Минералы и горные породы. Учебное пособие

1.2. Методы определения минералов

невооруженным глазом признаков минералов. Такими важнейшими признаками являются физические свойства и формы нахождения минералов в природе, отражающие в совокупности их состав, строение,

а также условия образования.

Физические свойства минералов. К основным физическим свойствам минералов, определяемым при визуальной диагностике, относятся оптические, механические и особые свойства (Практическое руководство..., 2011).

Оптические свойства минералов включают окраску, цвет черты,

блеск и прозрачность.

Окраска, или цвет минералов бывает самой разнообразной и является одним из наиболее ярких и выразительных внешних признаков. Одни минералы всегда имеют только один характерный для них цвет. Окраска других может широко изменяться даже в пределах одного минерала.

Окраска минерала имеет сложную природу и определяется его химическим составом, особенностями внутренней структуры, наличием химических и механических примесей. Кроме того, цвет минерала может осложняться интерференцией света в его поверхностных частях, цветными пленками разной природы и некоторыми другими причинами.

Лишь в редких случаях цвет является характерным и постоянным признаком минерала. Для объективного определения цвета минерала его обязательно сравнивают с цветом в порошке – цветом черты, оставленной минералом на шероховатой (неглазурованной) фарфоро-

вой пластинке, называемой бисквитом.

Цвет минерала в порошке, или цвет черты является в ряде случаев более постоянным свойством и служит, таким образом, более надежным диагностическим признаком. Цвет минерала в порошке может совпадать с цветом самого минерала, но может и значительно отличаться. При этом расхождения в цвете играют иногда решающую роль в определении минерала. Особенно это характерно для рудных минералов: например, у гематита цвет кристаллов стально-серый, а черта вишнево-красная. Минералы, твердость которых больше твердости бисквита, оставляют на фарфоре царапину и черты не дают.

11

Глава 1. МИНЕРАЛЫ

Блеск является результатом отражения света от поверхности минерала. Различают минералы с металлическим и неметаллическим блеском. Иногда дополнительно выделяют металловидный блеск.

Металлический блеск, напоминающий блеск поверхности металла, имеют минералы, дающие в большинстве случаев черную черту. Металловидный (или полуметаллический) блеск характерен для минералов, поверхность которых имеет вид потускневшего металла.

Неметаллический блеск свойственен подавляющей части всех известных минералов. Минералы с неметаллическим блеском дают светлоокрашенную черту (любую цветную или белую) или черты не дают совсем. Среди неметаллических блесков обычно различают: алмазный – самый интенсивный, сильный, искрящийся; стеклянный – напоминает блеск поверхности стекла и является самым распространенным; жирный – блеск, при котором поверхность минерала кажется как бы смазанной тонкой пленкой жира; восковый – близок к блеску восковой свечи; перламутровый – подобен блеску перламутровой поверхности раковины; шелковистый – сходен с блеском шелковых нитей; матовый – отсутствие блеска.

Блеск одних и тех же минералов на гранях кристаллов, в их изломах и агрегатах обычно разный. Это необходимо учитывать и ис-

пользовать при визуальной диагностике минералов.

Прозрачность характеризует способность минералов пропускать свет. По степени прозрачности все минералы разделяют на прозрачные, пропускающие свет подобно обычному стеклу, просвечивающие, пропускающие свет по краям или в тонком сколе, и непрозрачные, через которые свет совсем не проходит.

Минеральные агрегаты, состоящие не из одного минерала, а их многих зерен, часто кажутся непрозрачными из-за внутреннего рассеяния и отражения света. Прозрачные минералы при этом могут приобретать молочно-белую окраску. Непрозрачными обычно являются минералы, представляющие собой самородные металлы, многие сульфиды, оксиды железа и др.

Механические свойства минералов весьма разнообразны. К важнейшим из них, определяемым при визуальной диагностике, относятся спайность, излом, твердость и плотность.

12

1.2. Методы определения минералов

Спайность – способность минералов раскалываться по определенным направлениям с образованием разных поверхностей скола, называемых плоскостями спайности.

Спайность свойственна исключительно кристаллическим веществам и всегда соответствует направлениям наименьшего сцепления частиц в кристаллической структуре минерала.

