Общая характеристика минералов подгруппы тригональных карбонатов. Подробно кальцит и сидерит.

Анион [СО3]2– способен давать более или менее устойчивые соединения с катионами двухвалентных металлов, обладающими средними и большими ионными радиусами. Число таких металлов невелико. Главнейшие из них Mg, Fe, Zn Mn, Ca, Sr, Pb, Ba, а также Cu, Zn, Mn с дополнительными анионами [ОН]1– и Cl1–.Близкие к ним по размерам одновалентные катионы (Na, К, NH4) могут образовывать безводные карбонаты лишь при условии, если вместе с ними в кристаллическую структуру входит катион Н1+, т. е. в виде кислых солей. Водные карбонаты характерны и для катиона Mg2+, вообще склонного к гидратации в водных средах. Карбонаты трехвалентных металлов известны для редких земель с дополнительным анионом F1–. Из числа малых трехвалентных катионов в карбонатах изредка встречается лишь Аl3+ и то в виде двойных и притом водных солей в сочетании с двухвалентными металлами (Cu, Pb). Из особенностей физических свойств карбонатов отметим следующие. Твердость безводных карбонатов никогда не бывает высокой. Обычно она колеблется от 3 до 5. Растворимость карбонатов в воде повышенная. Особенно это свойственно карбонатам щелочей и бикарбонатам тех элементов, катионы которых обладают либо относительно малыми ионными радиусами (например, Mg2+, Co2+), либо, наоборот, очень большими размерами (например, Ва2+). Карбонат Cu2+ встречается только в виде основных солей, что связано, очевидно, с особенностями строения самого катиона. Этим же, вероятно, объясняются и интенсивные окраски карбонатов меди в зеленый и синий цвета. Все остальные карбонаты либо бесцветны, либо окрашены в бледные тона.

Безводные карбонаты. Семейство кальцита. Это семейство включает большое число минеральных видов, представляющих карбонаты двухвалентных металлов, образующих следующий морфотропный ряд (в порядке возрастания ионных радиусов): Mg, Zn, Fe2+, Mn2+, Ca, Sr, Pb и Ba. Характерно, что ионы с меньшим радиусом, чем Са, образуют широкие изоморфные ряды минералов, кристаллизующихся в тригональной сингонии, а ионы с большим радиусом, чем у Са, образуют карбонаты ромбической сингонии. Карбонат самого кальция является диморфным, т. е. может кристаллизоваться в той и другой сингониях. Если кубическую структуру NaCl сдавить вдоль тройной оси настолько, что углы между гранями станут равными 101°55′, то получится ромбоэдрическая гранецентрированная структура кальцита, причем ионы Са займут места Na, а группы [СО3] — места Cl. Таким образом, упаковка ионов в кальците отвечает несколько искаженной упаковке, произведенной по способу плотнейшей кубической кладки структурных единиц.

