Пятиметровые аметистовые жеоды из северного Уругвая известны во всем мире. Но геологи только сейчас выяснили, при каких условиях образовались эти уникальные драгоценные камни.
Такой фиолетовый вариант кварца кристаллизовался при необычно низких температурах. Вопреки распространенному мнению, заполненные кристаллами полости образовались только после окончания вулканизма в этом регионе.
Аметист образуется при кристаллизации диоксида кремния в присутствии железа. Полученные кристаллы кварца содержат дефекты в виде ионов железа (Fe3+) в структуре решетки. Если эти изначально прозрачные кристаллы затем подвергаются радиоактивному излучению, например, в результате естественных реакций распада в гранитных породах, эти ионы железа могут потерять еще один электрон. Это приводит к образованию дефектов Fe4+ в кристалле кварца, которые придают аметисту фиолетовый цвет за счет преломления света.
Особым спросом и всемирной известностью пользуются аметисты из приграничной зоны Бразилии и Уругвая. Найденные здесь драгоценные камни впечатляют своим интенсивным темно-фиолетовым цветом и высокой чистотой. Район Лос-Каталанес (Los-Catalanes) на севере Уругвая даже был объявлен объектом всемирного геологического наследия из-за его уникальных аметистовых жеод размером до пяти метров. Аметисты добываются на этом месторождении уже 150 лет.
Но как образовались аметисты из Лос-Каталанес? Понятно, что расположение этого месторождения в одной из крупнейших доисторических вулканических провинций мира не случайно. Потому что аметистовые жеоды встречаются почти исключительно в старых лавовых потоках этих вулканических отложений. Но детали их формирования противоречивы: согласно одной из теорий, аметистовые жеоды кристаллизовались из горячих жидкостей в этих потоках лавы. Другой рассматривает грунтовые воды как источник растворенного сырья.
Чтобы разгадать тайну гигантских жеод Лос-Каталанес, Фиорелла Ардуин-Роде (Fiorella Arduin-Rode) из Гёттингенского университета и ее коллеги исследовали образцы аметистов и окружающих их пород из 30 различных шахт на севере Уругвая. Они проанализировали минеральный состав и смогли сделать выводы о температуре пласта и начальных условиях, используя флюидные включения и изотопный анализ.
"Чтобы понять, как образуются аметисты, важными факторами являются такие условия, как температура и состав минерализующих жидкостей, а также источник кремнезема, время минерализации и связь с вмещающими породами", — объясняет Ардуин-Роде.
Оказалось, что все еще бесцветные кристаллы кварца (предварительные стадии цветного аметиста), а также фиолетовый аметист не содержат никаких следов теплового воздействия, как сообщает команда. Вместо этого структура минералов и включений предполагает, что эти драгоценные камни кристаллизовались всего при температуре от 15 до 60 градусов. По мнению Ардуина-Роде, аметисты не могли быть созданы непосредственно из горячих жидкостей свежей лавы.
Состав включений также показывает, что кристаллы кварца образовались не из соленых гидротермальных флюидов — концентрация солей во флюидных включениях для этого слишком мала.
"Анализ воды в жеодах и жидкостных включениях позволяет предположить, что минерализующая жидкость была похожа на сегодняшние грунтовые воды", — сообщают исследователи.
В совокупности это позволяет предположить, что вторая теория образования аметистов из Лос-Каталанес верна: жеоды, наполненные кристаллами фиолетового кварца, образовались в грунтовых водах с низким содержанием соли, но насыщенных силикатами. Он стекал в полости, которые задолго до этого образовались в результате выхода газов из вулканической лавы. Умеренно теплая, богатая силикатами вода собралась в этих полостях уже остывшего, затвердевшего базальта и начала кристаллизоваться.
Первоначально это привело к образованию бесцветных кристаллов кварца, которые со временем превратились в ярко окрашенные аметисты. Такой сценарий также объясняет различия между аметистовыми жеодами.
"Частично прерванный поток жидкости в жеоды привел к образованию гетерогенных отложений: некоторые жеоды прошли несколько фаз кристаллизации, другие — только одну или вообще ни одной", — объясняют ученые.