Cristobalite and tridymite from deposits of the Arsenatnaya fumarole (Tolbachik volcano, Kamchatka, Russia)

This article displays data on cristobalite and tridymite from the Arsenatnaya active fumarole, the Tolbachik volcano, Kamchatka, Russia. The minerals occur in associations with fumarolic sylvite, sanidine, cassiterite, hematite, pseudobrookite, johillerite, tilasite, badalovite. Fumarolic cristobalite is tetragonal (-modification); the unit-cell parameters for one of samples are: а = 4,975 (7) Å, с = 6,944 (13) Å, V = 171,89 ų. There are two types of tridymite — monoclinic (MC) and orthorhombic (PO-10) — in the Arsenatnaya fumarole. The unit-cell parameters of these tridymite modifications are: a = 18,553 (5), b = 5,006 (1), с = 25,952 (10) Å,   = 117,68 (2)^o, V = 2134,3 (11) ų (MC); a = 9,941 (2), b = 17,165 (4), с = 82,362 (18) Å, V = 14053,4 (29) ų (PO-10). Mineral assemblages of cristobalite and tridymite indicate high-temperature formation conditions of these minerals — not lower 450–500 °С — with a high participation degree of HCl and HF in process of basalt alteration by fumarolic gas. The surrounding basalt was a source of silicon. This element was, probably, transported in the form of SiX₄, where X = F, Cl.

1. Большое трещинное Толбачинское извержение, Камчатка, 1975–1976 / Под ред. С.А. Федотова. М.: Наука, 1984. 633 с.

2. Боруцкий Б.Е. Очерки по фундаментальной и генетической минералогии: 5. Минеральные виды и метастабильное минералообразование // Нов. дан. минер. 2010. Т. 45. С. 153–166.

3. Бритвин С.Н., Доливо-Добровольский Д.В., Кржижановская М.Г. Программный пакет для обработки рентгеновских порошковых данных, полученных с цилиндрического детектора дифрактометра Rigaku RAXIS Rapid II // Зап. РМО. 2017. Вып. 3. С. 104–107.

4. Вергасова Л.П., Филатов С.К. Опыт изучения вулканогенно-эксгаляционной минерализации // Вулканология и сейсмология, 2016. Т. 2. С. 3–17.

5. Зеленский М.Е. Транспорт элементов и условия минералообразования в зонах разгрузки высокотемпературных фумарол на вулкане Мутновский (Камчатка): Автореф. канд. дисс. Новосибирск, 2003.

6. Иванова Д.А., Щербаков В.Д., Плечов П.Ю. и др. Кристобалит в экструзивных породах вулкана Безымянный // Новые данные о минералах. 2018. Т. 52, № 2. С. 51–59.

7. Меняйлов И.А., Никитина А.П., Шапарь В.Н. Геохимические особенности эксгаляций Большого трещинного Толбачинского извержения. М.: Наука, 1980. 235 с.

8. Минералы: Справочник. Т. 2. Вып. 2. Простые окислы / Под ред. Ф.В. Чухрова, Э.М. Бонштедт-Куплетской. М.: Наука, 1965. C. 210–225.

9. Пеков И.В., Агаханов А.А., Зубкова Н.В. и др. Фумарольные системы окислительного типа на вулкане Толбачик — минералогический и геохимический уникум // Геология и геофизика. 2020. T. 61. № 5–6. C. 826–843. DOI: 10.15372/GiG2019167.

10. Сандалов Ф.Д., Кошлякова Н.Н., Пеков И.В. и др. Касситерит из фумарольных эксгаляций вулкана Толбачик (Камчатка): химический состав и морфогенетические особенности // Новые данные о минералах. 2019. Т. 53, № 3. С. 60–70.

11. Серафимова Е.К. Минералогия возгонов вулканов Камчатки. М.: Наука, 1979. 168 с.

12. Толбачинское трещинное извержение 2012–2013 гг. (ТТИ-50) / Под ред. Е.И. Гордеева, Н.Л. Добрецова. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2017. 421 с.

13. Чураков С.В., Ткаченко С.И., Коржинский М.А. и др. Термодинамическое моделирование эволюции состава высокотемпературных фумарольных газов на вулкане Кудрявый, Итуруп, Курилы // Геохимия. 2000. Вып. 5. С. 485–501.

14. Africano F., Bernard A., Korzhinsky M. High temperature volcanic gas geochemistry (major and minor elements) at Kudryavy Volcano, Iturup Island, Kuril Arc, Russia // Vulcânica. 2003. Vol. 1. P. 87–94.

15. Africano F., Bernard A. Acid alteration in the fumarolic environment of Usu volcano, Hokkaido, Japan // J. Volc. Geoth. Res. 2000. Vol. 97, N 1–4. P. 475–495.

16. Aguilera F., Layana S., Rodríguez-Díaz A. et al. Hydrothermal alteration, fumarolic deposits and fluids from Lastarria Volcanic Complex: A multidisciplinary study // And. Geol. 2016. Vol. 43, N 2. P. 166–196.

17. Allen A.G., Baxter P.J., Ottley C.J. Gas and particle emissions from Soufrière Hills Volcano, Montserrat, West Indies: characterization and health hazard assessment // Bull. Volc. 2000. Vol. 62, N 1. P. 8–19.

18. Balić-Žunić T., Garavelli A., Jakobsson S.P. et al. Fumarolic minerals: an overview of active European volcanoes. Updates in Volcanology — from volcano modelling to volcano geology. L.: InTech Open Access Publishers, 2016. P. 267–322.

19. Chukanov N.V. Infrared Spectra of Mineral Species: Extended Library. Dordrecht: Sprin. Verlag, 2014.

20. Damby D.E., Llewellin E.W., Horwell C.J. et al. The α-β phase transition in volcanic cristobalite // J. Appl. Cryst. 2014. Vol. 47, N 4. P. 1205–1215.

