Стишовит

Стишовит — это редкий минерал, высокобарная полиморфная модификация диоксида кремния (SiO₂), образующаяся при сверхвысоких давлениях (свыше 8–10 ГПа) и температурах. В природе встречается исключительно в местах падения крупных метеоритов, а также в породах, подвергшихся ударному метаморфизму. Является одним из самых плотных и твёрдых известных оксидов, превосходя по твёрдости кварц и многие другие минералы.

История открытия

Стишовит был впервые синтезирован в 1961 году в Институте физики высоких давлений АН СССР (ныне Институт физики высоких давлений имени Л. Ф. Верещагина РАН) группой учёных под руководством Сергея Михайловича Стишова (1927–2021). В 1962 году, после того как минерал был обнаружен в природе в образцах из кратера Барринджер (Аризона, США), его назвали в честь первооткрывателя. Природный стишовит был впервые описан американскими учёными Эдвардом Чао, Джеймсом Финкером и другими в том же году.

Физические и химические свойства

Стишовит представляет собой тетрагональную кристаллическую решётку типа рутила (TiO₂). В отличие от кварца и других низкобарных полиморфов SiO₂ (кристобалита, тридимита, коэсита), в структуре стишовита каждый атом кремния окружён шестью атомами кислорода (координационное число 6), а не четырьмя. Это приводит к значительному увеличению плотности.

Основные характеристики:

• Химическая формула: SiO₂
• Сингония: тетрагональная (пространственная группа P4₂/mnm)
• Параметры элементарной ячейки: a = 4,179 Å, c = 2,665 Å
• Плотность: 4,29–4,35 г/см³ (для сравнения: плотность кварца — 2,65 г/см³)
• Твёрдость по шкале Мооса: 8,5–9,0 (близка к твёрдости корунда)
• Цвет: бесцветный, сероватый, желтоватый, голубоватый
• Блеск: стеклянный до алмазного
• Прозрачность: прозрачный до полупрозрачного
• Излом: неровный, раковистый
• Спайность: несовершенная по {110}

Минерал оптически анизотропен, обладает высоким двулучепреломлением. В шлифах под микроскопом часто образует тонкие игольчатые или таблитчатые кристаллы, иногда скелетные формы.

Условия образования и нахождения

Природные условия

Стишовит образуется исключительно в условиях ударного метаморфизма — при столкновении метеоритов с земной поверхностью, когда давление в точке удара мгновенно достигает десятков гигапаскалей, а температура — тысяч градусов Цельсия. При таких параметрах кварц, содержащийся в породах мишени, переходит в стишовит. Минерал крайне нестабилен при нормальном давлении и при нагреве выше 400–500 °C без давления быстро переходит в аморфный кремнезём или кристобалит.

Месторождения

Основные находки стишовита приурочены к ударным кратерам:

• Кратер Барринджер (Метеоритный кратер), Аризона, США — первое место находки.
• Кратер Рис (Нёрдлингенский Рис), Германия — один из крупнейших источников стишовита в породах зювита.
• Кратер Вредефорт, ЮАР — древнейший известный ударный кратер (около 2 млрд лет).
• Кратер Попигай, Россия (Красноярский край) — содержит богатые проявления стишовита в импактитах.
• Кратер Чиксулуб, Мексика — в породах, связанных с мел-палеогеновым вымиранием.
• Кратер Лонар, Индия — в стекловатых породах.

Также стишовит обнаружен в алмазоносных кимберлитовых трубках (например, в Якутии, Россия), где он мог образоваться при сверхвысоких давлениях в мантии Земли, а затем быть вынесен на поверхность. В 2021 году сообщалось о находке стишовита в лунном реголите, доставленном на Землю китайской миссией «Чанъэ-5».

Синтез и экспериментальное получение

Лабораторный синтез стишовита впервые был осуществлён С. М. Стишовым и его коллегами в 1961 году. Для получения минерала используются аппараты высокого давления типа «наковальня Бриджмена» или многопуансонные прессы. Исходным материалом служит аморфный кремнезём (силикагель) или кварцевый песок. Процесс проводится при давлении 8–10 ГПа и температуре 800–1200 °C в течение нескольких часов. Выход продукта может достигать 90–95 %. Синтетический стишовит используется в научных исследованиях как эталонный материал для изучения поведения кремнезёма в условиях глубоких недр Земли и других планет.

Практическое значение

Геология и планетология

Стишовит является ключевым индикатором ударного метаморфизма. Его присутствие в породах однозначно свидетельствует о том, что эти породы подверглись воздействию сверхвысоких давлений, характерных для метеоритных ударов. Это позволяет геологам идентифицировать древние ударные кратеры, а также оценивать параметры удара (давление, температуру, скорость). В планетологии стишовит служит маркером для изучения истории бомбардировки Луны, Марса и других тел Солнечной системы.

Материаловедение

Благодаря исключительной твёрдости и высокой плотности стишовит рассматривается как перспективный материал для создания сверхтвёрдых покрытий, абразивных инструментов и бронезащиты. Однако его практическое применение ограничено сложностью и дороговизной синтеза, а также нестабильностью при нормальных условиях. В 2020-х годах ведутся исследования по стабилизации стишовита в композиционных материалах.

Ювелирное дело

Из-за редкости и высокой твёрдости природный стишовит иногда используется в качестве коллекционного или ювелирного камня. Огранённые образцы (обычно в форме кабошонов) ценятся среди коллекционеров. Однако из-за хрупкости и склонности к растрескиванию при обработке такие камни редки.

Интересные факты

• Стишовит — один из немногих минералов, названных в честь ещё живого на момент открытия учёного (Сергей Стишов умер в 2021 году).
• В 2019 году группа исследователей из Университета Байройта (Германия) синтезировала стишовит в виде наночастиц, что открыло возможности для его использования в нанотехнологиях.
• В 2022 году стишовит был обнаружен в составе ударного стекла (тектитов) из кратера Жаманшин (Казахстан), что подтвердило его широкое распространение в импактитах.
• Минерал устойчив к воздействию кислот и щелочей, что делает его ценным для химического анализа.

См. также

• Коэсит
• Сейфертит
• Импактит
• Ударный метаморфизм

Источники

• Стишов С. М., Попова С. В. «Новая плотная модификация кремнезёма» // Доклады АН СССР, 1961, т. 138, № 5, с. 1086–1088.
• Chao E. C. T., Fahey J. J., Littler J., Milton D. J. «Stishovite, SiO₂, a very high pressure new mineral from Meteor Crater, Arizona» // Journal of Geophysical Research, 1962, vol. 67, no. 1, pp. 419–421.
• Deer W. A., Howie R. A., Zussman J. «An Introduction to the Rock-Forming Minerals» (2nd ed.), Longman, 1992, pp. 340–345.
• Hemley R. J., Prewitt C. T., Kingma K. J. «High-pressure behavior of silica» // Reviews in Mineralogy, 1994, vol. 29, pp. 41–81.
• Фельдман В. И. «Петрология импактитов» // М.: Наука, 1990, 320 с.