Ганжара Геология и ландшафтоведение

Наибольшее число минералов образуется за счет процессов гипергенеза (40% от общего числа минералов) и за счет пневмато- литово-гидротермальных процессов (28%).

В осадочных породах и в почвах содержится больше (по массе) первичных минералов, чем вторичных, за исключением некоторых тропических кор выветривания, которые характеризуются сильной степенью выветрилости.

Минералы, преобладающие в составе горных пород, называются породообразующими, а присутствующие в незначительных количествах, как примеси, называются акцессорными. К наиболее распространенным породообразующим минералам относятся кварц, полевые шпаты, слюды, роговые обманки, авгит, глинистые минералы и карбонаты (кальцит, доломит). На эти минералы следует обратить особое внимание.

Систематика минералов. Классификация минералов, отраженная в данном пособии имеет кристаллохимическую основу (хими- ческий состав и кристаллическую структуру). Единицей классификации является минеральный вид, в определении которого ведущая роль принадлежит строению кристаллической решетки и составу слагающих ее частиц (атомов, ионов). Особыми минеральными видами считаются соединения одинакового химического состава, но различного кристаллического строения. Сходные по составу и близкие по структуре минеральные виды объединены в группы, группы — в подклассы или классы. Классы объединены в типы, характеризующиеся определенной химической формулой.

Минералы, не имеющие кристаллического строения (аморфные) рассматриваются как структурные разновидности кристаллических видов минералов, имеющих схожий состав (лимонит по отношению к гетиту). В ряде случаев, в общей системе, аморфные минералы объединяются в особые группы (группа гидрооксидов кремния в классе оксидов и гидрооксидов).

Способ написания химических формул минералов отражает их минеральный состав и кристаллическую структуру. Квадратными скобками в формулах выделяются комплексные радикалы (атомы или группировки атомов) связанные друг с другом в кристаллической решетке. В круглых скобках — химические элементы способные занимать место друг друга в кристаллической реше тке (атомы или ионы обладают примерно одинаковым размером и близкими химическими свойствами). Например:

(Ca, Na2) [Al2Si4O12] • 6H2O — шабазит.

30

Не все классы минералов занимают одинаковое положение в систематике, поскольку не равноценны их роли, в составе земной коры и хозяйственной деятельности человека. В данном пособии, рассматриваются некоторые классы минералов в таком порядке, который определен их ролью в строении земной коры и в агропромышленном секторе экономики.

Рассматриваются следующие девять классов минералов: 1) силикаты, 2) карбонаты, 3) нитраты, 4) сульфаты, 5) фосфаты, 6) оксиды и гидрооксиды, 7) галоиды, 8) сульфиды, 9) самородные элементы. Силикаты, по строению кристаллической решетки и химическому составу подразделены на подклассы – островные, кольцевые, цепочечные, слоистые, каркасные. Большинство из перечисленных классов включают как первичные, так и вторичные минералы.

Диагностические признаки минералов. Химический состав, строение кристаллической решетки и сила связи между атомами или ионами в решетке обусловливают индивидуальные диагности- ческие свойства минерала, на основании которых можно определить минералы и отличить их друг от друга.

Важнейшие диагностические признаки и свойства минералов, определяемые без специально оборудования, подразделяются на морфологические и физические. К ним относятся: внешний вид, цвет, цвет минерала в порошке, блеск, твердость, излом, спайность, «особые свойства». Такие свойства как химический состав, плотность (удельный вес), плотность сложения (объемный вес) определяются в лабораторных условиях. Каждый минерал изучается в комплексе этих характеристик.

Морфологические свойства

Внешний вид (форма нахождения или выделения) — ýто очень устойчивый признак. Различают две основные формы выделения

минералов — кристаллы и сростки кристаллов.

Кристалл — часто встречающаяся и самая характерная форма. Так, кристаллы гранатов, не зависимо от их размера и окраски всегда имеют форму сложного многогранника (двенадцатигранника), что создает видимость несколько округлой формы.

Размеры кристаллов составляют от тысячных долей миллиметра (глинистые минералы) до нескольких метров (амазонит, кварц берилл); масса — от тысячных долей грамма до десятков тонн.

