1. Морфология минералов как кристаллических и аморфных тел.
Свойства минералов, используемые в макроскопической диагностике.
Минералы - понятие очень широкое. Минералами называют однородные по составу и строению части горных пород и руд. Они представляют собой природные химические соединения, возникшие в результате различных геологических процессов. Минералов в природе великое множество. Для изучения и поиска их объединяют в однородные группы по химическому составу и физическим свойствам.
Большинство минералов встречается в земной коре в твердом состоянии. Однако есть жидкие (самородная ртуть) и даже газообразные минералы (углекислый газ, сероводород). Поразительно разнообразны внешние признаки, по которым минералы отличаются друг от друга. Одни из них прозрачны, другие мутны, полупрозрачны или совершенно не пропускают свет.
Кальцит (известковый шпат) - один из наиболее часто встречающихся в земной коре минералов. Иногда целые горы состоят из чистого кальцита.
Важной особенностью многих минералов является их окраска. Так, киноварь всегда карминно - красная, а малахит ярко-зеленый, по металлически золотистому цвету легко узнаются кубические кристаллики пирита. Очень важный внешний признак минералов - их форма. Чаще она кристаллическая, но для одних это форма куба (пирит), для других - шестигранной призмы (берилл), для третьих - многогранника (гранат) и т. д. Многие минералы образуют натечные массы причудливой формы, ничего общего не имеющие с кристаллами. Таковы, например, почковидные выделения малахита и. сталактитоподобные наросты лимонита.
Одни минералы тверды настолько, что легко оставляют царапины на стекле (кварц, полевые шпаты, гранат). .другие сами царапаются обломками стекла или острием ножа (кальцит). Третьи мягки, и на них можно прочертить след ногтем (графит).
В минералогии применяется наиболее простой способ определения твердости - царапанием одного минерала другим. Для оценки твердости используется так называемая шкала Мооса, представленная десятью минералами. Их порядковый номер и соответствует условной единице твердости. Вот они: 1. Тальк. 2. Гипс. 3. Кальцит. 4. Флюорит. 5. Апатит. 6. Ортоклаз. 7. Кварц. 8. Топаз. 9. Корунд. 10. Алмаз. Каждый последующий в шкале Мооса минерал царапает своим острым концом все предыдущие.
Чтобы определить твердость неизвестного минерала, устанавливают, какой из эталонов минералов он царапает последним. Например, неизвестный минерал царапает апатит, а сам царапается ортоклазом, то его твердость заключена между 5 и 6.
По-разному ведут себя минералы и при раскалывании. Одни из них легко расщепляются по определенным плоскостям, образуя обломки правильной формы, похожие на кристаллы (галенит, кальцит); другие дают в изломе кривые, раковистые поверхности (кварц). Свойство минералов раскалываться по определенным направлениям называется спайностью. Различают спайность весьма совершенную, при которой кристалл способен расщепляться на тонкие листочки (слюды); совершенную, когда при ударе образуются обломки, внешне напоминающие настоящие кристаллы (кальцит, галенит); среднюю - на обломках минералов наблюдаются геометрически правильные плоскости и неровные изломы (роговые обманки); несовершенную - изломы, как правило, представлены неровными поверхностями (оливин, апатит); весьма несовершенную, когда спайность практически отсутствует и обломки имеют, раковистый (как у стекол) излом.
Отличаются минералы и по цвету черты, т. е. цвету тонкого порошка, который оставляет минерал на матовой (неглазурованной) поверхности фарфоровой пластинки. Иногда цвет черты совпадает с цветом самого минерала, как, например, у киновари. Но в ряде случаев цвет минерала и цвет его черты резко различны. Так, минерал гематит серо-стального цвета, а черта его красная, пирит латунно-желтый, а оставляет черную черту.
Удельный вес, магнитность, радиоактивность и ряд других свойств также являются важными признаками по которым геологи определяют, или диагностируют, минералы.
Свойства минералов зависят от их химического состава, кристаллической структуры, т.е. той пространственной фигуры, которую образуют слагающие минерал атомы и ионы, и от характера и сил сцепления между ними.
По химическому составу и структуре все минералы подразделяются на большие группы, или разделы.
Здесь мы упомянем лишь некоторые минералы, наиболее часто встречающиеся в земной коре и входящие в состав широко распространенных горных пород.
Кальцит (или известковый шпат) принадлежит к числу наиболее распространенных минералов. В природе встречаются целые горы. сложенные известняками или мраморами, которые состоят из одного почти чистого кальцита.
По химическому составу кальцит представляет собойуглекальциевую соль - СаСОз. Бесцветные прозрачные разновидности его называются исландским шпатом. Очень красивы так называемые друзы кальцита, представляющие собой скопление хорошо образованных кристаллов, возникших в пустотах горных пород.