Спайность относится к наиболее характерным диагностическим признакам минералов. В зависимости от того, насколько легко образуются сколы по плоскостям и насколько они выдержаны, выделяют различные степени спайности: Существует следующая условная шкала для оценки спайности: 1) спайность весьма совершенная – минерал легко раскалывается на тонкие пластинки или листы с образованием ровных блестящих поверхностей (слюда); 2) спайность совершенная – минерал раскалывается на более толстые пластинки или бруски с ровными поверхностями (кальцит, сфалерит); 3) спайность средняя – поверхность скола не всегда ровная и блестящая (эпидот); 4) спайность несовершенная или плохая – сколы по плоскостям крайне редки, развит неровный излом (распознавание такой спайности затруднено).

У многих минералов спайность отсутствует (например, кварц). При наличии спайности минерал может раскалываться по одному, двум, трем и более направлениям. Степень совершенства спайности по ним всегда различна. Если спайность выражена в нескольких направлениях, необходимо определять взаимное расположение плоскостей спайности, характер поверхностей и угол, образуемый ими, что важно для диагностики некоторых минералов.

Излом – вид сложной поверхности, образующейся при раскалывании минералов не по плоскостям спайности. Эта характеристика дополняет описанную выше спайность. Различают неровный, ступенчатый, занозистый, крючковатый, раковистый и другие виды изломов. Вид излома иногда является характерной особенностью некоторых минералов

(например, раковистый излом у кварца), что помогает в их диагностике. Твердость представляет собой один из важнейших диагностиче-

ских признаков минералов. Под твердостью понимается способность минерала противостоять внешнему механическому воздействию (царапанию, истиранию, вдавливанию и др.). Для определения твердости

13

Глава 1. МИНЕРАЛЫ

применяется шкала, известная как шкала твердости Мооса (по имени немецкого минералога Ф. Мооса). В шкалу в качестве эталонов входят десять минералов, расположенных в порядке увеличения твердости: 1 – тальк, 2 – гипс, 3 – кальцит, 4 – флюорит, 5 – апатит, 6 – ортоклаз, 7 – кварц, 8 – топаз, 9 – корунд, 10 – алмаз. Порядковый номер минерала определяет его относительную твердость, и каждый предыдущий минерал шкалы царапается последующим минералом.

Определение твердости исследуемого минерала проводится путем царапания его поверхности эталонными минералами. При этом отмечают, какой из эталонных минералов дает черту и какой оставляет царапину. Если, например, апатит (твердость 5) оставляет царапину на исследуемом минерале, а флюорит (твердость 4) не царапает его, а дает черту, то твердость исследуемого минерала определится как промежуточная между ними, т. е. примерно 4,5.

Для определения твердости минералов можно также пользоваться некоторыми распространенными предметами, твердость которых близка к твердости минералов-эталонов. Так, графит мягкого карандаша имеет твердость 1; ноготь – 2–2,5; гвоздь – 4; стекло – 5; стальной

нож, игла – 6.

Плотность (удельный вес) минералов колеблется в широких пределах: от значений, примерно равных единице, до 23 г/см3. Плотность зависит от химического состава и структуры минералов. Подавляющая масса минералов имеет плотность от 2,5 до 3,5.

Количественное определение плотности возможно только в лабораторных условиях. На практике обычно ограничиваются качественной характеристикой, разделяя минералы по плотности простым взвешиванием на ладони и отнесением их к группе легких (плотность до 3), средних (плотность от 3 до 4) или тяжелых (плотность более 4). Некоторые минералы легко узнаются по большой плотности (барит). Как правило, минералы, содержащие в своем составе тяжелые металлы, имеют высокую плотность.

Особые свойства характерны лишь для некоторых минералов, но

их наличие облегчает решение диагностических задач.

Магнитность – свойство, присущее немногим железосодержащим минералам. Наиболее ярко выражена у минерала магнетит, что

14

1.2. Методы определения минералов

нашло отражение в его названии. Магнитность выявляется при помощи магнитной стрелки, которая отклоняется при поднесении к ней

испытуемого образца.

Реакция с соляной кислотой является характерным диагностическим признаком для ряда минералов класса карбонатов. Так, кальцит бурно вскипает при действии на него слабой (5–10 %) соляной кислотой. Доломит вскипает с кислотой только в порошке. Магнезит – при действии нагретой соляной кислоты.

Вкус. На вкус определяются лишь некоторые растворимые в воде соли. Этим методом легко отличить, например, каменную соль от сильвина: последний имеет горько-соленый вкус.

