Циркон ( / ˈ z ɜːr k ɒ n , - k ən / ) [7] [8] [9] — минерал , принадлежащий к группе несиликатов и являющийся источником металлического циркония . Его химическое название — силикат циркония(IV) , а соответствующая химическая формула — Zr SiO 4 . Эмпирическая формула , показывающая некоторый диапазон замещения в цирконе: (Zr 1–y , REE y )(SiO 4 ) 1–x (OH) 4x–y . Циркон выделяется из силикатных расплавов и имеет относительно высокие концентрации несовместимых элементов с высокой напряженностью поля . Например, гафний почти всегда присутствует в количествах от 1 до 4%. Кристаллическая структура циркона представляет собой тетрагональную кристаллическую систему . Естественный цвет циркона варьируется от бесцветного, желто-золотистого, красного, коричневого, синего и зеленого.
Название происходит от персидского zargun , что означает «золотой». [10] Это слово заменено на « жаргун », термин, применяемый к светлым цирконам. Английское слово «циркон» происходит от слова « Zirkon » , которое является немецкой адаптацией этого слова. [11] Желтый, оранжевый и красный циркон также известен как « гиацинт », [12] от цветка гиацинта , название которого имеет древнегреческое происхождение.
Циркон распространен в земной коре . Встречается как обычный акцессорный минерал в магматических породах (как первичные продукты кристаллизации), в метаморфических породах и в виде обломочных зерен в осадочных породах . [2] Крупные кристаллы циркона встречаются редко. Их средний размер в гранитных породах составляет около 0,1–0,3 мм (0,0039–0,0118 дюйма), но они могут вырастать и до размеров нескольких см, особенно в основных пегматитах и карбонатитах . [2] Циркон довольно тверд (твердость по шкале Мооса 7,5) и химически стабилен, поэтому обладает высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям. Он также устойчив к нагреванию, поэтому обломочные зерна циркона иногда сохраняются в магматических породах, образовавшихся из расплавленных отложений. [13] Его устойчивость к выветриванию, а также относительно высокий удельный вес (4,68) делают его важным компонентом тяжелой минеральной фракции песчаников. [5]
Из-за содержания урана [14] и тория некоторые цирконы подвергаются метамиктизации . Эти процессы, связанные с внутренним радиационным повреждением, частично разрушают кристаллическую структуру и частично объясняют весьма изменчивые свойства циркона. Поскольку циркон все больше и больше модифицируется внутренним радиационным повреждением, плотность уменьшается, кристаллическая структура нарушается, а цвет меняется. [15]
Циркон встречается во многих цветах, включая красновато-коричневый, желтый, зеленый, синий, серый и бесцветный. [2] Цвет цирконов иногда можно изменить путем термической обработки. Обычные коричневые цирконы можно превратить в бесцветные и синие цирконы при нагревании до 800–1000 ° C (от 1470 до 1830 ° F). [16] В геологических условиях развитие розового, красного и фиолетового циркона происходит через сотни миллионов лет, если в кристалле имеется достаточно микроэлементов для образования центров окраски . Цвета этой красной или розовой серии отжигаются в геологических условиях при температуре выше 400 °C (752 °F). [17]
Структурно циркон состоит из параллельных цепочек чередующихся тетраэдров кремнезема (ионы кремния в четырехкратной координации с ионами кислорода) и ионов циркония, причем крупные ионы циркония находятся в восьмеричной координации с ионами кислорода. [18]
Циркон в основном используется в качестве глушителя и, как известно, используется в промышленности декоративной керамики. [19] Он также является основным предшественником не только металлического циркония , хотя его применение невелико, но и всех соединений циркония, включая диоксид циркония ( ZrO 2 ), важный тугоплавкий оксид с температурой плавления 2717 ° C (4923). °Ф). [20]
Другие области применения включают использование в огнеупорах и литейном производстве, а также в растущем спектре специальных применений, таких как цирконий и циркониевые химикаты, в том числе в ядерных топливных стержнях, каталитических конвертерах топлива и в системах очистки воды и воздуха. [21]
Циркон — один из ключевых минералов, используемых геологами в геохронологии . [22]
Циркон входит в индекс ZTR для классификации сильновыветрелых отложений . [23]
Прозрачный циркон — это широко известная форма полудрагоценного камня , известная своим высоким удельным весом (от 4,2 до 4,86) и несокрушимым блеском . Из-за высокого показателя преломления (1,92) его иногда использовали в качестве заменителя алмаза , хотя он не демонстрирует такую же игру цвета , как алмаз. Циркон – один из самых тяжелых драгоценных камней. [24] Его твердость по шкале Мооса находится между твердостью кварца и топаза, 7,5 по 10-балльной шкале, но ниже, чем у аналогичного искусственного камня циркония (9). Иногда цирконы могут потерять свой цвет после длительного воздействия яркого солнечного света, что необычно для драгоценных камней. Он невосприимчив к воздействию кислоты, за исключением серной кислоты , и то только при измельчении в мелкий порошок. [25]
Большинство цирконов ювелирного качества демонстрируют высокую степень двойного лучепреломления , которое на камнях, ограненных столовой и павильонной огранкой (т. е. почти на всех камнях), можно рассматривать как кажущееся удвоение последних, если смотреть через первые, и эту характеристику можно использовать, чтобы отличить их от алмазов и фианитов (CZ), а также от известково-натриевого стекла, ни одно из которых не обладает этой характеристикой. Однако некоторые цирконы из Шри-Ланки демонстрируют лишь слабое двойное лучепреломление или вообще не имеют его, а некоторые другие камни Шри-Ланки могут демонстрировать явное двойное лучепреломление в одном месте и малое или полное отсутствие двойного лучепреломления в другой части того же камня. [26] Другие драгоценные камни также обладают двойным лучепреломлением, поэтому, хотя наличие этой характеристики может помочь отличить данный циркон от алмаза или циркона, оно не поможет отличить его, например, от топаза . Однако высокий удельный вес циркона обычно позволяет отличить его от любого другого драгоценного камня, и его легко проверить.