21. De Hoog J.C.M., Van Bergen M.J., Jacobs M.H.G. Vapour- phase crystallisation of silica from SiF4-bearing volcanic gases // Ann. Geophys. 2005. Vol. 48, N 4–5. P. 775–785.

22. Frondel C. The System of Mineralogy: Silica Minerals. 7th ed. N.Y.: Wiley, 1962. 334 p.

23. Graetsch H., Flörke O.W. X-ray powder diffraction patterns and phase relationship of tridymite modifications // Z. Krist. — Cryst. Mater. 1991. Vol. 195, N 1–4. P. 31–48.

24. Graetsch H.A. Modulated crystal structure of incommensurate low tridymite // Acta Cryst. 2009. Vol. 65, N 5. P. 543–550.

25. Heaney P.J., Prewitt C.T., Gibbs G.V. Silica: Physical behavior, geochemistry, and materials applications // Walter de Gruyter GmbH and Co KG, 2018. Vol. 29. 626 p.

26. Hirose T., Kihara K., Okuno M. et al. X-ray, DTA and Raman studies of monoclinic tridymite and its higher temperature orthorhombic modification with varying temperature // J. Miner. Petrol. S. 2005. Vol. 100, N 2. P. 55–69.

27. Hoffman W., Laves F. Zur Polytypie und Polytropie von Tridymit // Naturwissenschaften. 1964. Vol. 51. P. 335.

28. Horwell C.J., Williamson B.J., Llewellin E.W. et al. The nature and formation of cristobalite at the Soufrière Hills volcano, Montserrat: implications for the petrology and stability of silicic lava domes // Bull. Volc. 2013. Vol. 75, N 3. P. 696.

29. Inostroza M., Aguilera F., Menzies A. et al. Deposition of metals and metalloids in the fumarolic fields of Guallatiri and Lastarria volcanoes, northern Chile // J. Volc. Geotherm. Res. 2020. Vol. 393. P. 106803. DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2020.106803.

30. Jackson J.C., Horton Jr. J.W., Chou I., Belkin H.E . Monoclinic tridymite in clast-rich impact melt rock from the Chesapeake Bay impact structure // Amer. Miner. 2011. Vol. 96. P. 81–88.

31. Jones J.B., Segnit E.R. The nature of opal I. Nomenclature and constituent phases //J. Geol. Soc. Austral. 1971. Vol. 18, N 1. P. 57–68.

32. Konnert J.H., Appleman D.E. The crystal structure of low tridymite // Acta Cryst. 1978. B34 (2). P. 391–403.

33. Papike J.J., Keith T.E., Spilde, M.N. et al. Geochemistry and mineralogy of fumarolic deposits, Valley of Ten Thousand Smokes, Alaska: Bulk chemical and mineralogical evolution of dacite–rich protolith // Amer. Miner. 1991. Vol. 76, N 9–10. P. 1662–1673.

34. Peacor D.R. High-temperature single–crystal study of the cristobalite inversion // Z. Krist. 1973. Vol. 138. P. 274–298.

35. Pekov I.V., Koshlyakova N.N., Zubkova N.V. et al. Fumarolic arsenates — a special type of arsenic mineralization // Eur. J. Miner. 2018a. Vol. 30. P. 305–322.

36. Pekov I.V., Sandalov F.D., Koshlyakova N.N. et al. Copper in natural oxide spinels: the new mineral thermaerogenite CuAl2O4, cuprospinel and Cu-enriched varieties of other spinel-group members from fumaroles of the Tolbachik volcano, Kamchatka, Russia // Minerals. 2018b. Vol. 8, N 11. P. 498.

37. Pekov I.V., Zubkova N.V., Yapaskurt V.O. et al. New arsenate minerals from the Arsenatnaya fumarole, Tolbachik volcano, Kamchatka, Russia. I. Yurmarinite, Na7(Fe3+,Mg,Cu)4(AsO4)6 // Miner. Mag. 2014. Vol. 78, N 4. P. 905–917.

38. Scher S., Williams-Jones A. E., Williams-Jones G. Fumarolic activity, acid-sulfate alteration, and high sulfidation epithermal precious metal mineralization in the crater of Kawah Ijen Volcano, Java, Indonesia // Econom. Geol. 2013. Vol. 108, N 5. P. 1099–1118.

39. Shchipalkina, N.V., Pekov, I.V., Britvin, S.N. et al. Arsenic and phosphorus in feldspar framework: sanidine– filatovite solid solution series from fumarolic exhalations of the Tolbachik volcano, Kamchatka, Russia // Phys. Chem. Miner. 2020a. Vol. 47, N 1. P. 47.

40. Shchipalkina N.V., Pekov I.V., Koshlyakova N.N. et al. Unusual silicate mineralization from fumarolic sublimates of the Tolbachik volcano, Kamchatka, Russia. Part I. Ino-, cyclo-, neso-, phyllosilicates // Eur. J. Miner. 2020b. Vol. 32. P. 101–119.

41. Shmulovich K.I., Yardley B.W.D., Graham C.M. Solubility of quartz in crustal fluids: experiments and general equations for salt solutions and H2O–CO2 mixtures at 400–800 оC and 0,1–0,9 GPa // Geofluids. 2006. Vol. 6, N 2. P. 154–167.

42. Smelik E.A., Reeber R.R. A study of the thermal behavior of terrestrial tridymite by continuous X–ray diffraction // Phys. Chem. Min. 1990. Vol. 17, N 3. P. 197–206.

43. Stoiber R.E., Rose W.I.Jr. Fumarole incrustations at active Central American volcanoes // Geoch. et Cosm. Acta. 1974. Vol. 38. P. 495–516.