Морфология кристаллов минералов и их агрегатов

Морфология изучает формы минералов, которые встречаются как в виде отдельных кристаллов (монокристаллов), так и в виде закономерных сростков (двойников) или незакономерных (агрегатов).

Монокристаллы. Каждому кристаллическому веществу (минералу) присуща своя форма кристалла, которая зависит от химического состава, строения минерала и условий его образования (генезиса). Знание форм минералов важно для их диагностики (определе­ния, распознавания) и выяснения их генезиса. Хорошо обра­зованные кристаллы минералов встречаются сравнительно редко, но для ряда минералов форма кристаллов настолько характерна, что является важнейшим диагностическим признаком (например, призматические кристаллы кварца, усеченные гранями ромбоэдра и трапецоэдра; ромбоэдры кальцита, ромбододекаэдры — гранатоэдры — граната и др.).

Внешний облик кристалла — габитус — зависит от совокуп­ности его граней, ребер. Для каждой сингонии характерны крис­таллы определенных габитусов.

По габитусу кристаллы минералов делятся на три типа:

1) изометрические, имеющие примерно одинаковые размеры по трем взаимно перпендикулярным направлениям. Сюда относятся кристаллы кубической сингонии: куб (пирит, галит, галенит), октаэдр (алмаз), ромбододекаэдр (гранат), пентагондодекаэдр (пирит) и т. д. Сюда же относятся и комбинации нескольких простых форм кубической сингонии;

2) вытянутые по двум направлениям: таблитчатые (барит, гематит), пластинчатые, листоватые, чешуйчатые (слюды, тальк, хлорит); они характерны в основном для кристаллов ромбической, моноклинной и триклинной сингонии и реже тетрагональной, гек­сагональной и тригональной;

3) вытянутые в одном направлении: столбчатые (кварц, берилл, актинолит), шестоватые (кальцит), волокнистые (хризотил-асбест, селенит), игольчатые (актинолит, тремолит, рутил, турмалин). Все они относятся к призматическому облику (габитусу). Типичны для средней и низшей категорий сингонии.

Между этими тремя главными типами существуют промежуточные, переходные.

В зависимости от главнейшей простой формы или главнейшей комбинации форм, присутствующих в кристаллах, последние разделяются на следующие категории габитусов: призматический, пинакоидальный (пластинчатый), дипирамидальный (октаэдрический в кристаллах кубической сингонии), тетраэдрический, скаленоэдрический, пирамидальный, трапецоэдрический, смешанный, или комбинированный. Среди кристаллов кубической сингонии обычны, кроме того, ромбододекаэдрический и пентагондодекаэдрический габитусы.

При характеристике формы минералов необходимо учитывать поверхность его граней. Поверхности могут быть зеркально гладкими, шероховатыми, ступенчатыми, иногда несколько округленными; часто на гранях кристаллов возникает определенным образом ориентированная штриховка, которая в некоторых случаях может служить важным диагностическим признаком. У одних минералов она проявляется вдоль вытянутости кристаллов, например у арсенопирита (рис. 26а), у других — поперек, например, на призматических гранях кварца (рис. 26б). Для кубических кристаллов пирита весьма характерно расположение штриховки одной грани перпендикулярно к штриховке каждой соседней грани (рис. 26г).

Кристаллы в редких случаях бывают одиночными, чаще они встречаются по нескольку вместе в виде закономерных срастаний (двойников, тройников и т. п.) или образуют незакономерные срост­ки кристаллов — агрегаты.

Среди закономерных срастаний особенно распространены двойниковые формы.

Двойником называется закономерный сросток двух кристаллов, в котором один из индивидов является как бы зеркальным отраже­нием другого по отношению к некоторой плоскости (двойниковой), т.е. повернут относительно его вокруг двойниковой оси на 180°. Плоскость, по которой индивиды срослись, называется плоскостью срастания или двойниковым швом. На рисунке 27а показан единичный кристалл гипса, а на рисунке 27б — его двойник в виде так называемого «ласточкина хвоста». Это двойник срастания. Здесь плоскость срастания четко отделяет один кристалл от другого.

В двойниках прорастания кристаллы как бы прорастают друг в друга, срастаясь нередко по извилистым поверхностям (рис. 27в).

Для некоторых минералов двойники весьма характерны, на­пример, для кварца, касситерита (коленчатые двойники), полевых шпатов. Двойникование в кристаллах может повторяться несколько раз. При этом образуются тройники (ряс. 27г), четверники и т.п. Для полевых шпатов характерны полисинтетические двойники, состоящие из большого количества индивидов, сросшихся по­парно, ориентированных одинаково через один (рис. 27д).

Необходимо отметить, что общая симметрия двойниковых сростков отлична от симметрии отдельных индивидов, из которых состоит двойник.

Минеральный агрегат — это незакономерные сростки кристал­лов, получающиеся в результате естественных процессов минералообразования. Они могут быть мономинеральными, т.е. состоящими из одного минерала (например, мрамор из кальцита), или полиминеральными (например, гранит из кварца, полевого шпата и слюды). Форма минеральных агрегатов, как и кристаллов отдельных минералов, позволяет не только определять минералы, но и судить об их генезисе (происхождении). К наиболее типичным агрегатам относятся зернистые агрегаты, друзы, секреции, конкреции, оолиты, псевдоолиты, сферолиты, дендриты, натечные формы, листоватые, шестоватые, плотные, землистые, налеты и примазки.

