Минералого-геохимическое изучение экспонируемого материала.

В фондах Музея хранится большое количество уникальных геологических материалов, в которых запечатлены фундаментальные природные процессы. Ознакомление музейной аудитории с природой таких процессов составляет важное предназначение музея как специфического исследовательского и учебно-образовательного учреждения. Эту базовую коммуникативную функцию невозможно реализовать без детального изучения вещественного состава экспонируемого материала.

Методы исследования.

Уникальность и высокая стоимость экспозиционных образцов требует применения неразрушающих методов изучения. К ним, прежде всего, относятся различные модификации рентгеновской спектрометрии. Так, в практике естественнонаучного музея были впервые успешно применены методы рентгенофлуоресцентного и рентгеноструктурного анализа, сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионного микроанализа.

На протяжении последних нескольких лет в Музее землеведения МГУ имени М.В.Ломоносова проводились планомерные исследования элементного состава минералов, горных пород, руд и других материалов из фондовых геологических коллекций с использованием инновационных неразрушающих методов анализа. Для реализации этих методов был задействован портативный рентгенофлуоресцентный анализатор X-MET 7500 и настольный сканирующий микроскоп Phenom с энергодисперсионным микроанализатором (1). Важным преимуществом этих приборов являлось короткое время анализа.

Портативный рентгенофлуоресцентный анализатор X-MET 7500 и настольный сканирующий электронный микроскоп Phenom.

Для более детальных исследований использовался дифрактометр Xcalibur Oxford Diffraction, оснащенный двухкоординатным CCD-детектором и электронно-зондовый анализатор Camebax microbeam.

1. Минерализованная древесина из Аризоны.

Применение этих инновационных технологий зачастую позволяло непосредственно изучать музейные предметы, не изымая их из экспозиции. Так, в частности, обстояло дело при исследовании крупногабаритных (весом более 200 кг) раритетных образцов окаменелой древесины с плато Колорадо (Аризона), всемирно известного местонахождения гигантских окаменелых деревьев – араукарий.

С помощью вышеуказанного портативного рентгенофлуоресцентного анализатора удалось диагностировать в этих образцах богатую редкометалльную минерализацию (лантан, церий), а также выявить присутствие бескремниевых (несиликатных) нормативных минералов – барита (BaSO4), витерита (BaCO3), целестина (SrSO4), стронцианита (SrCO3), марганецсодержащего кальцита, оксидов железа и марганца. Это привело к переатрибуции коллекционных образцов, которые первоначально определялись как «silicified wood», т.е. псевдоморфозы минералов кремнезема по древесной ткани.

Образцы поперечного и продольного срезов окаменелой древесины с плато Колорадо (Аризона).

2. Раннедиагенетическая конкреция-септария.

С использованием перечисленных методик был также диагностирован состав раннедиагенетической кремнисто-железистой септарии из плейстоценового флювиогляциала Восточно-Европейской платформы.

Ядро кремнисто-железистой конкреции. А – фотография в отражённых электронах: 1–3 локальные зоны, в пределах которых выполнены определения состава; 1 – основная матрица, сложенная SiO2; 2 – радиально ориентированные прожилки кальцита (CaCO3); 3 – микровключения и прожилки пирита (FeS2) и оксидов железа. Б–Г – энергодисперсионные спектры элементного состава в зонах 1–3 (соответственно). Изображение получено с помощью настольного СЭМ в техническом центре компании «ООО Мелитэк».

3. Образцы из коллекции П. Ровиса.

Проведены исследования аметистовой друзы из раннемеловых базальтов группы Сьерра-Жераль (Бразилия) из широко известного местонахождения в вулканической провинции Парана (Бразилия, шт. Аметисто-до-Сул) и образца тосканского ландшафтного мрамора из мел-эоценового флиша Северных Апеннин.

Эпигенетическая аметистовая друза из раннемеловых базальтов Сьерра-Жераль, Бразилия (высота друзы 15 см) и микрокристаллический кварц, образующий основную массу тончайшей пленки на аметисте. Изображение получено с помощью оптического микроскопа Axio Scope A1, Carl Zeiss.

Образец ландшафтного мрамора, по которому в локальных зонах 1-7 выполнялись экспресс-определения элементного состава.

4. Фрамбоидальный пирит.

В ряде случаев проводились более углубленные исследования на стационарном оборудовании. Так, на дифрактометре Xcalibur Oxford Diffraction (ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН) был выполнен рентгеноструктурный анализ (монокристальная дифрактометрия) кристаллов пирита из необычных биоморфоз по белемнитовым рострам из нижнемеловых отложений Северного Кавказа. Детальные исследования на сканирующем электронном микроскопе Phenom этой коллекции показали наличие как минимум двух генераций кристаллов сульфида железа, слагающих конкреции.

Кристалломорфология пирита. Длина ростров (фото в верхнем ряду) вместе с агрегатом конкреций 8 см. Их основная матрица сложена преимущественно кубическими, кубооктаэдрическими, реже октаэдрическими кристаллами FeS2 генерации I. Кристаллы FeS2 генерации II образуют периферию конкреций, состоящую из игольчатых и шестоватых кристаллов (фото внизу справа; размер образца по длинной оси – 7,5 см), а также представлены крупными октаэдрическими, скелетными кристаллами, нарастающими на микрозернистую массу пирита генерации I (внизу слева; размер по длинной оси – 5,5 см). На врезке в центре показаны увеличенные фрагменты таких «наростов». А, Б – фотографии в отражённых электронах кристаллов пирита. 1-4 локальные зоны, в пределах которых выполнены определения состава; B – характерный энергодисперсионный спектр элементного состава в зонах 1–4.

5. Эйлатский камень (долина Арава, Израиль).

В Музее были проведены исследования еще одного редкого минерального агрегата, относимого в некоторых классификациях к ценным ювелирным материалам – «эйлатский камень», или по коммерческой терминологии, «эвен-эйлат».

По результатам исследования на оптическом микроскопе "Science ADL-601P в образце выявлены различающиеся по составу области, в пределах которых на электронно-зондовом микроанализаторе Сamebax Microbeam были выполнены 490 элементоопределений в локальных зонах. Основная матрица (точка 1) сложена тонкозернистым агрегатом марганцево-медистого состава с обширной минерализацией хризоколлы (точка 2). В матрице равномерно распределены прожилки с медной минерализацией, представленной малахитом (точка 3) и, кальциопетерситом CaCu6(PO4)2(PO3OH)(OH)6  3H2O (точка 4), а также сферические микровключения кремнезема (точка 5).

Образец эйлатского камня, по которому выполнялись определения элементного состава. Место отбора образца – долина Тимна, к северу от Эйлата, Израиль, – единственное в мире местонахождение эйлатского камня.

Полученные результаты по изучению вещественного состава и генетической природы образцов из фондов Музея показали высокую эффективность указанных методов анализа и привели к переатрибуции некоторых музейных предметов. Проведенные работы представляют пробный шаг на пути минералого-геохимического изучения музейных фондов. Дальнейшее продвижение в этом направлении потребует разработки детальной научной программы и широкой кооперации исследовательских коллективов, располагающих современными средствами аналитических исследований.