Betekhtin

сложены часто тончайшими различно окрашенными концентрически зональ ными или плоскопараллельными слоями халцедона (рис. 191), могут иметь самые различные сочетания оттенков: черного с белым (арабский оникс), бурого с белым (сардоникс), красного с белым (карнео лоникс) и др.

Блеск кварца стеклянный, на изломе — слегка жирный, халцедона — восковой до

матового. Оптические константы. Кварц Рис. 191. Агат — концентрически зональный халцедон

оптически одноосный, положительный.

Ng = 1,553 и Nm = 1,544. Он обладает способностью вращать плоскость поляризации в ту или другую сторону в зависимости от того, имеем ли мы дело с правым или левым кварцем.

Твердость 7. Спайность у большинства индивидов кварца отсутствует или весьма несовершенная по ромбоэдру. У кристаллов с высокой степенью совершенства кристаллического строения (так называемых моноблоков) спайность по ромбоэдру средняя до ясной. Излом раковистый. Уд. вес 2,5– 2,8, для чистых разностей 2,65; β кварц, обладающий менее плотной упа ковкой, имеет несколько меньший удельный вес. Прочие свойства. Кварц способен пропускать ультрафиолетовые лучи. Обладает свойством пьезо электризации: под влиянием механических напряжений в нем возникают электрические заряды. Электрическими осями являются двойные, причем тот конец каждой двойной оси, который упирается в ребро, срезанное граня ми трапецоэдра, электризуется отрицательно, а противоположный конец — положительно. Температура плавления кварца 1713 °С. При застывании рас плава легко образуется кварцевое стекло (аморфный кварц), обладающее рядом особых свойств (кислотоупорностью, низким коэффициентом расши рения, способностью пропускать ультрафиолетовые лучи и др.).

Диагностические признаки. Кристаллы кварца легко узнаются по характерным для них формам и штриховке, поперечной к удлинению. Кварц в плотных агрегатах устанавливается по высокой твердости, рако вистому излому и отсутствию спайности.

Халцедон от похожих на него минералов (опала, смитсонита — Zn[CO3], скрытокристаллического флюорита и др.) отличается главным образом по твердости. Легко отличим также по оптическим свойствам.

П.п. тр. не плавится. С кислотами не реагирует, за исключением HF,

скоторой легко образует летучее соединение — SiF4. Поддается влиянию щелочей. На халцедон сильно действует КОН.

Происхождение и месторождения. Кварц, будучи широко распрост ранен в природе, входит в состав самых различных по генезису горных пород и рудных месторождений.

1.Во многих интрузивных и эффузивных кислых изверженных породах он, так же как и полевые шпаты и слюды, является существенной составной частью (в гранитах, гнейсах, кварцевых породах и др.). Порфировые крис таллы кварца в кислых эффузивных породах обладают кристаллически зо нальным строением, часто содержат включения вулканического стекла.

2.В крупных кристаллах (раухтопаз, морион, аметист и др.) он встре чается в пустотах среди пегматитов также в ассоциации с полевыми шпатами, мусковитом, иногда топазом, бериллом, турмалином и други ми минералами. Часто наблюдаются закономерные срастания его с круп ными индивидами калиевых полевых шпатов — ортоклаза или микро клина, напоминающие в приполированных штуфах еврейские письмена. Характерно, что все эти включения кварца в каждом данном кристалле полевого шпата оптически ориентированы одинаково.

3.Как постоянный жильный минерал, и притом в значительных мас сах, кварц распространен в чрезвычайно многочисленных на земном шаре гидротермальных месторождениях в ассоциации с самыми различными минералами: касситеритом, вольфрамитом, золотом, молибденитом, пи ритом, халькопиритом, турмалином, кальцитом, хлоритами и др. Почти всегда кварц содержит микроскопические включения газов, жидкостей

итвердых минеральных веществ.

Агаты и ониксы в виде миндалин (секреций) самых различных форм и размеров широко распространены во многих эффузивных горных по родах — мелафирах, базальтах, андезитах и др. (измененных пузыристых лавах). Образование их связано с проникновением концентрированных водных растворов кремнезема в заключительный этап гидротермальной деятельности среди этих пород.

4.При экзогенных процессах кварц и халцедон в виде тонкозернистых аг регатов образуются при просачивании и кристаллизации из холодноводных растворов кремнезема. При этом известны случаи образования в пустотах кри сталлов кварца, например в трещинах среди окремненных приповерхностных процессах тех или иных пород (известняков, серпентинитов и др.).