Зернистые агрегаты — скопления неправильно сросшихся зе­рен одного или нескольких минералов. Они различаются по величине зерен: крупнозернистые (размер зерен свыше 5 мм в диаметре), среднезернистые (с зернами от 1 до 5 мм; зерна легко различимы невооруженным глазом), мелкозернистые (размер зерен до 1 мм). Агрегаты встречаются равномернозернистые и неравномернозернистые. При кристаллизации сложных магматических глубинных расплавов происходит одновременно множественное образова­ние кристаллов. Вырастая каждый из своего центра кристаллиза­ции, они сталкиваются друг с другом под разными поверхностями, плоскостями и углами. Случайный контакт между растущими со­седними кристаллами ставит предел их дальнейшему росту. Два или больше смежных кристаллов застывают в том положении, при котором встретились их растущие грани. В этом случае присущая кристаллам внешняя форма изменяется. Вместо правильных форм получаются кристаллические зерна или зерна, в которых можно уловить только следы граней. Они объединяются в сплошные массивные скопления. Так возникает зернистое строение большинства изверженных горных пород, составляющих главную массу земной коры. Многие рудные и нерудные минералы и полезные ископаемые — пирит, галенит, апатит, корунд и др. — образуют зернисто-кристаллические агрегаты.

Друзы (рис. 28) представляют сростки хорошо сформированных кристаллов, прикрепленных одним концом к общему основанию, благодаря чему у них огранены только свободные концы. При тесном соприкосновении кристаллы в друзе вытянуты более или ме­нее параллельно друг другу, агрегаты называются гребенчатыми (гребенками) или щетковидными (щетками) в зависимости от размеров кристаллов. Сюда же относятся и кристаллические корки, они образованы очень мелкими, тесно сросшимися кристалликами.

Друзы возникают при кристаллизации минерального вещества из растворов, циркулирующих в трещинах и пустотах горных по­род. Встречаются крупные, очень красивые друзы кварца, кальцита, топаза, пирита и других минералов.

Секреции (рис. 29а) получаются при заполнении какой-либо полости в горной породе частично или полностью кристаллическим или коллоидным минеральным веществом. Процесс идет от периферии к центру путем отложения вещества на стенках полости. Обычно секреции имеют овальную форму. Мелкие секреции (до 10 мм в поперечнике) называются миндалинами. Они обычно нацело заполнены минеральным веществом. Крупные секреции нередко имеют внутри полость, стенки которой покрыты друзами кристаллов или натечными образованиями. Такие формы называются жеодами (рис. 29б). При изменении раствора с течением времени образуются слоистые секреции и слои часто отличаются по окраске и составу. Секреции создают разновид­ности природного кремнезема — аметист, халцедон, агат, и др.

Конкреции (рис. 30) отличаются от секреций способом происхождения. В рыхлых осадочных пористых породах (глинах, песках) происходит стяжение минерального вещества вокруг некоторых центров кристаллизации. Кристаллы нарастают в виде радиально расположенных лучей от центра к периферии, и поэтому внутреннее строение конкреций часто бывает радиально-лучистым, оно может быть и концентрически-скорлуповатым, сплошным. По форме конкреции бывают шаровидные, линзовидные, желвакообразные (неправильно округлые) и т.п. Размеры их — от миллиметров до десятков сантиметров и даже метров в попе­речнике.

Конкреции особенно характерны для окислов марганца, железа, карбонатов кальция, сидерита, марказита, кремнезема, фосфорита.

Оолиты (рис. 31) — более или менее правильные шарообразные образования концентрически-скорлуповатого строения; отдельные слои нарастают вокруг какого-либо центра (песчинки, осколка раковины и др.), покрывая его скорлупками, налегаю­щими одна на другую. Оолиты чаще всего сцементированы минеральным цементом друг с другом в осадочную горную породу. В зависимости от величины получающихся шариков различаются оолитовые агрегаты — икряные, гороховые и т.п. Чаще всего оолиты бывают сложены кальцитом, бурым железняком, арагонитом, доломитом, сидеритом, окислами марганца — пиролюзитом, бокситами морского и озерного происхождения.

Псевдошитами (бобовинами) называют образования, аналогичные оолитам по форме, но не обладающие концентрической слоистостью. Они характерны, например, для бурого железняка — бобовые руды.

Сферолиты в отличие от оолитов имеют радиально-лучистое строение. Каждое волокно сферолита соответствует вытянутому кристаллу. Кристаллы как бы сходятся в центре сферолита.

Дендриты (рис. 32) имеют ветвящееся, древовидное строение и похожи на отпечатки растений (особенно папоротников). Они возникают при быстром росте кристаллов по отдельным направлениям (когда происходит проникновение растворов по тонким волосным трещинкам породы). Такие формы образуют самородные элементы — серебро, медь. Особенно часто встречаются черные дендриты окислов марганца.

