Чукотские квазикристаллы оказались "космическими"

Квазикристаллы представляют собой особую форму организации материи, практически не встречающейся в природе. Они называются так потому, что их кристаллическая решетка имеет не только периодическое строение, но и обладает осями симметрии разных порядков, существование которых ранее противоречило представлениям кристаллографов.

Существование таких кристаллов было предсказано в начале 1980-х годов. В 1982 году израильский ученый Даниэль Шехтман доказал возможность существования этих объектов, за что получил Нобелевскую премию по химии 2011 года. В настоящее время насчитывается около сотни разновидностей квазикристаллов.

Пол Штайнхардт (Paul Steinhardt) из Принстонского университета (США) и его коллеги изучили ранее открытую ими единственную природную разновидность квазикристаллов - икосаэдрит. Он состоит из алюминия, железа и меди, атомы которых выстроены в виде двадцатигранника.

Весной 2011 года группа геологов под руководством Штайнхардта обнаружила квазикристалл внутри образца хатыркита. Этот минерал обнаружил российский геолог Валерий Крячко в ходе исследования русла реки Хатырка на Чукотке в районе Корякского нагорья в 1979 году.

В своей первой работе геологи "просветили" хатыркит при помощи электронного микроскопа и выяснили, что составляющие квазикристалла идеальным образом повторяют соотношение элементов в искусственных икосаэдритах. Это позволило им заключить, что хатыркит и кристалл икосаэдрита являются первыми известными науке природными квазикристаллами.

Авторы статьи еще раз изучили минерал и обнаружили несколько дополнительных компонентов, которые полностью перевернули их представления о природе хатыркита.

По соседству с икосаэдритом ученые случайно обнаружили микроскопические вкрапления стишовита - особой формы оксида кремния. Данный минерал образуется при давлении, превышающем 100 тысяч атмосфер и при температуре в 1,5 тысячи градусов Цельсия. Такие условия существуют в глубинных слоях мантии, а также возникают при столкновении астероидов или при падении метеоритов.

Для однозначного определения происхождения квазикристалла ученые проанализировали содержание изотопов кислорода во фрагменте хатыркита. Как правило, земные и космические минералы содержат разные доли тяжелых изотопов кислорода, и по их соотношению можно определить "родословную" образца.

Оказалось, что данный кусок хатыркита практически полностью состоит из минералов, сформировавшихся в космосе. По расчетам ученых, схожий набор изотопов характерен для углистых хондритов - астероидов, составленных из углерода и других легких веществ. Неоднородности в химическом составе минерала подсказали геологам, что его возраст составлял около 4,5 миллиарда лет.

Таким образом, единственный известный природный квазикристалл образовался в глубокой древности при крайне необычных условиях, полный перечень которых еще предстоит определить, заключают ученые.