1.3 Физические свойства минералов

Минералы классифицируются по химическому составу и кристаллическому строению. Из этого следует, что правильно определить минерал мы можем, только зная его точный химический состав и параметры кристаллической решетки. Для этого в современной геологии используется большой арсенал химических и физических методов исследований. Между тем часто встает задача определить, хотя бы приблизительно, минерал без применения лабораторных исследований, например, в поле. Это возможно, поскольку каждый минерал имеет целый ряд относительно постоянных свойств, по которым его можно диагностировать.

Для определения минерала используют следующие его признаки:

блеск,

цвет,

цвет в порошке (цвет черты),

твердость,

плотность,

спайность,

излом,

форма агрегатов.

Рассмотрим подробнее каждый из признаков.

. Блеск у минералов бывает металлический (как у большинства сульфидов и самородных металлов), полуметаллический (графит, гематит) и неметаллический. Неметаллический блеск подразделяется на:

стеклянный (флюорит, плагиоклаз; в целом 70% всех известных минералов),

алмазный (алмаз, берилл),

жирный (нефелин, сера),

перламутровый (опал, тальк),

шелковистый (гипс, роговая обманка),

матовый - отсутствие блеска (боксит).

Блеск минерала связан прежде всего с его показателем преломления. Металлический блеск характерен для непрозрачных минералов, имеющих показатель преломления n > 3,0. Полуметаллический блеск отмечается у непрозрачных минералов с n = 2,6-3,0. Алмазный блеск встречается у минералов с n = 1,9-2,6. У минералов со стеклянным блеском n = 1,3-1,9. Прочие разновидности блеска проявляются в силу разной структуры поверхности минералов.

Необходимо отметить, что один и тот же минерал может иметь разный блеск в зависимости от формы агрегатов и от того, по какой плоскости спайности (см. ниже) он сколот.

. Цвет минералов бывает собственным, то есть определяемым его основными компонентами, и примесным, то есть определяемый микроскопическими примесями в минерале. Только немногие минералы всегда имеют постоянную (собственную) окраску: гранаты, малахит, вивианит. Большинство минералов имеет примесную окраску, которая может варьировать в широких пределах. Например, калиевый полевой шпат в зависимости от микропримесей может быть белым, красным или ярко-зелёным. В результате окраска в большинстве случаев имеет значение для сужения области поиска (так, оливин не может быть белым, нефелин не может быть чёрным и т. п.).

. Более постоянным признаком является цвет минерала в порошке. Это позволяет отделить собственный цвет минерала от примесного: при собственном цвете порошок имеет окраску, близкую к цвету минерала, а при примесной окраске он обычно белый. Практически цвет в порошке определяют путем проведения черты минералом по специальной керамической табличке (бисквиту). Таким образом легко различать, например, магнетит (магнитный железняк), гематит (красный железняк) и лимонит (бурый железняк). Эти минералы, часто имеющие сходную окраску в землистых агрегатах, дают черту разного цвета: магнетит чёрную, гематит вишнево-красную, а лимонит бурую. Однако некоторые минералы при изменении окраски изменяют и цвет черты, если содержат в себе микроскопические кристаллы других минералов. Надо отметить, что на бисквите оставляют черту только минералы, которые мягче бисквита (твердость < 6, см. ниже), в противном случае минерал царапает керамическую табличку.

. Твёрдость минералов принято определять не в абсолютных величинах, а путем сравнения с эталонными минералами, имеющими постоянную твёрдость. Для этого применяется так называемая шкала Мооса, в которой твёрдость возрастает от первого минерала до десятого:

тальк,

гипс,

кальцит,

флюорит,

апатит,

калиевый полевой шпат,

кварц,

топаз,

корунд,

алмаз.