Разнообразие существующих форм кристаллов можно подразделить на 3 типа (рис 2.1):

31

Рис. 2.1. Формы кристаллических многогранников:

а — кубы; б — октаэдры; в — тетраэдры; г — тетрагонтриоктаэдр; д — пентагондодекаэдр; е — ромбододекаэдр; ж — трапецоэдр; з — скаленоэдр; и — ромбоэдр; к — шестигранная призма; л — трехгранная бипирамида; м — трехгранная призма; н — четырехгранная бипирамида; о — четырехгранная призма; п — шестигранная бипирамида.

32

È

Ë

Ê

Рис. 2.2. Характерные формы минералов и их агрегатов в природе:

А — единичный кристалл; Б — двойник горного хрусталя; В — «щетка» (аметист); Г — друза (турмалин); Д — жеода (аметист); Е — натек (опал); Ж

— плотная зернистая масса (магнетит); З — вкрапления в породу (кианит); И — сталактит (кальцит); К, Л — конкреция фосфорита (она же в разрезе).

33

1.Изометричные — имеющие близкие размеры во всех направлениях — кубы (галенит, пирит), тетраэдры (сфалерит) и др.

2.Вытянутые в одном направлении — призматические, столб- чатые, шестоватые, игольчатые, волокнистые кристаллы.

3.Вытянутые в двух направлениях (уплощенные) — таблитча- тые пластинчатые, листоватые, чешуйчатые кристаллы.

В результате процесса метасоматического замещения или растворения с последующим заполнением пустот, кристаллические формы, принадлежащие одному минералу, оказываются представ-

ленными другим минеральным веществом. Подобные образования называются метаморфозами.

Сростки кристаллов (срастания) имеют две разновидности: а) двойники (срастания и прорастания), тройники и т.д.; б) сростки разно ориентированных кристаллов. По внешнему виду они очень

разнообразны (рис. 2.2) и делятся на 10 подгрупп (табл. 2.1). Чаще всего в природе минералы встречаются в виде зерен не-

правильной формы. Хорошо образованные кристаллы более редки

и их форма является характерным диагностическим признаком. Штриховка на гранях минералов является характерным свой-

ством для ряда минералов. Может быть поперечная параллельная (кристаллы кварца), продольная параллельная (турмалин, эпидот),

и пересекающая (магнетит).

Зернистость агрегатов. В зависимости от формы слагающих зерен различают: а) собственно зернистые, (состоящие из изометричных зерен); б) пластинчатые, листоватые, чешуйчатые и др. По величине зерен агрегаты бывают: крупнозернистые (>5 мм в поперечнике); среднезернистые 1–5 мм; мелкозернистые <1 мм. Зернистыми агрегатами сложено подавляющее большинство изверженных, метаморфических и осадочных горных пород.

Физические свойства

Плотность. Может быть точно определена в лабораторных условиях (устаревший термин — удельный вес). Приблизительное суждение о плотности можно получить путем сопоставления ее с плотностью минералов принятых за эталон (табл. 2.2).

Оптические свойства

Прозрачность — свойство вещества пропускать свет. В зависимости от степени прозрачности все минералы делятся на следующие группы: прозрачные, полупрозрачные, непрозрачные.

34

Таблица 2.1. Сростки кристаллов минералов

Цвет минерала. Во многих случаях цвет обусловлен внутренними свойствами минерала. Причина окраски других минералов кроется в нарушении однородности строения их кристаллических решеток. В некоторых случаях окраска минерала может быть вызвана присутствием тончайших рассеянных механических примесей.

35

Таблица 2.2. Группировка минералов по их плотности

õДля сравнения: Земная кора (от поверхности Земли и до глубины 35 км) имеет среднюю плотность 2,5 г/см3. Средняя плотность Земли по расчетам примерно равна 5,5 г/см3.

Цвет черты определяется по цвету тонкого порошка минерала. Черту минерала можно получить, проведя испытуемым образцом по матовой поверхности фарфоровой химической посуды.

Блеск характеризуется способностью минерала отражать свет. Он зависит от характера химических связей в минерале и от формы выделения минерала. Блеск наблюдается визуально на свежем (не выветреном) сколе минерала. Блеск зависит от показателя преломления минерала, т.е. величины, характеризующей разницу в скорости света при переходе его из воздушной среды в кристаллическую. Установлено, что минералы с показателем преломления 1,3– 1,9 имеют стеклянный блеск, 1,9–2,6 — алмазный, 2,6–3,0 — полуметаллический, 3 — металлический.

