ = 0 для последнего. Поскольку формула армалколита (Mg,Fe2+)Ti2O5, она соответствует общей формуле XY2O5, где X = (Mg и Fe2+), Y = Ti, а O – кислород. Как позиции X, так и позиции Y координированы по октаэдру, а отношение радиусов между катионами и анионами в армалколите составляет три к пяти, что равно 0,6, что делает структуру октаэдрической. Армалколит – богатый титаном минерал, относящийся к минеральной группе магнезиоферропсевдобрукитов с Fe2+Ti2O5 и MgTi2O5 в качестве концевых членов. Благодаря октаэдрической симметрии армалколит демонстрирует твердый раствор (катионную замену) между различными элементами Fe2+, Fe3+, Mg, Al и Ti, что обусловлено схожестью их атомных радиусов и зарядов. Кристаллографическая структура армалколита представляет собой орторомбическую дипирамиду, следовательно, он относится к орторомбической системе и имеет точечную группу 2/m 2/m 2/m и пространственную группу Bbmm. В позициях M1 армалколита идеально подходит для размещения железа из-за большего размера железа, а в позициях M2 магний и титан распределяются между двумя позициями. В металлических позициях титан имеет восьмикратную координацию, а магний и железо – четырехкратную. Соотношение магния к железу в армалколите уменьшается с понижением температуры с 0,81 при 1200 °C до 0,59 при 1150 °C. При достижении армалколитом температуры 1125 °C он замещается ильменитом FeTiO3, в котором отсутствуют как магний, так и железо. Кристаллическая структура армалколита близка к структуре искаженного брукита. Она основана на деформированных октаэдрах с атомом титана в центре и шестью атомами кислорода в углах. Ионы магния или железа расположены в интерстициальных позициях и не вносят существенного вклада в решетчатый каркас, который поддерживается Ti–O связями через углы октаэдров. Однако эти ионы влияют на оптические свойства, делая минерал непрозрачным, в отличие от прозрачного диоксида титана TiO2.
Butte, Jordan, Montana) and Zimbabwe (Mwenezi District). Armalcolite is a minor mineral found in titanium rich basalt rocks, volcanic lava and sometimes granite pegmatite, ultramafic rocks, lamproites and kimberlites. It is associated with various mixed iron titanium oxides, graphite, analcime, diopside, ilmenite, phlogopite and rutile. It forms elongated crystals up to about 0.1–0.3 mm in length embedded in a basalt matrix. The quenching step is required both for laboratory and natural synthesis in order to avoid conversion of armalcolite to a mixture of magnesium rich ilmenite (Mg ) and rutile (TiO2) at temperatures below 1,000 °C. Consequently, the relative amount of ilmenite and armalcolite can be used as an indicator of the cooling rate of a mineral during its formation. Armalcolite is a part of the pseudobrookite group which consists of minerals of the general formula X2YO5. X and Y are usually Fe (2+ and 3+), Mg, Al, and Ti. End members are armalcolite ((Mg,Fe)Ti2O5), pseudobrookite (Fe2TiO5), ferropseudobrookite (FeTi2O5) and "karrooite" (MgTi2O5). They are isostructural and all have orthorhombic crystal structure and occur in lunar and terrestrial rocks. Chemical composition of most armalcolite samples can be decomposed into a sum of metal oxides as follows: TiO2 (concentration 71–76%), FeO (10–17%), MgO (5.5–9.4%), Al2O3 (1.48–2%), Cr2O3 (0.3 2%) and MnO (0–0.83%). Whereas the titanium content is relatively constant, the ratio of magnesium to iron varies and is usually lower than 1. Most titanium is present in armalcolite in the 4+ state, owing to the reducing synthesis environment, but there is a significant fraction of Ti3+ in lunar samples. The Ti3+/Ti4+ ratio in armalcolite can serve as an indicator of fugacity (effective partial pressure) of oxygen during the mineral's formation. It also allows one to distinguish lunar and terrestrial armalcolite, as Ti3+/Ti4+ = 0 for the latter. Since armalcolite's formula is (Mg,Fe2+)Ti2O5, it follows the general formula of XY2O5 where the X=(Mg and Fe2+), Y=Ti, and O is oxygen. Both X and Y sites are octahedrally coordinated and the radius ratio between the cations and the anions in armalcolite are at three to five ratio equaling 0.6 making the structure octahedral. Armalcolite is a titanium rich mineral that falls under the magnesianferropseudobrookite mineral group with Fe2+Ti2O5 and MgTi2O5 as end members. Due to having octahedral symmetry, armalcolite has solid solution (cation substitution) between multiple elements Fe2+, Fe3+, Mg, Al, and Ti; this is because of their similarities in atomic radii and charge. The crystallographic structure exhibited by armalcolite is an orthombic dipyramid, thus falls in the orthorhombic category and has a 2/m 2/m 2/m point group and space group of Bbmm. Inside the M1 sites for armalcolite it is ideal for iron to reside there due to the larger size of iron and for M2, magnesium and titanium have a distribution between the two sites. In the metal sites, titanium has an eightfold; magnesium and iron with a four coordination. The magnesium and iron ratio in armalcolite decreases with decreasing temperature from 0.81 at 1,200 °C to 0.59 at 1,150 °C. Once the armalcolite reaches 1,125 °C it is replaced with ilmenite, FeTiO3, which lacks both magnesium and iron. The crystal structure of armalcolite is close to that of distorted brookite. It is based on deformed octahedra, with a titanium atom in the center and six oxygen atoms at the corners. Magnesium or iron ions are located in the interstitial sites; they do not contribute significantly to the lattice framework, which is held by Ti O bonds via the corners of the octahedra. However, these ions affect optical properties, rendering the mineral opaque in contrast to the transparent titanium dioxide TiO2.