Фундаментальное явление природы

   «Открыто  явление квантованности симметрийных распределений минералов. Суть явления состоит в том, что распределения по сингониям кристаллических веществ всех известных «генеральных» объектов (литосфера и верхняя мантия Земли, литосфера Луны, метеориты, биоминералы и синтетические неoрганические cоединения), выраженные в процентах от числа кристаллов в объекте, квантованы по 11 % и близки к числам арифметической прогрессии: 11, 22, 33, 44, 66. Совокупности кристаллов локальных объектов (минералогические провинции, районы, месторождения и др.) этим свойством не обладают», — сказано в отчете о важнейших результатах научных исследований УрО РАН за 2002 г. Этим подведен итог наших четырехлетних исследований в области симметрийных распределений кристаллов, «промежуточные» результаты которых публиковались в «НУ» (1999, № 20; 2000, №№ 7, 20; 2001, № 8; 2002, №№ 1, 26). За эту помощь автор выражает признательность Редакции «НУ» и рецензентам.

Некоторые пояснения к приведенной цитате. Явление относится не только к кристаллам минералов, но и синтетических соединений, что ясно из дальнейшего изложения цитаты. В цитате и в нижеследующем изложении словом «кристаллы» обозначаются как минералы, так и синтетические вещества, неорганические и органические. Квантованность симметрийных распределений органических соединений установлена нами после сдачи материалов научного отчета за 2002 г.  

Распределения кристаллов по сингониям (кубической — К, гексагональной — Г, тригональной ТР, тетрагональной — Т, ромбической — Р, моноклинной — М и триклинной — TK; в порядке понижения симметрии) изучались многими предшественниками. Это в основном были исследования минералов земной литосферы. Квантованность в те времена не была замечена, хотя некоторые ее проявления «бросались в глаза».

Отметим еще раз, что квантованность симметрии присуща только кристаллам генеральных (общих,  «глобальных») объектов, перечисленных выше. Это объекты планетосферные. Для литосфер и верхней мантии это очевидно. Метеоритное вещество, выпавшее на поверхность Земли, представляет собою специфическую космосферу нашей планеты. Биоминералы — часть биосферы, а синтетические соединения являются частью техносферы Земли. Локальные объекты — малые части планетосфер.

Все кристаллы разделены на гидриты и ангидриты. Гидриты содержат водород (hydrogenium) в виде структурных групп H+ OH– или  H2O. Ангидриты этих групп не содержат. Симметрийные характеристики гидритов и ангидритов резко различны. Распределение гидритов по сингониям контрастное (до резко выраженного) ромбо-моноклинное, а у ангидритов неконтрастное ромбо-кубическое. Эти распределения квантованы по 11%, но схемы квантования их разные.

Поскольку в реальных объектах представлены смеси гидритов и ангидритов в разных соотношениях, становится ясным, что квантованность в этих смесях заметить непросто. Приступая к изучению таких объектов, полезно следующее предупреждение: «Осторожно! Смесь гидритов и ангидритов!».

Квантованность симметрии реальных объектов (генеральных!) выявляется после разделения  их на две группы: «кубические» (преобладают ангидриты) и «моноклинные» (гидриты существенно распространены). Модельная схема этих распределений (%):

Сингонии             К          Г          ТР          Т          Р          М          ТК          Сумма
«Кубические»       22        11          11         5.5        22         22           5.5               99
«Моноклинные»  11        11          11         5.5        22         33           5.5               99

Здесь суммы могут быть очень близки к 100 %, поскольку модельные числа не являются целыми, а представляют собою частное от деления «сотенных» чисел 100, 200, 300… на 9. Эти числа: 11.1(1); 22.2(2); 33.3(3) и т. д.

Затрудняют выявление квантованности, конечно, и ошибки, нередкие в литературных источниках (справочниках и др.). Например, распределения, полученные в «дорентгеновский» период изучения кристаллов, не квантуются по 11 %.  Видимо, часть определений сингоний кристаллов в этот период ошибочна. В последние десятилетия бурного развития микрозондового анализа минералов (и других веществ) нередки «зачисления» гидритов в ангидриты, поскольку «вода» микрозондированием при этом не определяется.