По блеску (от самого яркого до самого тусклого) все минералы делятся на 10 групп (табл. 2.3.).

Механические свойства

Спайность — свойство минералов раскалываться в определенных кристаллографических направлениях, обусловленное строением их кристаллических решеток. Степень совершенства спайности различается в соответствии со следующей принятой шкалой:

Спайность весьма совершенная — кристалл легко расщепляется на тонкие листочки.

Спайность совершенная — при ударе молотком получаются сколки по спайности. Получить излом в других направлениях трудно.

36

Таблица 2.3. Подразделение минералов по блеску

Спайность средняя — излом можно получить по всем направлениям, но на обломках минерала, наряду с неровным изломом, от- четливо наблюдаются и гладкие блестящие плоскости спайности.

Спайность несовершенная или отсутствует. Зерна подобных минералов ограничены неправильными поверхностями, за исклю- чением граней их кристаллов.

Лучше всего спайность проявляется у слюды (в одном направлении). В ней вдоль направления спайности можно отделить тонкий слой (почти в 1 молекулу). Спайность может отсутствовать или

37

быть проявлена в нескольких направлениях. Например, у кварца спайность практически не выражена; кальцит (карбонат кальция) имеет такую решетку, которая проявляет спайность в трех направлениях (по 120° друг к другу).

Примечание 1. Спайность — это свойство только отдельного кристалла, а не образца в целом. Поэтому чем крупнее кристалл, тем легче определить в нем наличие или отсутствие спайности.

Примечание 2. В некоторых разновидностях минеральных агрегатов, в которых не видны или плохо видны кристаллы, спайность определить невоз-

можно. В этом случае при описании минерала спайность не определяется.

Трещины отдельности. В отличие от спайности, они более грубые и не вполне плоские, чаще всего ориентированы поперек минерала.

Излом. Это форма поверхности, которая образуется при разрушении минерального зерна. Излом трудно поддается систематиза-

ции, но обычно выделяют 7 основных видов (табл. 2.4). Твердость. Сопротивление минерала внешнему механическо-

му воздействию. Наиболее простой способ ее определения — царапание одного минерала другим. Для оценки относительной твердости принята шкала Мооса, представленная 10 минералами, где каждый последующий царапает предыдущие (табл. 2.5).

Иногда минералы по их твердости разделяют на 4 группы: мягкие — твердость меньше 2,5 (чертятся ногтем); средней твердость — от 2,5 до 5 (царапаются стеклом); твердые — от 5 до 7 (царапаются кварцем); очень твердые (царапают кварц).

Примечание 1. В некоторых случаях при определении твердости удобнее проводить царапину не эталоном на образце, а острым углом или гранью исследуемого минерала по ровной поверхности эталона.

Примечание 2. Землистые и мелкозернистые агрегаты зачастую имеют существенно меньшую твердость, чем зерна слагающих их минералов. При царапании эталоном такие агрегаты просто выкрашиваются. Поэтому при определении твердости землистых и мелкозернистых агрегатов необходимо исследуемым образцом царапать эталон.

Примечание 3. При определении твердости иногда трудно понять, оставляет ли эталон из шкалы твердости царапину на определяемом минерале или истирается сам — «рисует» на минерале. При изучении минералов, имеющих цветную черту, отличить царапину помогает цвет (когда эталон крепче определяемого минерала). Цвет царапины будет соответствовать цвету черты минерала.

Примечание4.В полиминеральных образцах царапину, естественно, надо проводить только на зернах исследуемого минерала.

38

Примечание 5. Для более точного определения твердости следует помнить, что минералы делятся на активно-твердые и пассивно-твердые. Первые, например гипс, галит оставляют царапину на осколке своего минерала, а вторые, такие как тальк, апатит, не оставляют царапины на минерале

того же состава.

Хрупкость, упругость. Под хрупкостью подразумевается свойство минерала крошиться при проведении черты иглой или ножом. Противоположное свойство — гладкий блестящий след от иглы или ножа свидетельствует о пластической деформации минерала. Ковкие минералы расплющиваются под ударом молотка в тонкую пла-

Таблица 2.4. Виды излома минералов

Примечание 1. Излом есть у всех минералов (у любого зерна и в любом направлении).

Примечание 2. В отличие от спайности излом следует определять в любом образце, т.к. он характеризует не только отдельные кристаллы, но и весь минеральный агрегат в целом.

39