Скелетные кристаллы и дендриты

Скелетные кристаллы известны всем по снежинкам — это шестилучевые кристаллы льда, причем каждый луч имеет ребристое строение. Вся снежинка как бы огранена входящими углами; если ее очертить, получится обычный гексагональный кристалл льда, а в природе он словно бы образован за счет роста кристалла только вершинами и ребрами. Скелеты—это вершинные и реберные формы роста кристаллов. Такие по формам роста кристаллы бывают у нашатыря, галита (рис. 46), галенита, кварца и других минералов.

Рис. 46. Скелетный (ящичный) кристалл галита (а) и схема роста скелетных кристаллов за счет влияния на них отравляющей примеси (б) (Саратовкин, 1953).

В лабораторных условиях скелетные кристаллы обычно растут из сильно пересы­щенных растворов. Полагают, что их образование в этих условиях происходит в двух случаях. Во-первых, они растут, когда диффузия вещества к кристаллу затруднена, поэтому кристалл быстрее растет теми своими частями, у которых больше удельная поверхность, т.е. это выступающие части кристалла—его вершины и ребра. Во-вторых, скелетные кристаллы образуются, когда в растворе есть не входящие в кри­сталл примеси, но оседающие на его гранях. Эти примесные частицы отталкиваются растущим кристаллом, их плотность все возрастает в центре граней, а у вершин и ребер она меньше, поэтому рост у вершин и ребер идет быстрее, чем в центре граней.

Своеобразной разновидностью скелетных являются футляровидные кристаллы

Опытным путем они получены при росте оливина в вязком расплаве. В природе та­кие кристаллы бывают изредка у берилла (рис. 47) и апатита при их росте в особых условиях в зернистой кварц-полевошпатовой массе в так называемых пегматитах.

Рис. 4?- Схема роста футляровид-ного кристалла берилла (Дядьки-на, 1962).

Рис. 48. Дендрит меди.

Дендриты—это тоже результат вершинного и реберного роста кристаллов, но иду­щего при неравномерной диффузии вещества к кристаллу. Это причудливые моно­кристаллы, по виду напоминающие ветвящееся растение, отсюда и их название "ден­дриты". Примечательно, что каждая "веточка" огранена, углы разветвления точно отвечают углам между гранями обычных кристаллов (рис. 48). Образование дендри-тов особенно характерно для самородных золота, меди, серебра, пиролюзита.

Метасомы (или метакристаллы) —это кристаллы, образующиеся в твердой горной породе. Их рост начинается в межзеренном пространстве из поровых, межгрануляр­ных растворов и идет одновременно с разъеданием, замещением растущим кристаллом зерен других минералов, слагающих горную породу. На фронте роста кристалла по­стоянно сохраняется капиллярная пленка раствора, в котором и проходят процессы резорбции и кристаллизации. Метасомы обычно располагаются цепочками, словно маркируя трещины и другие каналы, подводившие к ним вещество через окружаю­щую горную породу

Внешне метасомы выглядят как обычные кристаллы, внутри них бывают заключены остатки (реликты) не до конца замещенных зерен окружающей горной породы. Иногда метасомы имеют футляровидное строение, т.е. их образова­ние шло по механизму роста скелетных кристаллов.

Метасомы очень характерны для метаморфических горных пород (например, ими являются крупные хорошие кристаллы гранатов и кианита в кристаллических слан­цах), встречаются метасомы в магматических и осадочных горных породах.

Частной разновидностью метасом являются пойкилокристаллы. Они как бы запол­няют межзеренное пространство горной породы и сохраняют почти незамещенными зерна этой породы. Широко известны под именем репетекского гипса пойкилокри­сталлы этого минерала, выросшие в песчаниках выше уровня грунтовых вод в Кара­кумах (рис. 49, 50), такие же кристаллы имеются в Сахаре—"розы Сахары". Пойки­локристаллы кальцита в Фонтенебло в виде ромбоэдров выросли в песке и наполнены на 75-80% их объема песчинками.

МЕТАСОМЫ И ПОЙКИЛОКРИСТАЛЛЫ

Рис. 49. Сросток пойкилокристаллов гипса (репетекский гипс), вынутый из песка в Каракумах у ст.Репетек.

Рис. 50. Каждый пойкилокристалл репетекского гипса (черное) состоит из множества песчинок, сцементированных единым кристаллом гипса.

МИКРОРЕЛЬЕФ ПОВЕРХНОСТЕЙ КРИСТАЛЛОВ

Вглядимся вновь в кристаллы, казавшиеся нам до сих пор одним из выражений совершенства природы. Грани их отнюдь не плоские, как это виделось нам на первый, неискушенный взгляд, на кристаллах имеются и совсем вроде бы случайные по своей морфологии поверхности. На гранях чаще всего бывают заметны следующие элементы их микрорельефа: конуса (бугорки), штриховка, паркетчатость, лунки, отпечатки дру­гих кристаллов и зерен, ямки травления; разумеется, не все они встречаются вместе.