КАЛЬЦИТ — Са[СО3]. Сингония тригональная; дитригонально_скаленоэдрический в. с. Облик кристаллов, встречающихся исключительно в пустотах, может быть самым разнообразным. Наиболее часто встречаются скаленоэдрические кристаллы, реже таблитчатые или пластинчатые, призматические или столбчатые, ромбоэдрические — чаще в виде острых, чем тупых ромбоэдров. Обычно двойниковой плоскостью является плоскость пинакоида (0001). Агрегаты. Друзы кристаллов кальцита вместе с другими минералами наблюдаются, как уже указано, в пустотах. Довольно часто встречаются крупнозернистые агрегаты прозрачного или полупрозрачного кальцита с совершенной спайностью отдельных зерен, бросающейся в глаза. Редко наблюдается жилковатый с шелковистым блеском асбестовидный кальцит (атласный шпат), волокна которого располагаются перпендикулярно стенкам трещин в породах. Широко известны «натечные» образования кальцита в виде сталактитов и сталагмитов в пещерах среди известняков. Зернистые сплошные агрегаты в больших плотных массах называются мраморами. Плотные скрытокристаллические разности кальцитовых горных пород, нередко слоистых и богатых фауной, носят название известняков. Цвет. Большей частью бесцветный или молочно-белый, но иногда окрашен примесями в различные (обычно светлые) оттенки серого, желтого, розового, красного, бурого и черного цветов. Блеск стеклянный. Твердость 3. Хрупок. Спайность совершенная по {101–1}. Уд. вес 2,6–2,8. Прочие свойства. При сжатии, сопровождающемся двойникованием, электризуется. Образцы некоторых месторождений обнаруживают явление люминесценции. Происхождение. Кальцит принадлежит к числу самых распространенных в земной коре минералов, слагая иногда целые массивы (известняковые горы). Этот минерал образуется при самых различных геологических процессах. 1. Среди эндогенного кальцита заслуживает внимания кальцит карбонатитов — существенно кальцитовых пород, содержащих форстерит, флогопит, пироксены, иногда магнетит и почти всегда минералы редких металлов: бадделеит, пирохлор, перовскит. Карбонатиты пространственно и генетически сопряжены с щелочными и ультраосновными породами, образуя комплексы массивов центрального типа. Происхождение по крайней мере части карбонатитов — магматическое, но, вероятно, возможно и метасоматическое их образование. 2. Широко распространены кристаллические образования кальцита гидротермального происхождения. В значительных количествах он образуется в контактово-метасоматических месторождениях путем переотложения или перекристаллизации известняков. В пегматитах он является одним из самых последних минералов, характеризующих гидротермальную стадию процесса. 3. При процессах выветривания кальцит хотя и не встречается в больших скоплениях, однако в виде новообразований наблюдается довольночасто в трещинах и пустотах зон окисления рудных месторождений и горных пород. Источником для него в этих случаях служат разлагающиеся в коре выветривания эндогенные известьсодержащие минералы и углекислота воздуха. Сталактитовые образования в известняковых гротах являются результатом выпадения углекислой извести из насыщенных медленно просачивающихся к полым пространствам растворов. Эти растворы при нависании в виде капель с потолка путем испарения теряют воду, сильно пересыщаются и выделяют коллоидные или тонкодисперсные осадки в виде натечных масс, постепенно твердеющих и раскристаллизовывающихся при дальнейшей дегидратации. 4. Осадочным путем, особенно в морских бассейнах, образуются огромные массы Са[СО3], первоначально в виде известковистых илов, отмерших морских растений и беспозвоночных животных с известковым скелетом. Позднее все эти вещества превращаются в известняк. Каким бы путем ни образовался кальцит, в коре выветривания он является сравнительно слабоустойчивым минералом. Благодаря легкой растворимости в кислотах он в зоне элювия, особенно в зонах окисления рудных сульфидных месторождений, переходит в растворы. При реакциях обменного разложения часто наблюдается замещение кальцита другими минералами (гипсом, доломитом, смитсонитом, малахитом).

СИДЕРИТ — Fe[СО3]. Сингония тригональная; дитригонально_скаленоэдрический в. с. Встречающиеся кристаллы чаще имеют ромбоэдрический облик. Агрегаты обычно кристаллически-зернистые: наблюдается также в шаровидных конкрециях (сферосидерит) со скрытокристаллическим или радиально-лучистым строением. Описаны находки сидерита в землистых массах, натечных, оолитовых и других формах. Цвет сидерита в свежем состоянии желтовато-белый, сероватый, иногда с буроватым оттенком. При выветривании интенсивно буреет. Блеск стеклянный сильный, до алмазного на плоскостях спайности. Твердость 3,5–4,5. Хрупок. Спайность по {1011} совершенная. Уд. вес 3,9. Происхождение. 1. В гидротермальных месторождениях он образуется при сравнительно невысоких температурах. Как спутник он наблюдается нередко в жильных месторождениях свинцово-цинковых и медных сульфидных руд в ассоциации с пирротином, халькопиритом, железистыми хлоритами, анкеритом и другими минералами. Встречаются также самостоятельные сидеритовые жилы, а в известняках — метасоматические залежи неправильных форм. Кроме редких сульфидов, в них иногда наблюдаются магнетит и гематит. 2. Известны типичные осадочные месторождения сидерита, возникшие в лагунах или заливах морских бассейнов. Образование их, очевидно, связано с восстановительными условиями, господствующими в более глубоководных участках прибрежных зон морей, в обстановке недостатка кислорода и, вероятно, разложения органических остатков с образованием углекислоты и сероводорода за счет белковых веществ. В условиях зоны окисления месторождений сидерит неустойчив. На месте сидеритовых залежей легко образуются «железные шляпы», состоящие из лимонита, гётита, иногда гидрогематита как в виде рыхлых, нередко землистых масс, так и в форме твердых жеодовых, часто пустотелых образований.