Зато гораздо шире в этих условиях образуется халцедон. Наблюдались случаи его отложения после опала в пустотах между колломорфными вы делениями последнего. Наиболее широко халцедон распространен в виде кремней в известняках, а также желваков в коре выветривания, напомина ющих по внешнему виду миндалины и жеоды однородного халцедона гид ротермального происхождения в изверженных эффузивных породах.

5.При метаморфических процессах кварц в значительных массах об разуется при обезвоживании опалсодержащих осадочных пород с обра зованием так называемых яшм и слоистых роговиков (чрезвычайно тон козернистых кварцевых и кварцево халцедоновых пород).

Однако наибольший интерес как с минералогической, так и с практи ческой точки зрения представляют жилы «альпийского» типа», образую

(сердолик, сардер) и агатов известны в виде богатых аллювиальных рос сыпей в Приамурье (Норское и Бурундинское).

Месторождения так называемого технического агата встречаются

вЗакавказье в Ахалцихском и других районах. В Армении известно Ид' жеванское месторождение поделочного агата. Генетически они связаны с покровами эффузивных пород.

Из иностранных месторождений благородных разновидностей квар ца следует упомянуть о месторождениях Бразилии в Минас Жерайс и Уругвая (главным образом аметист), Мадагаскара (горный хрусталь), Швейцарских Альп и т. д. Все эти месторождения большей частью пред ставлены пегматитовыми или кварцевыми жилами альпийского типа. Лучшие агаты известны в месторождениях Индии, Бразилии, Уругвая, Германии (Оберштайн, Рейнланд и др.).

Практическое значение. Применение кварца и халцедона разнообразно.

1.Прозрачные красиво окрашенные разности этих минералов приме няются в качестве поделочных камней для украшений.

2.Бесцветные горные хрустали употребляются для изготовления оп тических приборов.

3.В точной механике некоторые разности этих минералов (особенно технический агат) широко используются для изготовления подпятников

вмеханизмах, опорных призм, часовых камней и т. д.

4.В радиотехнике для изготовления пьезокварцевых пластинок как элементов стабилизаторов частот радиоволн, резонаторов и т. д. употреб ляются совершенно однородные недвойникованные кристаллы, облада ющие ярко выраженными пьезоэлектрическими свойствами (монобло ки горного хрусталя); для этих целей пригодны кристаллы размерами не менее 3,5 см между противоположными гранями призмы. В настоящее время кристаллы пьезокварца в больших объемах выращиваются искус ственно из растворов в щелочах; в качестве шихты при выращивании ис пользуется по возможности беспримесный природный кварц, требования

ктакому сырью также чрезвычайно высоки.

5.Из плавленого кварца изготовляется химическая посуда, отлича ющаяся огнеупорностью и кислотоупорностью, а также кварцевые лам пы, применяющиеся в медицине для лечения ультрафиолетовым светом, для которого кварц (один из немногих минералов) прозрачен.

6.В стекольно керамической промышленности для варки стекла и выделки фарфора и фаянса применяются чистые маложелезистые (до 0,002 %) кварцевые пески.

7.Применяется для производства карбида кремния — карборунда (SiC), обладающего высокой твердостью (выше, чем у корунда) и приме няемого в качестве первоклассного абразивного материала.

8.Тонкие кварцевые пески применяются в пескоструйных аппаратах для полировки поверхностей металлических и каменных изделий, а так же для распиловки горных пород и для ряда других целей.

9. Песчаники, состоящие из сцементированных окатанных зерен квар ца, и их метаморфизованные разности — кварциты (горные породы) слу жат строительным материалом.

ТРИДИМИТ — SiO2. От греч. тридимос — тройной (назван вследствие часто наблюдаемых тройников). Более высокотемпературная модифика ция — β тридимит гексагональной сингонии в области неустойчивых со стояний легко переходит в более низкотемпературную, близкую к ней по кристаллической структуре модификацию, — α тридимит ромбической сингонии. При атмосферном давлении α тридимит с течением времени спо собен переходить в устойчивую форму — α кварц. Превращение β триди мита в β кварц, т. е. модификацию хотя и гексагональной сингонии, но весь ма существенно отличающуюся по кристаллической структуре, происходит гораздо медленнее и сопровождается значительным изменением объема и удельного веса (уд. вес β кварца 2,51, β тридимита — 2,26).

ные модификации: более высокотемпературная — β кристобалит куби ческой сингонии и низкотемпературная — α кристобалит. Этот последний относится к тетрагональной сингонии, являясь в то же время псевдоку бическим.

породах, часто совместно с α тридимитом: в андезитах Сан Кристобала (Мексика), лавах Майна в Рейнланде (Германия), Йеллоустонском парке

366 Описательная часть

(США) — в виде шариков (сферолитов) до 1 мм в обсидиане (вулканиче ском стекле), а также в пустотах, иногда с наросшими пластинками триди мита на кристалликах кристобалита.