Натечные формы (рис. 33) получаются при образовании минерала осаждением из раствора, протекающего по какой-нибудь поверхности и при этом испаряющегося. Получается скорлуповатое строение из радиально расположенных тонкоигольчатых кристаллов. По внешнему виду натечные формы могут быть шаровидными, неправильной формы, с гладкой блестящей поверхностью — стеклянные головы (например, бурая стеклянная голова, красная стеклянная голова, характерные соответственно для бурого железняка и красного железняка — гематита), неправильно цилиндрическими, если они получились при медленном стекании быстро кристаллизующейся жидкости в свободное пространство. К последней груп­пе относятся сталактиты (образования типа ледяных сосулек). Часто в известковых пещерах встречаются крупные столбообразные сталактиты и сталагмиты, растущие снизу (рис. 34), гроздевидные и почковидные формы (характерны для малахита и халцедона).

Листоватые, пластинчатые, чешуйчатые агрегаты сложены кристаллами соответствующего облика (слюда, хлорит, барит). При подразделении здесь, кроме формы, учитываются размеры.

Плотные (скрытокристаллические) агрегаты — это зернисто-кристаллические агрегаты, зерна которых неразличимы даже в лу­пу (например, опал, халцедон, лимонит и др.).

В шестоватых, игольчатых, волокнистых агрегатах отдельные кристаллы имеют вытянутую в одном направлении форму. При этом встречаются расположенные радиально или параллельно (параллельно-волокнистые агрегаты асбеста, селенита), сноповидные (турмалин), лучистые (натролит).

Землистые агрегаты напоминают куски рыхлой почвы, составные части которой слабо связаны между собой; они обычно пачка­ют руки, легко распадаются на мелкие комочки из мельчайших зернышек. Характерны для порошковатых, рыхлых минералов (гидроокислов марганца, железа) и для осадочных горных пород (глин, бокситов и др.). Кристаллические образования в них не­возможно различить в лупу. Землистые массы желтого и бурого цвета называют охристыми (гидроокислы железа), а черного — сажистыми (гидроокислы марганца).

Налеты и примазки — это тонкие пленки минералов на поверхности кристаллов других минералов или горных пород (например, тонкие пленки гидроокислов железа на кристаллах горного хрусталя, примазки «медной зелени» и «сини» (малахита и азурита) на горных породах и т. д.).

Размеры отдельных кристаллов колеблются в широких пределах — от микроскопических до гигантских, массой до тонны и более. Известны кристаллы кварца и полевого шпата высотой в рост человека.

Среди осадочных пород встречаются кристаллы, измеряемые микронами и миллимикронами. Агрегаты этих мельчайших минералов были выявлены лишь в последнее время благодаря применению рентгенографии и электронного микроскопа.

К микроминералам относятся минералы, составляющие главную массу глин: каолинит, монтмориллонит и др.

Псевдоморфозы. Встречаются минералы, которые имеют не свойственную им форму Подобные образования называются псевдоморфозами (от греч. «псевдо» — чужой, «морфэ» — форма). Разли­чают псевдоморфозы превращения, вытеснения и др.

Псевдоморфозы превращения — один минерал переходит в другой, но часть входящих в него элементов сохраняется. Например, псевдоморфозы лимонита (2Fе₂О₃-ЗН₂О) по пириту (FeS₂). Здесь сера пирита замещается кислородом и происходит присоединение воды, в присутствии которой и идет весь процесс. Он может идти настолько медленно и правильно, что геометрическая форма пирита сохраняется ненарушенной, хотя вещество целиком заменилось новым. От самого пирита не остается следа, а на лимоните отчетливо видны детали штриховки граней, присущие пириту. К псевдоморфозам превращения относятся также октаэдрические кристаллы малахита по куприту и др.

Псевдоморфозы вытеснения образуются при полном замещении первоначального вещества другим (например, псевдоморфозы кварца или халцедона (5Ю₂) по кристаллам кальцита (СаСО₃) или гипса (СаSО₄•2Н₂О); окаменелости (например, окремнелое дерево, пиритизированные раковины моллюсков и др.) — псевдоморфозы кальцита, фосфорита или пирита по остаткам растительных или животных организмов. При этом очень часто полностью сохраняется не только внешняя форма, но и все особенности внутреннего строения давно исчезнувших с лица Земли животных и растений.

Контрольные вопросы:

1. Какой облик (габитус) могут иметь монокристаллы минералов?

2. Назовите минералы, кристаллы которых имеют штриховку на гранях. Как эта штриховка ориентирована?

3. Что называется двойником? Перечислите типы двойников.

4. В каких случаях образуются одиночные кристаллы и в каких агрегаты?

5. На какие группы по величине делятся зернистые агрегаты? Какие минералы их образуют?

6. При каких условиях образуются друзы? В чем отличие секреций от конкреций?

7. Что такое оолиты, псевдоолиты, сферолиты, дендриты?

8. В каких условиях образуются натечные формы? Приведите примеры.

9. Что такое псевдоморфозы, как они образуются?