3.3.3 Усложненные формы кристаллов

В природе кристаллы растут чаще всего в стесненных условиях – в трещинах, внутри пор и других полостей горных пород, в твердой среде и т.д. Диффузия вещества к разным частям растущего кристалла бывает неравномерной из-за вязкости, пересыщения примесями, течения раствора и т.д.

Рост кристаллов, его развитие зависит от взаимодействия его с окружающей средой. Внешняя форма кристалла сохраняет лишь те элементы симметрии, которые являются общими для кристалла и питающей его среды – это принцип Кюри. Например, неподвижный кристалл в жидкой среде, движущейся в одном направлении. Внешняя форма кристалла сохранит лишь одну ось симметрии L_n, совпадающую с осью кристаллизационной среды и плоскость симметрии, идущую вдоль этой оси и совпадающую с плоскостями симметрии среды. Пример, кристалл кварца, выросший на боковой стенке трещины, имеющий псевдоплоскостную симметрию. Поэтому форма образующихся кристаллов часто далека от идеальной (рис. 3.4).

Рис. 3.4 Кристаллы кварца, образовавшиеся в различных природных условиях

Расщепленные кристаллы

Кристаллы некоторых минералов имеют иногда своеобразную морфологию – они словно бы расщеплены с краев, каждый субиндивид, каждая «отщепина», как будто слегка отогнута от основного тела кристалла. Это сразу и монокристалл, и агрегат кристаллов. Таковы, например, сноповидные образования натролита, кварца, гипса, розочки гематита. Расщепление часто наблюдается у десмина, слюд, галенита и т.д (рис. 3.5).

Рис. 3.5 Примеры расщепленных кристаллов (а - д) и сферолитов (е, ж)

Расщепление кристаллов вызвано разными причинами:

Во-первых, оно происходит в том случае, когда в среде имеются микрочастицы, адсорбирующие поверхностью кристалла, причем они не вписываются в его кристаллическую постройку. При росте кристалла слой надвигается на примесь и, отклоняясь в сторону, продолжает расти как самостоятельный индивид. Угол отклонения «отщепленной» части от кристалла ~ 20 – 30⁰. Отщепление повторяется вновь и вновь и постепенно из наиболее крупных индивидов формируется «веер» или «сноп» расходящихся кристаллов.

Вёо вторых, расщепление происходит у царапин, границ двойников и микроблоков, чуть развернутых при механических деформациях кристаллов. При расщеплении возможно отклонение направления роста индивида от первоначального, т.е. искривление кристалла. В конечном счете, может появиться сноповидный агрегат нитевидных кристаллов и даже сферолит.

Наблюдения и опыты показали, что расщепляются грани не всех простых форм, развитых на кристалле. У гематита (пластинчатые кристаллы) расщепляются грани базопинакоида, у кристаллов гипса – грани пинакоида (010), у натролита – грани ромбической призмы и т.д. В результате формируются расщепленные кристаллы различной морфологии.

Нитевидные кристаллы

В природе нитевидные кристаллы встречаются либо отдельно, либо в виде агрегатов. Среди них асбесты, кристаллы рутила (рис. 3.6), брусита (немалит), джемсонита, буланжерита, гипса, силлиманита, турмалина, эгирина, палыгорскита, натролита, морденита и т.д.

Д ля некоторых из этих минералов нитевидные кристаллы столь обычны, что служат важнейшим диагностическим признаком. Нитевидные кристаллы (усы) получены и в лабораторных условиях. Они обладают ценными свойствами, например повышенной адсорбционной способностью, (синтетические асбесты), их удобно использовать в различных термостойких композициях (асбесты, рутил, графит) и т.д. Работы по получению нитевидных кристаллов позволили понять условия их образования.

Рис. 3.6 Кристаллы с включениями рутила

Размеры природных нитевидных кристаллов в длину от нескольких мк до 1 м и более при толщине от сотых долей до 25-50 мк (0,001 мм = 1 мк).

Многие природные нитевидные кристаллы изломаны (углы соответствуют симметрии кристаллов), спирально и геликоидально (геликос - завиток с греч.) закручены, например буланжерит, рутил, гипс. Усы представляют собой монокристаллы (установлено рентгеном).

Нитевидные кристаллы отличаются от обычных кристаллов минералов того же состава повышенной стойкостью к растворителям, химическим реагентам, термической обработке, большой прочностью на разрыв, приближающейся к теоретической. Например прочность усов NaCl при уменьшении их диаметра от 15-20 до 1-2 мк. увеличивается от 4 до 100 кг/мм². Аналогичные результаты получены для усов Fe, Cu, Ag, Sn. Известно, что тончайшие нити гипса, кальцита, встречающиеся в пещерах, можно легко наматывать на палец и связывать в узлы, тогда как более крупные кристаллы этих минералов ломаются. Причины образования нитевидных кристаллов можно объединить в 2 группы:

а) обусловленные особенностями структуры минералов,

б) связанные со специфическими условиями роста.