Также двойное лучепреломление зависит от огранки камня по отношению к его оптической оси . Если циркон огранен так, чтобы эта ось была перпендикулярна его доске, двойное лучепреломление может быть уменьшено до необнаружимого уровня, если его не рассматривать с помощью ювелирной лупы или другой увеличительной оптики. Цирконы высочайшего качества подвергаются огранке, чтобы минимизировать двойное лучепреломление. [27]
Ценность камня циркона во многом зависит от его цвета, чистоты и размера. До Второй мировой войны синие цирконы (самый ценный цвет) можно было приобрести у многих поставщиков драгоценных камней размером от 15 до 25 каратов; с тех пор камни размером даже в 10 карат стали очень редкими, особенно в самых привлекательных цветовых вариантах. [27]
Синтетические цирконы созданы в лабораториях. [28] Иногда их используют в украшениях, например, в серьгах. Цирконы иногда имитируют шпинелью и синтетическим сапфиром , но отличить их несложно с помощью простых инструментов.
Циркон является распространенным аксессуаром для отслеживания минеральных составляющих всех видов магматических пород, особенно гранита и кислых магматических пород. Благодаря своей твердости, долговечности и химической инертности циркон сохраняется в осадочных отложениях и является обычным компонентом большинства песков. [29] [30] Циркон иногда можно найти в качестве микроэлемента в ультракалиевых магматических породах, таких как кимберлиты , карбонатиты и лампрофир, из-за необычного магмогенеза этих пород. [ нужна цитата ]
Циркон образует экономические концентрации в месторождениях руд тяжелых минеральных песков , в некоторых пегматитах и в некоторых редких щелочных вулканических породах, например, в Тунги-Трахите, Даббо, Новый Южный Уэльс, Австралия [31] в ассоциации с цирконий-гафниевыми минералами эвдиалитом и армстронгитом.
Австралия лидирует в мире по добыче циркона, производя 37% мирового объема и обеспечивая 40% мировых EDR ( демонстрируемых экономических ресурсов ) этого минерала. [32] Южная Африка является основным производителем Африки, на долю которого приходится 30% мирового производства, и занимает второе место после Австралии. [33]
.tiff/lossy-page1-1280px-Zircon_grain_(CL-SEM_imaging).tiff.jpg)
Циркон сыграл важную роль в развитии радиометрического датирования . Цирконы содержат следовые количества урана и тория (от 10 ppm до 1 мас.%) [14] и могут быть датированы с использованием нескольких современных аналитических методов. Поскольку цирконы могут пережить такие геологические процессы, как эрозия , транспортировка и даже метаморфизм высокой степени , они содержат богатую и разнообразную информацию о геологических процессах. В настоящее время цирконы обычно датируются уран-свинцовыми (U-Pb), трековыми методами деления и U+Th/He методами. Визуализация катодолюминесцентного излучения быстрых электронов может быть использована в качестве инструмента предварительного скрининга для масс-спектрометрии вторичных ионов (SIMS) высокого разрешения для отображения структуры зонирования и определения областей, представляющих интерес для изотопного анализа. Это делается с помощью интегрированного катодолюминесцентного и сканирующего электронного микроскопа. [34] Цирконы в осадочных породах позволяют определить источник отложений. [35]
Цирконы из Джек-Хиллз в террейне Нарриер-Гнейс , кратон Йилгарн , Западная Австралия , дали U-Pb возраст до 4,404 миллиарда лет, [36] интерпретируемый как возраст кристаллизации, что делает их самыми старыми минералами, датированными на Земле на сегодняшний день. Кроме того, было интерпретировано, что изотопный состав кислорода некоторых из этих цирконов указывает на то, что более 4,3 миллиарда лет назад на поверхности Земли уже была жидкая вода. [36] [37] [38] [39] Эта интерпретация подтверждается дополнительными данными о микроэлементах, [40] [41] , но также является предметом дискуссий. [42] [43] [44] В 2015 году «остатки биотической жизни » были обнаружены в скалах возрастом 4,1 миллиарда лет в Джек-Хиллз в Западной Австралии. [45] [46] По мнению одного из исследователей, «Если бы жизнь относительно быстро возникла на Земле ... то она могла бы быть обычным явлением во Вселенной ». [45]
Гафнон ( HfSiO 4 ), ксенотим ( YPO 4 ), бейерит , шиавинатоит ( (Ta,Nb)BO 4 ), торит ( ThSiO 4 ) и коффинит ( USiO 4 ) [14] имеют одинаковую кристаллическую структуру ( IV X IV) . Y O 4 , III X V Y O 4 в случае ксенотима) как циркон.