Конуса свойственны скоплениям винтовых дислокаций, они обычно очень широкие и совсем низкие. В редких случаях на них заметны ступеньки роста, их контуры, как правило, отражают симметрию граней.

Штриховка образуется либо в результате незавершенного роста слоев, либо за счет стремления кристалла ограниться другой простой кристаллографической фор­мой. Первая разновидность штриховки не имеет особого названия. Она проявляется в виде ступенчатых террас, возвышений, площадок, контуры которых отражают сим­метрию грани. Каждая ступенька—это не один слой (он невидим невооруженным глазом), а множество элементарных слоев. Новые слои генерировались у того же цен­тра, но с запозданием по отношению к нижним. Все слои двигались по грани друг за другом, а если рост кристалла прекращался, они останавливались и давали сложную микроскопическую поверхность, воспринимаемую невооруженным глазом как одиноч­ная ступенька

Такие ступенчатые террасы характерны для граней тетраэдра кри­сталлов цинковой обманки, они установлены на кристаллах берилла, алмаза и вообще не являются редкостью. Подобная штриховка формируется, например, при росте кри­сталла в условиях перепада (уменьшения или возрастания) концентрации вещества.

Вторая разновидность штриховки называется комбинационной. Наиболее типич­ный и простой пример — кристаллы пирита со штриховкой на гранях гексаэдра (куба) (рис. 51). Каждый штрих, как оказывается, имеет три поверхности—одну горизон­тальную (она параллельна грани куба) и две боковые (они наклонены вправо и влево от штриха, угол их наклона точно отвечает углу Пентагон-додекаэдра). Комбинаци­онная штриховка возникает при продолжении роста кристалла в изменившихся усло­виях и отражает эволюцию его огранки. В рассмотренном примере на месте граней куба постепенно сформируются грани Пентагон-додекаэдра. У обеих разновидностей штриховок ее более грубые и редкие штрихи указывают на большие пересыщения рас­творов; грани, обращенные в сторону подтока вещества, также имеют более грубую

штпиупнку

Паркетчатостъ состоит в том, что грани кристаллов иногда как бы сложены из отдельных полиго­нальных террас, несколько разори-ентированных относительно друг друга. Такие кристаллы бывают у граната и кварца из некоторых ме­сторождений и у многих других ми­нералов. Паркетчатость граней яв­ляется следствием мозаичного (блоч­ного) внутреннего строения таких кристаллов.

Лунки—это углубления на гран­ях над незаросшими включениями, которые были захвачены кристаллом во время его роста.

Отпечатки других более ранних кристаллов и зерен чаще всего вы­глядят как шероховатости, случай­ные неровности граней, но деталь­ные исследования показывают, что и они имеют свою тончайшую скуль­птуру, подчиненную геометрическим законам роста кристаллов. Визуаль­но она обычно незаметна.

Рис. 51. Комбинационная штриховка на гранях куба пирита.

Особым видом отпечатков соседнего кристалла является так называемая индук­ционная штриховка. Она образуется при совместном (одновременном) росте двух кристаллов. Такую штриховку несут на поверхностях соприкосновения кристаллы кварца, граната и других минералов в друзах (рис. 52). Ступеньки этой штриховки отвечают чередующимся граням то одного, то другого кристалла.

Ямки травления являются результатом начавшегося растворения кристалла. Они бывают двух типов — конусовидные и с плоским дном. Первые формируются на вы­ходах винтовых и краевых дислокаций. Вторые располагаются на тех местах грани, где имеются скопления точечных дефектов.

Рис. 52. Индукционные поверхности (поверхности совмест­ного роста) на кристаллах граната, извлеченных из друзы.

ВКЛЮЧЕНИЯ В КРИСТАЛЛАХ

В кристаллах бывают гомогенные (твердые, жидкие, газообразные) и гетерогенные включения

Возникают они по-разному. Имеются включения реликтовых (остаточ­ных) твердых фаз, среди которых рос кристалл, включения сингенетичных (одновре­менных с ростом кристалла) веществ, а также эпигенетические, образованные в уже сформировавшемся кристалле.