Большей частью кальцит бесцветен или обладает молочно-белым цветом. Но встречается и окрашенный в различные оттенки серого, желтого, красного, бурого и черного цвета. Твердость кальцита3 (легко царапается острием ножа или иглы), спайность совершенная (легко раскалывается на обломки правильной формы). Важный диагностический признак кальцита - его реакция на соляную кислоту: от одной ее капли, попавшей на минерал, начинается бурное вскипание - выделение углекислого газа..
Огромные массы кальцита образуются в морских бассейнах в виде известковых илов, отмерших морских растений и беспозвоночных животных с известковым скелетом. Позднее эти вещества превращаются в горную породу - известняк или мрамор.
Кварц, так же как и кальцит, относится к числу наиболее широко распространенных минералов. Состав его прост - это окись кремния Si02. Встречаются кристаллы кварца очень крупных размеров, весом до 40 т. Формы кристаллов весьма разнообразны, но для них характерны грани призмы, на которых заметна горизонтальная штриховка.
Чаще всего цвет кварца молочно-белый или серый. Бесцветные водяно-прозрачные кристаллы кварца называются горным хрусталем, фиолетовые разновидности - аметистом, дымчатые - раухтопазом, а черные - морионом.
Твердость кварца 7, спайность весьма несовершенная (при раскалывании обломки отличаются раковистым изломом).
Кварц чаще всего входит в состав кислых магматических горных пород - гранитов, липаритов, гранитных пегматитов и т. д.
Полевые шпаты представляют собой алюмосиликаты натрия, калия и кальция. Из всех известных в природе силикатов (солей кремниевой кислоты) на долю полевых шпатов приходится около 50% по весу. По химическому составу различаются известково-натриевые и кали - натриевые полевые шпаты.
Более распространены известково-натриевые полевые шпаты, или плагиоклазы, состоящие из двух существенно различных молекул – NаАISi3О8 и CaAI2Si208. Количественное соотношение между этими молекулами в минерале может быть различно. Чисто натриевый полевой шпат (NаАISi3О8) называется альбитом, чисто кальциевый (CaAI2Si208)анортитом. Плагиоклазы представляют собой все разновидности непрерывно меняющегося состава, отальбита до анортита (их различают по номерам, соответствующим проценту содержания анортита).
Хорошо образованные кристаллы плагиоклазов довольно редки, облик их таблитчатый или таблитчато-призматический. Цвет плагиоклазов белый или серовато-белый, иногда с зеленоватым, синеватым, реже красноватым оттенком. Блеск стеклянный, твердость 6-6,5. Спайность совершенная по двум направлениям.
Плагиоклазы главным образом входят в состав магматических горных пород.
Кали - натриевые полевые шпаты встречаются в земной коре реже, чем плагиоклазы. Состав их выражается формулой KАISi3О8 (чисто калиевый полевой шпат). Обычно к калиевой составляющей минерала примешано некоторое количество альбитовой молекулы (NаАISi3О8). По структуре среди кали натриевых полевых шпатов различают ортоклаз имикроклин. Облик кристаллов кали - натриевых полевых шпатов чаще всего призматический, цвет - светло-розовый, буровато-желтый, красновато-белый, иногда мясо-красный. Блеск стеклянный. Твердость 6-6,5. Спайность совершенная по двум направлениям.
Кали - натриевые полевые шпаты входят в состав магматических горных пород кислого состава.
Слюды. В эту группу объединены минералы достаточно сложного и изменчивого состава. Здесь мы остановимся лишь на магнезиально-железистой темной слюде - биотите и алюминиевой светлой мусковите. В состав слюд входят легколетучие соединения.
Химическая формула биотита достаточно сложна К(Мg1Fе)3 [Si3АlO10][OН1F2]; он состоит из калия, магния, железа, алюминия, кремния и кислорода. В качестве легколетучих веществ в биотите присутствуют вода (точнее, группа гидроксила - ОН) и фтор. Цвет биотита черный, бурый, иногда с оранжевым, красноватым или зеленоватым оттенком. Блеск стеклянный, на плоскостях спайности с перламутровым отливом. Твердость 2-3, спайность весьма совершенная (кристалл биотита легко расщепить на отдельные тончайшие листочки), облик кристаллов таблитчатый, нередко столбчатый или пирамидальный. Большей частью встречается в сплошных пластинчато - или чешуйчато-зернистых массах. Биотит встречается во многих магматических и метаморфических горных породах.
Светлая слюда - мусковит - получила свое название по старинному итальянскому наименованию города Москвы – Муска. В древние времена из Москвы в Западную Европу вывозились большие листы мусковита под названием московское стекло., которое вставляли в оконные рамы домов.
Мусковит - КАI2[АISi3О10][0Н]2 - состоит из калия, алюминия, кремния и кислорода. Из легколетучих соединений присутствует вода (группа гидроксила ). Облик кристаллов обычно таблитчатый или пластинчатый. Боковые грани сильно исштрихованы в горизонтальных направлениях. Как и биотит, мусковит чаще всего встречается в сплошных листовато-зернистых или чешуйчатых массах.