Минералы и их свойства

Минералы – это природные химические соединения или (значительно реже) самородные химические элементы, которые образуются в недрах земли в результате естественных физико-химических реакций и обладают относительно постоянным химическим составом и внутренним строением и обладают примерно постоянными физическими свойствами.

По мнению академика В.И. Вернадского минералы естественного происхождения могут быть газообразными (природный газ), жидкими (вода, самородная ртуть) или твердыми. К последней группе принадлежит бóльшая часть минералов. Подавляющее большинство твердых минералов имеют упорядоченное внутреннее строение – то - есть являются кристаллическими телами.

Всего в природе известно около 4,5 тысяч самостоятельных минералов (минеральных видов) и около 5 тысяч из разновидностей (некоторые разновидности имеют собственные названия). Тем не менее, широко распространены только 40 –50 видов минералов. С другой стороны, некоторые минералы встречаются очень редко или на крайне ограниченной территории (известны минералы, которые встречаются только в 1 – 2 местонахожндениях на всем земном шаре). Например, чароит – известен только в одном месторождении – на реке Чара в Якутии.

Минералы, составляющие более 7% в составе горных пород, называются породообразующими, а присутствующие в незначительных количествах, как примеси, называются акцессорными. К наиболее распространённым породообразующим минералам относятся кварц, полевые шпаты, слюды, роговые обманки, авгит, глинистые минералы и карбонаты (кальцит, доломит).

Акцессорные минералы, не смотря на незначительное количество, очень интересны при геологических исследованиях. Во-первых, они могут многое рассказать о процессах образования и изменения вмещающей их горной породы, во-вторых, они сами по себе часто являются ценным минеральным сырьём.

Происхождение минералов

Минералы магматического происхождения образуются в результате кристаллизации так называемой магмы – огненно–жидкого силикатного расплава. Магматические процессы минералообразования происходят в недрах или на поверхности Земли при температуре 700 – 1000 °С.

Минералы пневматолитового происхождения кристаллизуются из горячих паро-газовых смесей. Последние образуются на последних стадиях застывания магматического расплава, когда в нем резко возрастает концентрация летучих компонентов. Когда их содержание превышает предел растворимости, магма как бы вскипает под действием выделяющихся из нее газов. Двигаясь по трещинам горных пород от магматического очага, летучие компоненты постепенно охлаждаются и конденсируются, образуя возгонные минералы. Этот процесс образования минералов из газовой фазы путем возгонки называют пневматолизом. Пневматолитовые минералы образуются как на различных глубинах, так и непосредственно на поверхности Земли при температуре 400 – 600 °С. Подобный процесс может наблюдаться и в экзогенных условиях при оседании дымов угольных пожаров, паров рассолов, да и образование снежинок, по сути приближается к пневматолизу.

Минералы гидротермального происхождения образуются путем осаждения из горячих (50 – 100 °С) или перегретых (100 – 400 °С) водных растворов.

Минералы метаморфического происхождения образуются в результате перекристаллизации минералов и горных пород в недрах Земли под действием высоких температур и давлений без плавления вещества. В зависимости от конкретных геологических условий, этот процесс может происходить на глубине от 1 до 20 и более километров, при давлениях от 200 до 1300 МПа и температуре 300 – 1200 °С. Частным случаем метаморфизма можно считать метасоматические процессы, т.е. процессы преобразования горной породы под действием химически активных горячих флюидов. К ним относятся скарновый, грейзеновый и ряд других процессов минералообразования.

Между всеми перечисленными процессами образования минералов и горных пород наблюдаются взаимные переходы, и в природе не всегда удается их четко разделить.

Экзогенные минералы так же могут образовываться различными способами:

Минералы гипергенного происхождения возникают в результате процессов изменения и химического разложения минералов и горных пород на поверхности Земли или вблизи нее. Этот процесс обычно называют химическим выветриванием. Он происходит в результате химического взаимодействия минералов с водой (растворение, гидратация и гидролиз), кислородом воздуха, углекислым газом, а так же с различными веществами, образующимися в результате жизнедеятельности организмов или при разложении их останков.

Минералы седиментогенного происхождения образуются в результате выпадения в осадок различных соединений растворенных в воде (морской, речной, озерной и т.п.) Осаждение может происходить как чисто химическим путем – из пересыщенных растворов, или биохемогенным – если вещество извлекается из раствора организмами и используется, например, для строительства раковин, а так же иных внешних и внутренних опор- скелетов. Интересно, что в последнем случае осаждение минералов и их накопление может происходить при резком недосыщении раствора данным веществом.

Минералы диагенетического происхождения образуются в уже накопившемся осадке на дне водоема в процессе превращения полужидкого водонасыщенного осадка в твердую горную породу. Они выражаются, преимущественно, в обезвоживании гидрооксидов, раскристаллизации коллоидных осадков, замещении органических остатков карбонатами, минералами кремнезема, сульфидами железа и т. п. Результатом этих процессов являются окаменение осадков (литификаиия) и образование плотных осадочных горных пород.

Иногда диагенетический и седиментационный процессы объединяют в под названием единого осадочного процесса минералообразования.

С биогенными процессами связано образование минералов – биолитов. Они образуются при жизни или вскоре после отмирания организмов, накапливающих значительные количества углекислых солей, фосфатных и кремнекислых соединений.

Примечание: минералы различают по энергии процесса в результате которого они возникли, а не по месту современного нахождения в земной коре. В результате застывания вулканической лавы на поверхности Земли образуются эндогенные минералы, а в иле на дне океана (на глубине 5 – 10 км) – экзогенные осадочные минералы. В результате тектонических движений и других геологических процессов гипергенные минералы могут оказаться в недрах Земли, перекрытые слоем горных пород толщиной в несколько километров, а глубинные – на поверхности планеты.

По порядку образования в породе минералы так же можно подразделить на две группы: первичные и вторичные.

Первичные минералыобразовались одновременно с породой в основном в глубоких слоях земной коры и сохранились в ней почти в неизменном состоянии.

Вторичные минералыобразовались позже первичных и часто за счет них, причем порода сохранила следы этого процесса преобразования. К ним относят, например минералы осадочного происхождения – глинистые, опал, лимонот, кальцит, гидрослюды, хлориты и др., образующиеся при выветривании магматических пород.

Первичные минералы часто неустойчивы в условиях земной поверхности и подвергаются процессам выветривания. Они входят в состав почвенных частиц диаметром более 0,001 мм.

Различные химические элементы проявляют разную способность к образованию минералов. Количество минералов, которые образует в земной коре данный химический элемент, зависит от его распространенности на Земле. Так, например:

• кислород (O) – являясь самым распространенным на Земле из химических элементов, входит в состав более 2000 минералов;

• кремний (Si) – четыреста тридцать минералов,

• алюминий (Al) – более трехсот минералов

• железо (Fe) – образует более 200 самостоятельных минералов

• свинец (Pb) – более полутора сотен минералов

• никель (Ni) – около пятидесяти минералов

• кадмий (Cd) – образует только 6 минералов;

• бром (Br) – занимает доли процента объема Земли. Образует всего один свой минерал, который встречается очень редко. Данный химический элемент гораздо чаще встречается в минералах в рассеянном виде.

• германий (Gе), радий (Ra) – это рассеянные элементы, не образующие своих минералов.