Включения остаточных твердых фаз—это зер­на и кристаллы более ранних минералов, играв­ших роль механических препятствий при росте кристалла. Если он не смог их растворить или от­толкнуть силой своего кристаллизационного да­вления (по имеющимся немногим пока измере­ниям, она может быть большой—порядка 107 Па=100 кг/см2), кристалл захватывает чу­жеродные тела и заключает их в себя как ме­ханические примеси. Иногда они маркируют со­бой зоны роста—"садятся" на поверхность кри­сталла, а потом покрываются новой зоной про­должающего рост кристалла. Каждый такой "на­лет пыли" отвечает смене условий кристаллиза­ции. Такие включения типичны для прозрачных кристаллов горного хрусталя в пустотах среди сланцев (рис. 53)—присыпки хлорита повторя­ются в них по нескольким зонам роста, получа­ются как бы кристаллы в кристалле ("матреш­ки"), их называют фантомами (от франц. £ап­

Рис. 58. Фантомы кварца с присып­ками чешуек хлорита по зонам роста.

tуme — призрак). Кристаллы разных минералов, растущих в одном и том же месте, no-разному взаимодействуют с чужеродными частицами

Так, вырастающие на дне соляных озер кристаллы астраханита (гидросульфат натрия и магния) поглощают ча­стицы ила, а здесь же выросшие кристаллы эпсомита (гидросульфат магния) свободны от них. С другой стороны, кристаллы гипса при росте в глине отталкивают ее частицы, при росте в песке захватывают зерна кварца. Пойкилокристаллы и метасомы—это тоже примеры кристаллов с остаточными включениями твердых фаз.

Включения сингенетичных с ростом кристалла фаз—это захваченные им вклю­чения минералообразующей среды. Они имеют неправильную форму или вид отри­цательного кристалла и размеры от сотых до десятых долей миллиметра; изредка отмечались и более крупные (до 2 — 3 см) включения. По агрегатному состоянию в условиях обычных температуры и давления эти включения разные — жидкие, жидкие с газовым пузырьком, жидкие с твердыми фазами, чисто газовые, газовые, жидкие и твердые (рис. 54). Газ чаще всего представлен СОг, твердые фазы—-мельчайшими кристалликами FeS, хлористого натрия, углекислого натрия и других солей. Описы­ваемые включения при нагревании гомогенизируются, а затем взрываются. Имеется специальная аппаратура по изучению фазового состава таких включений и их по­ведения при нагревании с целью получения косвенных сведений о характере среды, температуре и давлении, при которых шло минералообразование. Такие исследова­ния были начаты еще в прошлом веке

В последние десятилетия большой вклад в разработку теории и методов изучения газово-жидких включений сделан Н. П. Ерма­ковым, А.И.Захарченко, Ю.А.Долговым и др. Совсем недавно выявлен новый тип включений, трактуемых их исследователями как затвердевшие остатки расплавов, за­хваченные кристаллами при их росте из магмы. Проблема всех методик изучения включений одна: насколько близко их состав, температура и давление их гомогениза­ции отвечают реальным условиям роста кристалла? Но пока эта проблема не решена.

И, наконец, эпигенетические включения. Они образуются по трещинам кристалла. Это могут быть газово-жидкие включения —остатки поздних растворов, проникавших в кристалл по секущим трещинам после его образования. К таким же трещинам мо­гут быть приурочены мельчайшие жилки, цепочки зерен и кристаллов более поздних минералов.

Рис. 54- Включения газа (1), жидкости (2) и минералов-узников (3-6) в кварце и топазе.

ЛОЖНЫЕ КРИСТАЛЛЫ —ПСЕВДОМОРФОЗЫ

Псевдоморфоза (от греч. рвеиёов — приставка, соотв. русскому "лже...", тогрпё— форма, вид)—это кристалл или зерно минерала, замещенные без изменения его формы другим минералом или смесью минералов, отсюда происходит и название. У этих образований часто сохраняются даже мельчайшие детали поверхности первона­чальных кристаллов и зерен (рис. 55).

Псевдоморфозы—словно окаменевшие свиде­тельства былых химических процессов, по ним мы видим исходный продукт и конечный резуль­тат процесса, что позволяет сделать аргументи­рованные предположения о химических реакциях минералообразования. Приведем простые при­меры. Кристаллы пирита часто при окислении в поверхностных условиях замещаются лимони­том— плотной коричневой порошковатой массой, смесью разных гидроксидов Ре3+. Кристаллы ка­лиевого полевого шпата при выветривании легко замещаются порошковатым агрегатом каолина. Еще один способ образования псевдоморфоз— полиморфные превращения веществ при изменении температуры и давления. Они получили особое название — параморфозы. Так возникают параморфозы а-кварца по /?-кварцу (температура превращения 575°С при 105 Па).

Процесс псевдоморфного замещения минералов может происходить как цепь после­довательных химических реакций. Пример — возникновение псевдоморфоз лимонита (смесь гидроксидов Ре3+) по кальциту (карбонат кальция): промежуточной стадией было, видимо, замещение кальцита сидеритом или доломитом (железосодержащие карбонаты) по цепи СаСОз —► РеСОз -> гидроксиды Ре.

Интересными природными образованиями являются так называемые пустотелые псевдоморфозы—отпечатки в горной массе кристаллов растворившихся минералов, место которых осталось незанятым.

Псевдоморфозы—один из информативных критериев для познания генезиса мине­ралов.

Рис. 55. Псевдоморфоза.