1.2. Диагностические признаки минералов

Диагностическими (от греческого диагносис – распознание, определение) признаками минералов являются такие признаки, которые способствуют распознанию минералов и отнесению к тому или иному классу.

При осмотре минералов невольно поражает то многообразие внешних признаков, по которым они отличаются друг от друга. Одни минералы кажутся прозрачными (исландский шпат, кварц, галит), другие мутными, полупрозрачными или совершенно не пропускающими свет. Некоторые минералы настолько тверды, что царапают стекло (кварц, гранат, пирит), другие сами легко царапаются обломками стекла, третьи обладают настолько низкой твердостью, что легко чертятся ногтем. Особенностями многих природных минералов является их окраска, химические свойства и др. Сопоставление свойств позволяет определять различные минералы, относить их к определенным таксономическим классам. К важным диагностическим признакам относятся морфологические особенности и физические свойства минералов.

1.2.1. Морфологические особенности минералов

Морфология изучает внешние формы минералов. В большинстве случаев минералы, входящие в состав горных пород, встречаются в виде зернистых скоплений, не имеющих правильных кристаллографических очертаний. Хорошо сформированные кристаллы минералов встречаются сравнительно редко, но по ним можно судить, с каким минералом мы имеем дело, так как их форма является важным диагностическим признаком.

По форме нахождения в природе и внешнему облику кристаллов минералы могут быть:

– изометрическими, т.е. одинаково развитыми во всех трех направлениях в пространстве, например, ромбододекаэдры граната, кубы пирита, галита, октаэдры магнетита и т.д.;

– вытянутыми в одном направлении, т.е. призматические, столбчатые (кристаллы аквамарина, турмалина и др.), шестоватые, игольчатые (асбест, роговая обманка и др.), волокнистые образования и волосистые кристаллы (актинолит, хризотил);

– вытянутыми в двух направлениях при сохранении третьего, сюда следует отнести таблитчатые, пластинчатые, листоватые и чешуйчатые кристаллы (тальк, мусковит, биотит).

Среди основных форм распространены и переходные между ними (дисковидные кристаллы дистена, имеющие промежуточную форму между вторым и третьим типами; боченковидные кристаллы авгита – промежуточная форма между первым и вторым типами). Кроме того, многие кристаллические минералы имеют сложный облик в зависимости от условий образования. Они могут быть в виде двойников и тройников, представляющих собой сростки двух или трех хорошо оформленных кристаллов минерала (гипс, кварц) или сростки множества кристаллов в виде щеток, друз, конкреций, дендритов и др.

Щетки представляют собой большое количество хорошо выраженных кристаллов примерно одинаковых по высоте, наросших на плоскую поверхность (кварц, кальцит, ортоклаз).

Друзы – это группа кристаллов разных по размеру, приросших одним концом к породе. Иногда друзы почти целиком заполняют небольшие пустоты, образуя секреции. Крупные секреции с оставшимися в средине пустотами называются жеодами.

Конкреции представляют собой образования шарообразной формы, формирующиеся в результате отложения минерального вещества вокруг какого-нибудь центра кристаллизации. Они имеют радиально-лучистое строение. Кристаллы нарастают от центра к периферии (кварц, фосфорит, марказит).

Оолиты – сходные по строению с конкрециями округлые образования размером до 10 мм, имеющие концентрическое строение и образующиеся при выпадении из водных растворов вещества в виде скорлуповатых сростков минералов, закрученных в форме спирали (лимонит, известняк, пиролюзит).

В результате быстрой кристаллизации вещества в тонких трещинах или в вязкой среде могут образоваться дендриты, представляющие собой ветвистые древовидные агрегаты (золото, серебро, окислы марганца).

Часто кристаллизация происходит с образованием плотных кристаллических масс, в которых отдельные минералы можно различить только под микроскопом. Визуально масса минералов кажется однородной (магнезит, оливин, кварц).

При выветривании горных пород многие минералы формируют землистые массы, состоящие из мелких, рыхло упакованных кристаллов или представляющих аморфные формы минералов (каолинит, монтмориллонит, лимонит).