Твёрдость определяемого минерала определяют путем проведения с силой эталонным минералом по испытуемому. Если эталонный минерал оставляет царапину на испытуемом, то твердость испытуемого минерала меньше, чем эталонного, если не оставляет, то твердость испытуемого минерала равна или выше, чем эталонного. Например, минерал, на котором оставляет черту апатит, но не оставляет черту флюорит, имеет твердость от 4 до 5. В случаях, когда шкалы нет под рукой, можно воспользоваться следующими предметами для определения твердости минерала: грифель карандаша (твердость 1), ноготь (твердость 2-2,5), монета (твердость 3-4), стекло (твердость 5), гвоздь (твердость 6) и напильник (твердость 7).

Хотя шкала Мооса представляет из себя метод качественной оценки твёрдости минералов, она используется чрезвычайно широко и без изменений уже 175 лет. Современные методы оценки пластической и упругой деформации требуют специального оборудования и не всегда применимы, а шкала легка в использовании и даёт достаточно достоверные результаты. Следует учитывать, что интервалы шкалы не равны между собой: они прогрессивно увеличиваются от 1 до 10.

Надо учитывать, что твёрдость минерала также может зависеть от формы и размеров агрегатов. В землистых мелкокристаллических агрегатах при царапании обнаруживается не твёрдость минерала, а сила сцепления кристаллов друг с другом. В то же время следует помнить, что в крупных кристаллах твёрдость изменяется в зависимости от кристаллографического направления; именно поэтому Ф. Моос рекомендовал использовать как эталоны тонкокристаллические образцы.

. Плотность минералов выражается в г/см3. Достаточно часто используется другой показатель - удельный вес, безразмерная величина, указывающая отношение плотности минерала к плотности воды. Численно он равен плотности. Самый плотный минерал - самородный иридий, имеющий плотность 22,8 г/см3, а самый лёгкий - нефть, имеющая плотность 0,8 г/см3. Большинство минералов имеет плотность от 2 до 5 г/см3. Поскольку в поле мы не можем измерить точно массу и объем минерала, плотность является диагностическим признаком только для очень плотных минералов. Так, например, барит (тяжёлый шпат) безошибочно определяется как более увесистый, чем другие светлые минералы. Ильменит и галенит также могут определяться по высокой плотности. Опал может быть определен как более легкий, чем большинство минералов.

. Спайностью называется способность минерала раскалываться по ровным плоскостям. Если при расколе получается идеальная плоскость, то спайность называется совершенной. Минералы с совершенной спайностью достаточно трудно расколоть в других направлениях. Если плоскость относительно ровная, а минерал охотно раскалывается как по спайности, так и в других направлениях, то спайность называется ясной. Если же плоскости вообще не образуется, то говорят, что спайность несовершенная. Спайность может проявляться по одной плоскости, как в биотите и мусковите. Они легко откалываются пластинками, но не дают ровных плоскостей при разломе в другом направлении. Бывает также спайность по двум и трём плоскостям. В кальците и доломите, для которых характерна совершенная спайность по ромбоэдру (по трём плоскостям), хорошо заметны ступеньки, образующиеся на сколе. Спайность минерала - это важный диагностический признак. Благодаря ему можно, например, отличить кварц, имеющий несовершенную спайность, от плагиоклазов, имеющих совершенную спайность по одной плоскости.

. Изломом называется форма поверхности, образующейся при расколе минерала не по плоскости спайности. В большинстве минералов излом раковистый (т.е. напоминающий раковину). Если излом имеет иную форму (выделяется занозистый, землистый, зернистый, ровный излом), он является диагностическим признаком. Роговая обманка может быть диагностирована по занозистому излому. В ряде случаев излом трудно отделить от плоскости ясной спайности.

. Форма агрегатов может быть разнообразной у каждого минерала. В некоторых случаях этот признак может быть диагностическим для тех минералов, которые образуют своеобразные, характерные только для них агрегаты. Например, минерал серпентин иногда образует волокна (эта его разновидность называется хризотил-асбест). Роговая обманка часто встречается в виде игольчатых агрегатов. Гипс иногда образует характерные сдвоенные сростки кристаллов ("ласточкины хвосты").

При определении минералов надо фиксировать все перечисленные выше свойства, так как только их комплекс может дать правильный результат. Некоторым минералам присущи особые свойства, облегчающие их определение.