托爾巴奇克火山(圖片來源:kuhnmi, CC BY 2.0)小圖:青藍色的 petrovite

俄火山發現全新礦物 有助研發新式充電池

火山爆發是地球上其中一種最具破壞性的地殻活動,亦是過去物種大規模滅絕的其中一個原因。不過,火山也會創造新的東西。上月刊於 Mineralogical Magazine 的研究指,在俄羅斯遠東地區堪察加半島(Kamchatka Peninsula)的托爾巴奇克火山 (Tolbachik volcano) 附近發現青藍色的罕見礦物,並將之稱為 petrovite ,其結構可能有助研發新式充電池陰極。

托爾巴奇克火山爆發歷史最早可追溯至數千年前,但近代兩次爆發較為值得注意,分別是 1975–1976 年「大托爾巴奇克裂隙爆發」,以及第二次在 2012–2013 年發生的後續爆發,但當時爆發強度較低。

第一次近代爆發事件中的噴發力破壞了火山複式渣型結構,開闢了新的地形,形成大量火山噴氣孔,科學家更在此發現在其他地方未見過的大約 130 種全新礦產,其中硫酸鹽 petrovite (Na10CaCu2(SO4)8) 就是當地最新發現,當中包括鈉、銅、硫與氧原子。

青藍色的 petrovite Credit: Filatov, S.K. & et al. (2020).

Petrovite 晶體結構中的銅原子罕見地連接七個氧原子。報告的首席作者、聖彼得堡大學晶體學家 Stanislav Filatov 解釋,類似結構僅在數種化合物出現,當中包括另一種硫酸鹽 saranchinaite (Na2Cu(SO4)2) 。 Saranchinaite 同樣由聖彼得堡大學團隊於托爾巴奇克火山附近找到,其顏色同樣為青藍色,但較淺色。

團隊認為 petrovite 是透過火山氣體直接凝結而成,其形式為藍色的隱晶質 (cryptocrystalline) 包裹著精細的火山碎屑;隱晶質是指礦物晶體顆粒細小、有光性反應的岩石。在化學層面上, petrovite 則是種新型的晶體結構。

值得留意的是, petrovite 的分子框架實際上是多孔的,銅、硫與氧原子形成的通道可使鈉離子在結構中自由移動,有機會用作開發新型的充電池陰極。不過,用以製造新的充電池仍有好一段路要走。 Filatov 指,最大問題是礦物晶體結構中的過渡金屬銅含量太少,只能在在實驗室中通過合成具有相似結構的化合物,將其投入實際使用。

Petrovite 分子框架多孔,銅、硫與氧原子形成的通道可使鈉離子在結構中自由移動。 Credit: Filatov, S.K. & et al. (2020).

來源:
Science Alert, Scientists Discover Exotic New Mineral Forged in The Furnace of a Russian Volcano, 18 November 2020

報告:
Filatov, S.K., Shablinskii, A.P., Krivovichev, S.V. & et al. (2020). Petrovite, Na10CaCu2(SO4)8, a new fumarolic sulfate from the Great Tolbachik fissure eruption, Kamchatka Peninsula, Russia. Mineralogical Magazine vol 84 issue 5 October 2020, pp.691-698. doi: 10.1180/mgm.2020.53

文/Alan Chiu

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