Из структурных особенностей важнейшей является наличие цепочек, лент, вдоль которых связь наиболее прочная. В этом направлении и происходит рост (удлинение) кристаллов.

Рассмотрим специфические условия роста. Кристаллизация идет на пористом основании. Раствор просачивается сквозь пористую породу (песчаник, известняк и т.д.), образуя мелкозернистую корку. Затем эта корка поднимается, и над каждой из пор субстрата начинает расти нитевидный кристалл, который может достигать десятки сантиметров в длину. Таким путем возникают нитевидные кристаллы гипса, реже арагонита и кальцита в пещерах, галита на известняке. Широко распространенный способ образования нитевидных кристаллов в виде параллельноволокнистых плотных агрегатов – кристаллизация в трещинах, скорость открытия которых меньше скорости роста кристаллов.

Образование нитевидных кристаллов происходит при возникновении псевдоморфоз, например кристаллы волокнистого, асбестовидного флогопита. Такой флогопит известен в виде псевдоморфоз по скаполиту или роговой обманке, когда он развивается, вдоль тончайших трещин призматической спайности в виде параллельно-волокнистого агрегата нитевидных кристаллов.

Нитевидные кристаллы наиболее характерны для зон окисления (гипс), пещерных отложений, эвапоритов (галит, эпсомит…), жил альпийского типа (рутил в кварце – волосы Венеры), процессах серпентинизации.

Скелетные кристаллы и дендриты

Скелетные кристаллы известны всем по снежинкам – это 6 – лучевые кристаллы льда, причем каждый луч имеет ребристое строение. Скелеты – это вершинные и реберные формы кристаллов. Растут они в условиях резкого голодания. Тогда рост кристаллов осуществляется лишь за счет наиболее выгодных в энергетическом отношении участков, т.е. вершин и ребер, они возникают в условиях:

а) вязкой среды с затрудненной диффузией, поэтому кристалл быстрее растет выступающими своими частями – вершинами и ребрами.

б) среды быстро двигающейся относительно растущего кристалла, тогда вершины и ребра граней, обращенных навстречу потоку и растут интенсивнее за счет наилучших условий питания.

в) наличия в растворе примесей, оседающих на гранях и тормозящих рост.

Дендриты – это тоже результат вершинного и реберного роста кристаллов, идущего при неравномерной диффузии вещества к кристаллу.

Э то причудливые монокристаллы по виду напоминающие ветвящееся растение, отсюда и название. Оказывается, каждая «веточка» огранена, углы разветвления точно отвечают углам между гранями обычных кристаллов. Дендриты характерны для самородных Au, Ag, Сu и гидроокислов Мn (рис. 3.7).

Рис. 3.7 Дендриты золота

Метакристаллы – это кристаллы, образующиеся в твердой горной породе, они характерны для метаморфических пород, метасоматитов типа скарнов, грейзенов, фенитов. Их рост начинается в межзерновом пространстве из поровых растворов и идет одновременно с разъеданием, замещением растущим кристаллом зерен других минералов, слагающих горную породу.

Внешне метакристаллы выглядят как обычные кристаллы, внутри в них бывают заключены реликты не до конца замещенных зерен окружающей горной породы. Примером может служить репетекский гипс, состоящий из множества песчинок, сцементированных гипсом – вырос в песчаниках в Каракумах. Такие же кристаллы имеются в Сахаре – «розы Сахары».

Метакристаллы часто бывают футлярными - минерал образует хорошо ограненный футляр, внутри которого находятся вмещающие метакристалл минералы.

Микрорельеф поверхности кристаллов несет большую генетическую информацию, обусловлен процессом роста кристаллов и его последующем изменением.

Н аиболее часто отмечается штриховка (рис. 3.8), паркетчатость, отпечатки других кристаллов, бугорки, лунки, ямки травления. Во многом микрорельеф обусловлен ростом кристаллов (например, штриховка), но также связан с физическими, химическими изменениями индивида уже после его образования. Рассмотрим некоторые «следы» изменения кристаллов.

Рис. 3.8 Штриховка на гранях кристалла

Физические изменения часто являются следствием деформации кристаллов, которая приводит к образованию механических полисинтетических двойников. Внешне двойникование проявляется на гранях или спайных плоскостях кристаллов в виде штриховки (кальцит).

Химические изменения обычно связаны с растворением кристаллов. Это процесс обратный росту. Растворение начинается с вершин, ребер, что приводит к округлению кристалла. Грани кристаллов растворяются не послойно, а в отдельных точках, распределение которых зависит от распределения дефектов и иных несовершенств. При этом возникают фигуры вытравливания, формы которых связаны с симметрией кристалла.

В некоторых случаях между растворителем и растворяемым кристаллом возможны химические реакции, которые приводят к образованию псевдоморфоз.