Kernowit — это гидратированный медно-железо-арсенатный минерал с идеальной химической формулой Cu₂Fe(AsO₄)(OH)₄·4H₂OОн является арсенатным минералом и аналогом лироконита с преобладанием железа трехвалентного, Cu₂Al(AsO₄)(OH)₄·4H₂O. В ряду лироконит-керновит, Fe³⁺ заменяет Al³⁺ в структурном сайте без существенного изменения общей структуры. Керновит определяется как материал, где железо трёхвалентное является доминирующим occupant этого сайта; материал с преобладанием алюминия остаётся лироконитом, даже если его цвет сильно зелёный.
Минерал известен из старых образцов, вероятно, собранных на руднике Wheal Gorland около St Day, Корнуолл, Англия. Он встречается как вторичный минерал в окисленной части медно-носовой рудной ассоциации. Керновит обычно зеленый, тогда как лироконит, доминируемый алюминием, обычно сине-зеленый. Цвет может указывать на повышенное содержание железа, но не может установить идентичность минерала, потому что многие зеленые образцы, исторически обозначенные как лироконит, остаются доминируемыми алюминием при анализе.
История и открытие керновита
Kernowit был одобрен как новый минеральный вид Международной минералогической ассоциацией в 2020 году по предложению номер IMA 2020-053. Формальное описание минерала было опубликовано в 2021 году. Типовой материал не является недавно собранным образцом; вместо этого это исторический образец, вероятно, добытый около 1800 года на Wheal Gorland. До его повторного рассмотрения материал был помечен как liroconite и прошел через несколько исторических минеральных коллекций, включая коллекции корнешского коллекционера Филипа Рэшли и Сэра Артура Рассела.
Минерал был назван в честь Кернав, название Корнуолла на кернском языке. Выбор отражает типовую локальность, а не конкретное лицо. Kernowite был идентифицирован после минералогического анализа, который показал, что феррическое железо, а не алюминий, доминирует в соответствующем октаэдрически координированном сайте в материале, ранее относимом к лирокониту.
Его распознавание демонстрирует композиционное различие внутри известной серии минералов. Ранее установлено, что более зелёные образцы лирохонита обычно содержат больше железа, чем синие. Однако сама по себе насыщенность железом не служит основанием для отдельного вида. Керновит ограничен материалом, в котором Fe³⁺ превышает Al³⁺ в соответствующей структурной позиции. Это определение вида следует правилу доминирующего компонента, используемому в современной номенклатуре минералов.
Формирование и геологическое распространение керновита
Kernowite образуется как вторичный минерал в полостях кварцевой госсана. Госсан — это окисленный, выветрившийся материал, развивающийся выше или вокруг сульфидсодержащих руд. В типовом материале полости содержат плохо дифференцированные микрокристаллические серые сульфиды и плохо кристаллизованные арсеносодержащие фазы, включая фармакосидерит и минералы группы оливинита. Это соотношение соответствует образованию минералов при окислении и изменении первичной ассоциации меди-мышьяка.
Формирование керновита требует наличия меди, железа в степенях окисления +3, мышьяка, кислорода, гидроксильных жидкостей и воды. При выветривании окисление первичных сульфидов может высвобождать Cu²⁺ и Fe³⁺ в кислые или локально нейтрализованные растворы. Мышьяк может высвобождаться из сульфидов или арсенидов, содержащих мышьяк, и транспортироваться в виде арсенатных соединений при окисляющих условиях. Где эти компоненты взаимодействуют в открытых пространствах, таких как трещины и полости в гозане, могут осаждаться гидратированные медно-железные арсенаты.
Состояние гидратации минерала указывает на его образование в ближней к поверхности или низкотемпературной водной среде, а не при высокотемпературных магматических условиях. Его присутствие вместе с фармакосидеритом и минералами группы оливинита также отражает локальные изменения pH, окислительно-восстановительных условий, концентрации растворенных металлов и активности воды. Такие условия могут меняться на небольших расстояниях внутри одного окисленного рудного зоны, позволяя одновременно развиваться нескольким минералам меди и железа арсенатам.