Натечные формы характерны в основном для аморфных минералов и образуются путем постепенного натекания нового вещества на уже отложенное вещество минерала. При таком процессе возникают плотные массы (опал). Часто они имеют причудливые очертания – бугорчатые (лимонит), почковидные (малахит). Натеки – образования, свисающие в виде сосулек со сводов пещер, называются сталактитами, а нарастающие им навстречу – сталагмитами. Сталактиты и сталагмиты, срастаясь вместе, образуют сталагматы (кальцит, гипс).

Вкрапления в породу представляют единичные кристаллы минерала, включеные в какую-либо горную породу (пирит в граните, авгит в породе и т.д.).

Тонкие пленки минералов на поверхности горных пород называются налетами, выцветами, примазками.

Формы нахождения минералов в природе зависят от условий их образования, поэтому один и тот же минерал может существовать в разных формах. Так, кварц может быть в виде отдельных кристаллов, секреций, зернистых масс, вкраплений в породу, сростков кристаллов и др.

С физико-химической и геологической точек зрения минералы могут образоваться:

– при остывании сложного силикатного расплава (магмы) – эндо-генный процесс;

– под действием повышенных давлений и температур и следу-ющей за ними перекристаллизации – метаморфогенный процесс;

– под воздействием изменения термодинамических условий существования минералов на поверхности Земли (различные процессы выветривания, осадконакопления и диагенеза) – экзогенный процесс.

Все процессы образования минералов тесно связаны взаимными переходами и оказывают влияние друг на друга. При этом протекают процессы взаимодействия химических элементов между собой (изоморфизм, псевдоморфизм, полиморфизм, парагенез), влияющие на условия распространения и нахождения минералов.

Изоморфизм. Под изоморфизмом понимают способность хими-ческих элементов замещать друг друга в кристаллических структурах минералов родственного состава без нарушения их строения. В основу современного определения изоморфизма заложено свойство веществ образовывать смешанные кристаллы с непрерывным измене-нием состава и свойств в определенном интервале. Так, при изо-морфном замещении ионов у сидерита и магнезита образуется брей-нерит:

FeCO₃ + MgCO₃ → (MgFe)CO₃

^{сидерит магнезит брейнерит}

Изоморфную смесь молекул форстерита (Mg₂SiO₄) и фаялита (Fe₂SiO₄) представляет собой минерал оливин (MgFe)₂SiO₄. Примеров изоморфного замещения в природе очень много.

Псевдоморфизм (ложноформие) – минеральные образования, внешняя форма которых не соответствует их минеральному составу и внутреннему строению. Псевдоморфизм возникает в результате заме-щения вещества одного минерала другим с сохранением внешней формы замещаемых кристаллов. При определении псевдоморфозы указывают название прежнего вещества и замещающего его мине-рала, сохраняющего его форму (лимонит по пириту, халцедон по дереву и т.д.). Различают: псевдоморфозы превращения или изме-нения, в которых сохраняется связь между новым минералом и прежним, за счет которого возникла псевдоморфоза (лимонит по сидериту, малахит по лазуриту); псевдоморфозы вытеснения или замещения (кварц по бариту, халцедон по дереву и т.д.); псевдоморфозы заполнения, возникающие в результате заполнения пустоты, образовавшейся при растворении какого-либо минерала.

Полиморфизм (многоформие) – способность (свойство) некоторых веществ, как простых, так и сложных, образовывать в различных термодинамических условиях две или несколько модификаций минералов, сохраняя одинаковый химический состав, но с различными физико-химическими свойствами, в том числе с различной кристаллографической структурой. Примером могут служить кристаллические кубы алмаза (С) и гексагональные отдельности графита (С), ромбический марказит (FeS₂) и кубы пирита (FeS₂).

Парагенезис – совместное нахождение минералов или горных пород, связанных генетически. Парагенетическими являются закономерные ассоциации минералов и горных пород, характеризующиеся общностью источника материала и близкими геотектоническими условиями формирования. Так, золото образуется совместно с кварцем, серебро со свинцом, драгоценные камни – топазы, изумруды – приурочены к богатым слюдами пегматитам, алмазы образуются в бескварцевых породах – кимберлитах и т.д.