Снежный обсидиан

На фото — снежный обсидиан. Его «снежинки» сложены сферическими сростками кристаллов кристобалита (полиморфной разновидности кремнезема SiO₂), образовавшимися при расстекловывании (потере оксида кремния) обсидиана.

Обсидиан — это эффузивная магматическая порода (а не минерал, как думают многие), представляющая из себя практически чистое вулканическое стекло — нераскристаллизовавшийся продукт, образующийся при закалке (очень быстром остывании) магматического расплава, достигшего земной поверхности. Охлаждение вулканической лавы при этом происходит настолько резко, что никакие кристаллы минералов не успевают выделиться из расплава, а состав обсидиана представляет собой усредненный состав кислой магмы. Если бы подобный магматический расплав медленно застывал на глубине, из него образовалась бы интрузивная магматическая порода типа гранита, состоящая из кварца, полевого шпата и слюды.

Состав обсидиана, как и любой другой горной породы, нельзя описать однозначной формулой, так как, по сути, это скрытокристаллическая смесь различных минералов. В целом, химический состав обсидиана аналогичен граниту, в котором главные компоненты представлены кремнеземом (от 65 до 75%) и глиноземом (Al₂O₃ от 10 до 18%). При этом, чтобы из риолитовой (по составу аналогичной граниту) лавы образовался обсидиан, она должна содержать минимум воды (менее 1%), то есть быть очень вязкой. Это второе условие образования вулканического стекла помимо моментального охлаждения. Дело в том, что в очень вязком силикатном расплаве практически отсутствует внутренняя циркуляция, которая необходима для доставки необходимых веществ к центрам зарождения кристаллов, а анионы кремнезема SiO₂ образуют между собой настолько крепкие химические связи (цепи полимеров), что практически полимеризуют магму, препятствуя даже атомной диффузии элементов. Так как в структуре обсидиана отсутствуют кристаллы минералов, его нельзя в полном смысле этого слова назвать каменной породой; по своей сути это застывшая жидкость. В случае, когда магма содержит катионные группы воды, связи между анионами SiO₂ разрываются и расплав становится менее вязким, что способствует кристаллизации. Тогда вместо обсидиана из лавы кислого состава могут формироваться риолиты — уже частично раскристаллизованные породы того же состава.

Помимо самых распространенных черного и бурого обсидиана встречаются и более редкие его разновидности — серые, зеленые, фиолетовые, дымчатые прозрачные. Эти оттенки цвета могут быть связаны с нанокристаллическими включениями в аморфной массе обсидиана таких минералов, как роговая обманка, пироксены, плагиоклазы и биотит. Особо ценится обсидиан, переполненный мельчайшими газово-жидкими включениями, которые благодаря полосчатому расположению создают в нем эффект иризации, который в кабошонах обычно называют эффектом кошачьего глаза. В прозрачных разновидностях иногда наблюдается опалесценция, связанная с мелкими глобулами стекла, образовавшимися при расслоении лавы.

Снежный обсидиан — отдельная разновидность обсидиана: на темном (обычно черном) фоне выделяются белые включения кристаллов кристобалита, похожие на снежные хлопья или цветки. Кристаллы образуются в процессе естественного расстекловывания (девитрификации) обсидиана — выделения из аморфной (стеклообразной) твердой массы обсидиана сферолитовых скоплений кристобалита путем последовательного кристаллографического упорядочения.

Рост сферолитов происходит от центра к периферии путем сегрегации (обособления) оксида кремния SiO₂ из поликомпонентной аморфной массы обсидиана. При этом центры кристаллизации в расплаве могли возникать еще на начальной стадии его охлаждения. Об этом свидетельствует тот факт, что линии течения лавы не всегда секутся границами сферолитов, а иногда и слегка огибают их. Похожий процесс имеет место при образовании агатовых литофиз в риолитах (см. картинку дня Агатовая литофиза). Размер сферолитов обычно составляет от 0,1 до 8 мм. Исходя из этого, можно примерно определить период формирования первичных «снежинок» — от 2 до 11 дней.

Кристобалит (SiO₂) — это высокотемпературная полиморфная разновидность кварца, образующаяся при температуре около 1470°C и сохраняющая стабильность вплоть до 250–270°C. Ниже этой температуры высокотемпературная кубическая модификация кристобалита (β-кристобалит) переходит в низкотемпературную тетрагональную (α-кристобалит). Поэтому тот криcтобалит, который мы видим сегодня в «снежинках», — это не первичный минерал, а псевдоморфозы низкотемператуного кристобалита по высокотемпературному.

Кристобалит — главный продукт изменения обсидиана, который в условиях земной поверхности, в отличие от аналогичных ему по составу гранита и риолита, является метастабильным: со временем его стекловатая аморфная масса полностью замещается мелкозернистым агрегатом минералов. Поэтому не было найдено ни одного проявления обсидиана старше мелового возраста.

Помимо кристобалита в сферолитовых образованиях, со временем полностью замещающих обсидиан, присутствуют кварц и полевые шпаты.

Распад обсидиана ускоряется в присутствии воды. Под действием поверхностных и грунтовых вод обсидиан постепенно гидратируется и переходит в перлит.

Фото с сайта kamneteka.com.

Владислав Стрекопытов