Кристаллическая структура Kernowite
Kernowit кристаллизуется в моноклинной кристаллической системе. Его структура была определена методом рентгеновской дифракции на монокристалле в пространственной группе I2/a, нестандартная установка обычной группировки пространства C2/cСтруктура тесно связана с таковой у лироконита, что согласуется со замещением Fe³⁺ на Al³⁺, а не с полной реконструкцией минеральной структуры.
Структура состоит из связанных арсенатных тетраэдров, металлических координационных полиэдров с гидроксильными группами и молекул воды. Медь занимает позиции, подверженные дисторсии Джейн-Теллера, характерной для соединений Cu²⁺, что приводит к вытянутым координационным окружениям меди-кислорода. Железо (Fe³⁺) занимает октаэдрически координированную позицию, которая в лироконите в основном занята алюминием. Замена Al³⁺ на более крупный катион Fe³⁺ вызывает измеримые структурные различия, сохраняя при этом ту же базовую структурную форму.
Молекулы воды имеют структурное значение в керновите. Идеальная формула содержит четыре молекулы воды на формулу, помимо четырех гидроксильных групп. Водородные связи между молекулами воды, гидроксильными группами и атомами кислорода тетраэдров арсената способствуют устойчивости гидратированной структуры. Потеря или модификация структурной воды могут повлиять на минерал при нагревании, дегидратации или длительном изменении.
Физические и химические свойства керновита
Kernowit обычно описывается как зелёный или изумрудно-зелёный. Его цвет связан с присутствием Cu²⁺ и Fe³⁺, хотя точный оттенок зависит от толщины зерна, ориентации кристаллов, включений, состояния поверхности и относительных пропорций железа и алюминия. Он может встречаться в виде небольших кристаллов или агрегатов кристаллов, выстилающих полости в кварцево-госсановых материалах. Из-за того, что подтвержденный материал получен из старых образцов и тесно спаян с другими вторичными фазами, многие обычные физические измерения ограничены.
Идеальная формула, Cu₂Fe(AsO₄)(OH)₄·4H₂Oсодержит медь, железо в степени окисления +3, арсенат, гидроксильные группы и молекулярную воду. Электронно-микроаналитический анализ типа материала, дополненный рамановской спектроскопией, дал эмпирический состав, близкий к Cu₁.₈₈(Fe₀.₇₉Al₀.₀₉)Σ₀.₈₈(As₁.₁₂O₄)(OH)₄·3.65H₂O. Это анализ показывает, что типовой материал не является химически идеальным: он содержит небольшое количество алюминия и небольшие отклонения в содержании меди, железа, мышьяка и воды. Такие отклонения характерны для вторичных гидратированных минералов и не изменяют определение вида, когда Fe³⁺ остается доминирующим над Al³⁺.
Kernowite должен рассматриваться как гидратированный минерал, который может быть чувствителен к изменению. Поверхностная дегидратация, выветривание, микротрещинообразование и смеси с соседними арсенатными фазами могут усложнить аналитические результаты. Его оптический вид и приблизительная химия являются полезными первичными индикаторами, но окончательная идентификация требует количественного анализа и структурной подтверждения.
Типы и виды керновита
Kernowite не имеет официально признанных разновидностей. Следующие термины описывают составные или геологические отношения, а не отдельные разновидности:
- Железо-доминантный Керновит: Материалы из ряда лироконит-керновит, в которых Fe³⁺ доминирует над Al³⁺ в соответствующем структурном сайте.
- Алюминиевый Kernowit: Kernowite может содержать небольшие количества Al³⁺, как показано анализом типа материала. Оно остается Kernowite до тех пор, пока Fe³⁺ остается доминирующим.
- Промежуточный материал Лироконит-Керновит: Пробы с переменным содержанием Fe³⁺ и Al³⁺ находятся в пределах твердого раствора. Название минерала зависит от доминирующего катиона, а не от цвета.