Результаты наших подсчетов здесь приводятся по несколько упрощенной схеме. Даются проценты для главных сингоний (К, Р, М),  сумма процентов главных сингоний – сумма 1 = К+Р+М и сумма  2=Г+ТР+Т+ТК. Приводим средние значения этих процентов для «кубических» (верхняя мантия Земли, литосфера Луны, биоминералы и синтетические неорганические соединения) и для «моноклинных» (литосфера Земли, метеориты) объектов:

                      К          Р          М           1          2

«Кубич.»     22.4      22.4      21.3      66.2     33.8
Модель       22         22         22         66        33
«Монокл.»  12.9      22.8      30.2      65.9     34.1
Модель       11         22         33         66        33

Как видим, особенно четко проявлена квантованность у «кубических» объектов.               

Как же обстоит дело с квантованностью распределений, полученных нашими предшественниками в «рентгеновский» период? Покажем это на примере распределений минералов литосферы Земли (данные Поваренных, 1966; Шафрановского, 1982; 3-х современных банков машинных данных 1995, 1997, 2000), среднее из 5:

                     К          Р          М          1          2

Среднее    11.0     21.8       31.9     64.8     35.2
Модель     11        22          33        66        33

Приведем данные Новацкого, 1942 по «кубическому» объекту:

                  К          Р          М          1          2

Объект    23.1     22.4       22.0     67.5     32.5
Модель    22       22          22        66        33

Таким образом, распределения, полученные нашими предшественниками, четко квантованы по 11 %!

Что можно сказать о квантованности симметрии кристаллов органических соединений? Их симметрия резко специфична. Кубических кристаллов нет, резко преобладают ромбические и моноклинные. Поэтому схему представления результатов необходимо изменить. Представляем их не по сингониям, а по категориям сингоний: высшая (К), средняя (Г+ТР+Т) и низшая (Р+М+ТК). Как выше отмечено, здесь К отсутствует, поэтому представляем по средней (С) и низшей (Н) категориям. Приводим данные об органических  минералах из справочника В. Г. Фекличева, 1989 (% от 18):

                           С                    Н      

Минералы      11.2                  88.9   
Модель           11                     88      

Итак, квантованность распределения органических минералов (состоящих из С, Н, О и N) выражена четко.

Сведения о симметрийном распределении кристаллов синтетических органических соединений (гомомолекулярных соединений в количестве 4432) взяты  нами из капитального труда «Современная кристаллография. Том 2. Структура кристаллов» (1979)(табл. 14, с. 167) (% от 4432):

                           С                    Н      

Соединения     11.3               88.7
Модель             11                  88      

Как видно, современные данные показывают, что кристаллы гомомолекулярных органических соединений четко квантованы по 11%. Этой особенности авторы данного капитального труда не заметили.

В общем химический состав органических соединений по числу химических элементов прост: главные С, Н, О и N. Такие вещества будем называть монохимическими, в отличие от полихимических, которыми являются многочисленные неорганические вещества. Но среди неорганических веществ есть «еще более изохимические», чем органические. Это химические элементы. Приводим распределения 122 полиморфных модификаций 86 химических элементов по предыдущей схеме (% от 122). Здесь низкосимметричные в явном меньшинстве. Преобладают кубические кристаллы:

                       В+С                    Н      

Вещества        88.5                  11.5
Модель           88                     11

Квантованность по 11% этого распределения выражена великолепно.

Итак, выявились два монохимических объекта (органические кристаллы и кристаллы химических элементов), распределения которых по сингониям зеркально противоположны и достоверно квантованы по 11%.

Установлена и еще очень важная закономерность. Степень квантованности распределений кристаллов по сингониям не зависит от природы объектов  и от числа изученных кристаллов, а зависит от процента «старых» кристаллографических данных  в изучаемом массиве кристаллов. Чем таких данных меньше, тем точнее выражена квантованность. Конечно, при очень малом числе кристаллов в массиве исследования данного типа теряют смысл.

Делаем общий вывод: «Симметрия царства кристаллов квантована по 11%». В этом явлении отражена «ступенчатость» вероятностей реализации кристаллических структур разной симметрии в реальных условиях кристаллогенезиса.

Установленная закономерность имеет общенаучное значение, открывает неизвестную область исследований не только царства кристаллов. Возможно, она может быть обнаружена в царстве организмов, а также в характеристиках космических объектов.

Сейчас закономерность уже работает в качестве своеобразного дефектоскопа, позволяя отличать не совсем достоверные сведения от достоверных (см. выше). Она может работать и в качестве «телескопа», позволяющего оценивать пока недоступные или малодоступные объекты. Так, на основе модели квантованности симметрии минералов объекта земного типа нами сконструирован предполагаемый минералогический состав труднодоступного объекта — литосферы планеты Марс.

Б. Чесноков,
доктор геолого-минералогических наук,
лауреат Демидовской премии.
Институт  минералогии УрО РАН, г. Миасс.