Запах. При горении, ударе, трении некоторые минералы издают характерные запахи. Так, запах сернистого газа ощущается при горении серы и при резком ударе по пириту. При трении одного куска фосфорита о другой появляется запах, напоминающий запах сгоревшей спички или

жженой кости. При смачивании водой каолин приобретает запах «печки». Штриховка граней кристаллов характерна для ряда минералов.

У различных минералов штриховка имеет разную ориентировку, которая в некоторых случаях может служить важным диагностическим признаком. Так, например, характерным отличием топаза от кварца является его грубая вертикальная штриховка вдоль вытянутых граней в отличие от горизонтальной штриховки у кварца; для кубических кристаллов пирита характерна взаимно перпендикулярная штриховка

соседних граней и др.

Формы нахождения минералов в природе. Весьма разнообразны и зависят главным образом от условий образования. Многие из них, наряду с описанными выше физическими свойствами, служат важными диагностическими признаками при определении минералов.

В природе минералы встречаются либо в виде отдельных кристаллов, либо в виде различных скоплений минералов, называемых мине-

ральными агрегатами.

Кристаллы встречаются в природе сравнительно редко и возникают в благоприятных для роста условиях. Они образуются преимущественно в свободных полостях – в трещинах и пустотах горных пород, где могут свободно (нестесненно) расти.

15

Глава 1. МИНЕРАЛЫ

Формы природных кристаллов-минералов чрезвычайно разнообразны. В наиболее общем виде различают следующие основные формы кристаллов:

–изометричные, одинаково развитые по всем трем направлениям (пирит, сфалерит, магнетит);

–удлиненные в одном направлении – столбчатые, игольчатые, лучистые, волокнистые (турмалин, барит, кварц);

–вытянутые в двух направлениях или уплощенные – таблитчатые, листоватые, пластинчатые, чешуйчатые (биотит, хлорит). Некоторые минералы образуют закономерно сросшиеся кристал-

лы, называемые двойниками. Двойники возникают в результате вза-

имного прорастания или срастания кристаллов одного минерала. Минеральные агрегаты являются наиболее часто встречающимися

формами нахождения минералов в природе. Среди них различают кристаллические и аморфные агрегаты, слагающие горные породы, а также ряд четко обособленных минеральных скоплений различной формы.

Кристаллические агрегаты представляют собой сплошные массы произвольно сросшихся кристаллических минеральных зерен. Каждое зерно – неогранившийся, неоформившийся кристалл, выросший в стесненных условиях. Кристаллические агрегаты различают по характеру зернистости, составу, размерам и форме зерен, ими сложены все кристаллические породы.

Аморфные агрегаты образуют плотные стекловидные или рыхлые землистые массы. Характерны для некоторых осадочных горных пород и почв.

Четко обособленные минеральные скопления из-за особенностей строения и формы получили собственные названия.

Друзы (от нем. druse – щетка) – скопления отдельных хорошо образованных кристаллов, имеющих общее основание. Образуются при свободном росте кристаллов в открытых полостях. Если в друзе кристаллы параллельны, такая кристаллическая форма называется щеткой. Друзы и щетки характерны для многих минералов, встречающих-

ся в виде хороших кристаллов (кварц, кальцит, пирит и др.). Дендриты (от греч. δένδρον – дерево) – имеют ветвистое древо-

видное строение и похожи на отпечатки растений. Образуются в ре-

16

1.2. Методы определения минералов

зультате быстрой кристаллизации минералов в тонких трещинах и порах породы. Особенно часто встречаются дендриты оксидов марганца и самородной меди.

Секреции (от лат. sekretio – выделение) – образования округлой или неправильной формы. Возникают в результате постепенного заполнения минеральным веществом пустот в породе. Имеют обычно концентрическое строение, отражающее последовательное отложение минерального вещества от стенок пустоты к центру. Часто в центре секреций остается свободное пространство, выполненное нередко друзами или щетками кристаллов. Наиболее известны секреции хал-

цедона с друзами кварца. Мелкие секреции (до 10 мм в поперечнике) называются миндалинами, крупные – жеодами.

Конкреции (от лат. concretio – стяжение, сгущение) – образования более или менее округлой формы. Возникают в результате стяжения минерального вещества вокруг какого-либо центра кристаллизации. При этом рост кристаллов идет, в отличие от секреции, от центра к периферии. В результате часто имеют радиально-лучистое или концентрическое (скорлуповатое) внутреннее строение. Встречаются обычно в рыхлых осадочных породах – глинах и песках. Примером могут служить конкреции фосфоритов, сидеритов и др. Размеры этих образова-

ний – от миллиметров до десятков сантиметров.