Известны и другие способы образования β кристобалита, а именно при воздействии базальтовой магмы на кварцсодержащие осадочные породы (песчаники). Кристобалит в этих случаях образуется за счет кварца при вы сокой температуре. Подобные образования (бухиты) описаны, например, в глинистых песчаниках поздненеогенового возраста в Западной Грузии.

ОПАЛ — SiO2 . aq. Типичный твердый гидрогель. Происхождение на звания неизвестно. Разновидности по физическим признакам: 1) благородный опал, обладающий опалесценцией; 2) гидрофан — легкая разновидность, силь но пористая, мутная в сухом состоянии и прозрачная в воде; 3) гиалит — ста лактитовые образования или шарики сферолитового строения.

Химический состав очень непостоянный. Содержание воды колеблется от 1 до 5, крайне редко достигая 34 %. Часть воды все опалы спо собны терять при высушивании в эксикаторе. Особенно быстро потеря ее происходит в первые дни (рис. 195). При нагревании одни опалы отда ют главную часть воды до 100 °С, другие — выше этой температуры (100–250 °С). Причины этой различной прочности связи воды полностью не

зованных нитей аморфного кремнезема с фрагментами более правильной структуры кварца, а нередко и тридимита. Нити свернуты или собраны в глобулы — шаровидные образования выдержанного размера диаметром порядка 1000 Е. Глобулы в свою очередь регулярным образом уложены в упаковку, по конфигурации близкую к плотнейшей кубической, иногда — гексагональной; в промежутках между глобулами размещается вода, ко торая их дополнительно связывает. Получающаяся регулярная структу ра по масштабу периодичности отвечает длинам волн видимого света и способна вызвать интерференционные явления, обеспечивающие столь ценимый в ювелирно поделочных опалах эффект опалесценции.

Морфологические особенности. Обычно наблюдается в плотных стеклоподобных массах с натечной внешней формой. Является главной составной частью некоторых организмов, слагая панцири диатомей, спи кули губок, скелеты радиолярий, отчасти некоторых фораминифер и мшанок, для которых коллоидные растворы (золи) кремнезема служат пищей. Благодаря наличию кремнезема скелеты этих организмов в боль шинстве случаев прекрасно сохраняются в ископаемом состоянии даже в древнейших отложениях. Гидроокислы кремнезема входят также в состав

соломы злаков, твердых узловатостей в хвощах и особенно узлов бамбу ка и других растений, поглощающих золи кремнезема из почвы своими корнями. Золи кремнезема способны пропитывать отмершие стволы де ревьев, и, отлагая опал, полностью их замещать с сохранением всех дета лей строения («деревянистый опал»).

Цвет. Сам по себе опал бесцветен. Благодаря различным примесям, осо бенно содержащим железо и другие хромофоры, он бывает окрашен в раз личные оттенки желтого, бурого, красного, зеленого и черного цветов. Блеск стеклянный (у пористых масс восковой или матовый). Для полупрозрач ных разностей характерна цветовая игра — опалесценция (происхождение названия этого явления связано именно с этим минералом). N = 1,40–1,46.

Твердость 5–5,5 (у разностей, очень бедных водой, поднимается до 6). Хрупок. Уд. вес 1,9–2,5 (зависит от содержания воды и от количества адсорбированных тяжелых веществ).

Диагностические признаки. Для плотных опалов характерны стек лообразный вид и натечные формы масс, сплошные корки. По внешним признакам опал имеет много общего с халцедоном. Он отличается мень шей твердостью и содержанием воды.

П. п. тр. не плавится, но часто сильно растрескивается. В закрытой трубке выделяет воду. В кислотах не разлагается. Довольно легко раство ряется в КОН и HF. Обезвоженный опал растворяется в соде с шипением (вследствие выделения СО2).

Происхождение и месторождения. Опал нередко отлагается из гидро' термальных источников и гейзеров в вулканических областях в виде на кипи (кремнистый туф, гейзерит), иногда в виде белых просвечивающих натеков с перламутровым отливом. Распространен также в пустотах и тре щинах среди эффузивных горных пород, иногда в виде жеод и миндалин.

Однако в главной массе он образуется в экзогенных условиях при раз ложении силикатов в процессе выветривания самых различных по соста ву горных пород, но чаще ультраосновных. Кремнезем, освобождающийся при распаде кристаллических структур силикатов, переходит первоначаль но в золь, при коагуляции которого выпадает в зоне элювия в виде жел ваков натечной формы или отлагается метасоматическим путем, часто совместно с гидроокислами железа, алюминия и других элементов, на различных коренных горных породах.

