Основные направления исследований

В минералогии можно выделить несколько основных направлений, иногда они са­мостоятельны, иногда перекрывают друг друга, часто неотделимы от смежных наук. Часть исследований удобно объединить под названием теоретической минералогии, часть—отнести к прикладной.

Основными направлениями теоретической минералогии в настоящее время явля­ются:

1) кристаллохимия минералов;

2) физика минералов;

3) учение о генезисе (происхождении) минералов, в том числе: —о космологических закономерностях,

—о закономерностях образования и распределения минералов в разных геологиче­ских системах,

—о закономерностях образования минеральных индивидов и их агрегатов, —о химической среде, давлении и температуре минерал ©образования;

4) биоминералогия;

5) учение о типоморфизме, т.е. о зависимости особенностей структуры, состава, свойств минералов и формы их кристаллов от условий образования.

Главные направления в прикладной минералогии сейчас таковы: 1) диагностика минералов (определение минерального состава горных пород и руд, установление морфологии, состава, свойств минералов);

2) поисковая минералогия;

3) технологическая минералогия;

4) техническая минералогия;

5) минералогическое материаловедение.

Особая область исследований—это экспериментальная минералогия и синтез тех­нически ценных кристаллов. Еще одна особая область — это исследования по геммоло­гии

Минералогия и геммология перекрывают друг друга в области исследования при­родного камнесамоцветного сырья, изучения его свойств, в выборе приемов обработки камня, диагностике драгоценных и поделочных камней в сыром виде и в изделиях. Но у минералогии и геммологии свой круг задач, свои объекты и цели, выходящие за пределы этой общей для них области.

Перечисленные направления не исчерпывают всего многообразия минералогии. Ак­тивными центрами многоплановых минералогических исследований являются Апа­титы, Иркутск, Киев, С.-Петербург, Львов, Москва, Новосибирск, Екатеринбург, Сык­тывкар. Созданы специальные институты — минералогии УНЦ РАН в Миассе, геохи­мии и физики минералов в Киеве, экспериментальной минералогии РАН в г. Черно­головке, синтеза минерального сырья в г. Александрове. В каждом территориальном геологическом учреждении имеются минералогические отделы и лаборатории. Су­ществует сеть институтов минерального сырья и институтов минеральных ресурсов (в Москве, Симферополе, Алма-Ате, Тбилиси, Новосибирске, Иркутске, Хабаровске), решающих вопросы региональной минералогии и освоения новых видов минерального сырья.

Кристаллическая структура и химический состав минералов вводные понятия

Каждый минерал характеризуется своей конституцией—только ему присущим определенным единством его кристаллической структуры и химического состава. Кон­ституция минерала, по определению Д. П. Григорьева, это его сущность как природ­ного химического соединения. Вещества одного и того же состава, но разной струк­туры имеют, следовательно, разную конституцию. В физике и химии мы относим их к разным полиморфным модификациям, в минералогии считаем разными минера­лами. Так, природный углерод встречается чаще всего в двух полиморфных моди­фикациях— в виде алмаза и графита. В первом атомы углерода "упакованы" плотно и скреплены сильными химическими связями, во втором атомы располагаются сло­ями, связи сложны. Естественно, что морфология кристаллов и физические свойства этих двух минералов резко отличаются. Известно по три и более природных поли­морфных модификаций одного и того же химического состава (например, у ТЮг их три — анатаз, брукит, рутил, у БЮг около десяти—кварц, тридимит, стишовит и др.). Каждая полиморфная модификация устойчива при своих значениях температуры, да­вления и химической обстановке в среде минералообразования.

Однако есть минералы разного состава, но одинакового структурного типа. Мы будем называть их изоструктурными соединениями. Таковы,

например, РезОз (гема­тит) и АЬОз (корунд), В1г8з (висмутин) и БЬгЗз (стибнит), БпОг (касситерит), МпОг (пиролюзит) и ТЮг (рутил), MgAl204 (шпинель) и Ре2+Ре§+04 (магнетит). Свойства и условия образования этих соединений различны, но по морфологии их кристаллы часто имеют много сходного между собой.

Наконец, среди некоторых изоструктурных минералов имеются соединения разного промежуточного состава, например шпинель, обогащенная железом (Ре2+) за счет со­ответствующего недостатка в ней магния, или магнетит с химической примесью алю­миния за счет соответствующего дефицита Ре3+. Такие минералы Я.Вант-Гофф по первой их аналогии с водными истинными растворами назвал в 1890 г. твердыми растворами. В зависимости от количества химических примесей находятся свойства минерала, вид и характер огранки кристаллов, изменяются его структурные особен­ности. Разные примеси входят в состав минерала в разных условиях его образования.

Взаимосвязь состава, структуры, характера связей в кристаллах разных веществ, в частности в минералах, изучается в особом разделе кристаллографии. Этот раздел называется кристаллохимией. В настоящей главе изложены лишь основные понятия о пространственной решетке, плотнейшей упаковке, координации и радиусах атомов и ионов в кристаллах, законах вхождения химических примесей в минералы. Материал во избежание повторений дан в том объеме, в каком он дополняет общеизвестные поло­жения химии и физики о кристаллическом строении вещества и характере химических связей.