Оолиты (от греч. ῴόν – яйцо + λίθος – камень) – мелкие (от долей миллиметров до первых сантиметров) округлые минеральные образования, обычно концентрического строения, близкие к конкрециям. Наиболее часто образуются в горячих источниках, в морских и озерных илах. Иногда совместно с оолитами встречаются образования округлой формы – горошины и бобовины, лишенные концентрическо-

го строения.

Натечные агрегаты образуются в свободном пространстве пещер или пустот в горных породах путем кристаллизации минерального вещества из просачивающихся поверхностных и/или подземных вод при медленном испарении последних. Натечные формы имеют вид сосулек, почек, корок и др. Натеки, свисающие в виде сосулек со сводов пустот, называются сталактитами (от греч. σταλακτίτης – капающий), растущие вверх со дна пещер – сталагмитами (от греч. στάλαγμα – ка-

17

Глава 1. МИНЕРАЛЫ

пля). В натечных формах встречаются разные минералы. Наиболее

обычны для кальцита.

Налеты, выцветы, присыпки, корочки – тонкие пленки минералов, встречающиеся на поверхности горных пород. Чаще всего это хорошо растворимые минералы, например галит, гипс и др.

Иногда минералы принимают несвойственную им форму, созда-

вая точную копию другого минерала. Такие формы называются псевдоморфозами (от греч. ψενδήζ – чужой). Характерным примером яв-

ляются псевдоморфозы лимонита по пириту, представляющие собой кристаллы кубической формы полностью окисленного и перешедшего в лимонит пирита. Часто встречаются также псевдоморфозы гипса по каменной соли, халцедона по дереву и др., в которых органическое вещество целиком замещается минеральным, но при этом сохраняются все особенности первоначальной формы.

Контрольные вопросы к параграфу 1.2

1.По каким внешним признакам проводится макроскопическое определение минералов?

2.Какие диагностические характеристики входят в состав основных и особых физических свойств минералов?

3.Что такое минеральные агрегаты и как они подразделяются?

4.Какие минеральные агрегаты известны под собственными названиями?

1.3. Классификация минералов и их описание

Существует множество классификаций минералов по разным признакам. Современная классификация основывается на двух признаках: химическом (химическом составе) и структурном (кристаллической структуре). Все важнейшие свойства минералов являются следствием их определенного химического состава и закономерного внутреннего строения.

В настоящем пособии приводится упрощенная схема классификации минералов, отражающая самую общую картину их химического состава и кристаллического строения. Согласно этой классификации

18

1.3. Классификация минералов и их описание

все множество минералов подразделяется на элементарные (простые) вещества и химические соединения.

Среди элементарных веществ рассматривается один класс минералов, встречающихся в природе в свободном состоянии в виде отдельных химических элементов, – самородные элементы.

Среди соединений по химическому признаку выделяются следующие классы:

1.Сернистые соединения, или сульфиды, представляющие собой соединения металлов с серой.

2.Галоидные соединения, или галогениды. Это соединения металлов с галогенами – фтором, хлором и др.

3.Кислородные соединения, среди которых выделяются оксиды и гидроксиды – соединения элементов с кислородом и гидроксилом, а также соли кислородных кислот (серной, фосфорной, уголь-

ной и др.) – соединения элементов с кислотными радикалами [SO4]2–, [PO4]3–, [СO3]2– и др. Разделение минералов этого типа проводится именно по кислотным радикалам – так выделяются классы карбонатов, сульфатов, фосфатов и некоторые другие.

Итак, минералы по химическому признаку разбиты на типы, которые, в свою очередь, по этому же признаку подразделены на классы. Важнейшими классами, изучение которых входит в программу курса, являются следующие:

1.Самородные элементы, или простые вещества.

2.Сернистые соединения, или сульфиды.

3.Галоидные соединения, или галогениды.

4.Оксиды и гидроксиды.

5.Карбонаты.

6.Сульфаты.

7.Фосфаты.

8.Силикаты и алюмосиликаты.

Более дробная классификация минералов внутри классов (на подклассы) проводится по структурному признаку, что особенно четко выражено в силикатах (островные, кольцевые, цепочечные и т. д.).

19