Огромные массы опала образуются осадочным путем в виде пластов в процессе коагуляции приносимых речными водами золей кремнезема в прибрежных зонах морских бассейнов. К ним принадлежат так называемые опоки, трепелы, диатомиты, кизельгур (кремневая мука) и т. д., представля ющие собой рыхлые или тонкопористые, иногда более или менее крепкие породы, на поверхности часто превращенные в мелоподобные массы вслед ствие механического действия замерзающей воды, пропитывающей их.

Следует упомянуть, наконец, об окаменяющей роли растворов крем незема при метасоматозе растительных остатков и, в частности, стволов

деревьев. Каким бы путем ни образовался опал, он в конце концов посте пенно переходит в халцедон или кварц.

Осадочные опалсодержащие породы (опоки, трепелы и диатомиты) особенно широким распространением пользуются в неогеновых мелко водных отложениях в Ульяновской, Саратовской и других областях Ев ропейской части России, а также вдоль восточного склона Уральского хребта и в других местах. Из иностранных месторождений следует упо мянуть о месторождениях Богемии, Италии, Ливии (Триполи, откуда происходит название трепел) и др. Месторождения благородных опалов известны на южном склоне Карпат, близ Кошице (в пустотах извержен ной породы — андезита), в Австралии — Новый Южный Уэллс и Квинс ленд (в песчаниках, занимающих огромную площадь) и в других местах.

Практическое значение. Благородные опалы употребляются как по делочные камни. Трепел применяется для полировки металлов, камней и для других целей. Кизельгур идет для изготовления фильтров, керамики, выделки легких кирпичей и для других целей.

Обобщение. Таким образом, все природные модификации, за исклю чением опала и лешательерита (аморфного кварцевого стекла), характе ризуются кристаллическими структурами, представляющими собой кар касы кремнекислородных тетраэдров, соединенных друг с другом вершинами, т. е. каждый ион кремния окружен четырьмя ионами кисло рода, а каждый ион кислорода связывает два иона кремния. Отличие в структурах заключается в пространственной ориентировке этих тетраэд ров и в самом узоре каркаса. Особенности кристаллических структур обус ловливают и физические свойства минералов (табл. 9).

КЛАСС 2. ГИДРООКИСЛЫ, ИЛИ ОКИСЛЫ, СОДЕРЖАЩИЕ ГИДРОКСИЛ

Наибольшее значение среди относящихся сюда минералов имеют так называемые гидраты, или гидроокислы, т. е. соединения металлов с гид роксильной группой ОН, полностью или частично заменяющей ионы кислорода в окислах. Например, окислу магния (MgO) отвечает Mg(OH)2, окислу алюминия (Аl2О3) соответствует 2АlO(ОН) или 2Аl(ОН)3 и т. д.

Большинство подобных соединений кристаллизуется в слоистых структурах, характеризующихся гексагональной или близкой к ней плот нейшей упаковкой ионов (ОН)1–. Этим объясняются многие общие фи зические свойства этих минералов. Оптимальными катионами для соеди нений со слоистой структурой являются Mg2+, Fe2+, Mn2+, Al3+, Fe3+ и Сr3+.

1. Группа брусита

Данная группа представлена гидратами двухвалентных металлов Mg, Fe, Mn, кристаллизующихся в тригональной или гексагональной синго нии. Здесь мы рассмотрим лишь один брусит.

БРУСИТ — Mg[OH2]. Химический состав. MgO — 69 %, Н2О — 31 %. В виде изоморфных примесей иногда присутствуют Fe (железный бру сит) и Mn (марганцовистый брусит).

Сингония тригональная; дитригонально скаленоэдрический в. с. L363L23PC. Пр. гр. P3m(D53d). a0 = 3,125; с0 = 4,72. Кристаллическая струкj тура типичная слоистая. В ней в качестве аниона участвует дипольная гидроксильная группа [ОН]1–. В кристаллической структуре эти группы уложены по принципу плотнейшей гексагональной упаковки (рис. 196) и образуют пачки. Каждая пачка состоит из двух плоских слоев, сложен ных ионами гидроксила параллельно плоскости (0001). Между этими слоями лежит лист из катионов Mg2+. Последние занимают все октаэд'

Рис. 196. Кристаллическая структура брусита: а — проекция структуры на плоскости (0001). Полые кружки (ОН) располагаются выше, а покрытые точками — ниже слоя катионов Mg2+; б — вид двух насыщенных валентностями пачек, каждая из которых состоит из двух слоев гидроксильных ионов и заключенного между ними слоя ионов магния