- Зеленый лироцит: Зелёный цвет сам по себе не доказывает наличие керновита. Многие зелёные образцы остаются доминирующими Al³⁺ и должны быть идентифицированы как лироконит после химического анализа.
Где можно найти Kernowite?
Подтвержденная типовая локаль — Wheal Gorland, рядом со St Day в Корнуолле, Англия. Wheal Gorland был частью исторически важного медно-рудного района вокруг St Day и преимущественно добывался для медных руд. Типовой образец связан с древними горными материалами, вероятно, собранными около 1800 года, и позже хранился в музейных коллекциях.
Минерал отмечается в полостях кварцево-госсанных, а не из свежего неизмененного сульфидного руды. Его непосредственное сопутствие включает плохо кристаллизованные арсенатные фазы, фармакосидерит, минералы группы оливенита и неопределенные серые сульфидные материалы. Это условие характерно для окисленной медно-арсенатной минеральной ассоциации.
Kernowite в настоящее время не должен рассматриваться как широко распространённый минерал с большим количеством подтверждённых месторождений. Его формальное определение недавнее, и многие исторические зелёные образцы из Корнуолла или других окисленных медных месторождений, возможно, не были исследованы с использованием современных количественных и кристаллографических методов. Материал, описанный исторически как железистый лироцит, требует повторного анализа перед тем, как его можно будет отнести к Kernowite.
Как распознать керновит
Визуальный осмотр может дать первоначальное указание, поскольку Kernowite обычно зеленый и встречается в ассоциации окисленной меди и мышьяка. Однако визуальная идентификация ненадежна. Медные арсенаты, медные фосфаты, гидратированные железные арсенаты и зеленый лироконит могут встречаться в тех же условиях и могут походить друг на друга в образце или под микроскопом.
Электронно-микроаналитический анализ является основным методом для определения того, доминирует ли Fe³⁺ или Al³⁺ в соответствующем сайте. Анализ должен измерять медь, железо, алюминий, мышьяк и другие возможные замещающие элементы, при этом содержание воды и гидроксильных групп должно определяться по стехиометрии и дополняться спектроскопическими методами wherever это возможно. Рамановская спектроскопия полезна для подтверждения наличия арсенатных групп, гидроксильных групп и структурной воды, особенно когда кристаллы слишком малы для традиционных методов объемного анализа.
Рентгеновская диффракция монокристаллов предоставляет наиболее прямое подтверждение структуры, где можно изолировать подходящий кристалл. Порошковая рентгеновская диффракция, электронная диффракция и электронная диффракция отражения также могут помочь в идентификации, хотя интерпретация может быть сложной при малых зернах, плохо кристаллических, гидратированных или перекрывающихся с другими вторичными фазами. Поэтому надежная идентификация Kernowite должна сочетать местонахождение, химический состав, данные Раман-спектроскопии и кристаллографические данные.
Главный минерал, требующий различия, это лироконит, Cu₂Al(AsO₄)(OH)₄·4H₂O. Керновит и лироконит имеют одинаковый общий структурный тип, схожую гидратацию и тесно связанные химические формулы. Решающим критерием является доминирование Fe³⁺ в керновите по сравнению с доминированием Al³⁺ в лироконите. Другие связанные арсенаты, включая фармакосидерит и минералы группы оливенита, отличаются по кристаллической структуре, соотношению катионов, гидратации и оптическим свойствам.
Применение и использование Kernowite
Kernowit не имеет установленного промышленного, ювелирного, декоративного или обогатительного применения. Он встречается в ограниченных количествах как вторичный минерал и не добывается отдельно. Его высокое содержание мышьяка также делает его непригодным для обычного обращения без соответствующих мер предосторожности при работе с минеральными образцами.
Его использование в основном минералогическое и аналитическое. Керновит предоставляет определённый конечный член для серии лироконит-керновит и позволяет более точно классифицировать исторические образцы меди-арсената из Корнуолля. Минерал также может использоваться в исследованиях вторичных арсенатных образований в окисленных медных месторождениях, особенно там, где замещение железа-алюминия влияет на стабильность минерала и его окраску.