Минералогия_2 / Бетехтин / betehtin_2

ромбоэдрическая гранецентрированная структура кальцита (см. рис. 209), причем ионы Са займут места Na, а группы [СО3] — места Cl. Таким образом, упаковка ионов в кальците отвечает несколько искаженной упаковке, про изведенной по способу плотнейшей кубической кладки структурных единиц.

Кристаллическая структура арагонита — ромбической модифи кации Са[СО3] — от структуры кальцита отличается лишь тем, что ионы Са2+ и [CO3]2– упакованы по способу плотнейшей гексагональ ной кладки (рис. 210). Этим обстоя тельством обусловливается наблю дающаяся псевдогексагональная симметрия тройников кристаллов (углы между гранями призмы в еди ничных кристаллах лишь немного

отличаются от 60 и 120°). В отличие

Рис. 210. Модель кристаллической структуры арагонита от структуры кальцита, в структуре

арагонита каждый ион [СО3]2– ок ружен девятью ионами кальция. Насколько можно судить по разнице удель ных весов, кристаллическая структура арагонита более плотна, чем струк тура кальцита.

Другой характерной особенностью минералов группы кальцита являет ся склонность к образованию изоморфных смесей и двойных солей. В каль цитовом ряде, как и следовало ожидать согласно соотношениям размеров ионных радиусов катионов, широко замещают друг друга Mg, Zn и Fe2+.

Точно так же карбонаты Fe2+ и Mn2+ образуют непрерывный ряд изо морфных смесей. Что касается Са, то этот элемент в силу существенного отличия величины его ионного радиуса от предыдущих катионов (за ис ключением Mn2+) может образовывать лишь двойные соли с ними. Ионы кальция и магния (или другие малые катионы) в кристаллических струк турах располагаются попеременно вдоль тройной оси. Благодаря этому симметрия двойных солей кальцитового ряда несколько снижается: вме сто дитригонально скаленоэдрического вида симметрии (L363L23PC) имеем ромбоэдрический (L36C), т. е. исчезают двойные оси, проходящие через цен тральный ион углерода и кислородные ионы, с ним связанные.

В этом семействе будут рассмотрены простые и двойные тригональ ные (ромбоэдрические) карбонаты, которым отвечают группы кальцита и доломита, а также простые ромбические карбонаты (группа арагони та). Сюда же условно включен паризит, являющийся карбонатом каль ция и редких земель с участием дополнительного аниона F1 и имеющий полисоматическое строение.

КАЛЬЦИТ — Са[СО3]. Синоним: известковый шпат. Разновидности по изоморфным примесям представлены очень широко. Из разновиднос

тей по физическим признакам следует упомянуть об исландском шпате — бесцветной прозрачной разности кальцита.

Химический состав. CaO — 56 %, СО2 — 44 %. Примеси Mg, Fe, Mn (до 8 %), гораздо реже Zn (до 2 %), Sr (стронциокальцит) и др.

ра, как типическая, описана выше. Облик кристаллов, встречающихся исключительно в пустотах, может быть самым разнообразным. Наиболее часто встречаются скаленоэдрические кристаллы (рис. 211), реже таблит чатые (рис. 212) или пластинчатые, призматические или столбчатые, ром боэдрические — чаще в виде острых, чем тупых ромбоэдров (рис. 213).

др. Обычно двойниковой плоскостью является плоскость пинакоида (0001)

–

(рис. 214) или грань тупого ромбоэдра (0112), по которой нередко образуют ся полисинтетические двойники в мраморах и смятых известняках (такое двойникование может быть получено искусственно при давлении острия

ножа на ребро выбитого по спайности осколка кальцита). Реже такой плос

–

костью является грань спайного ромбоэдра (1011) (рис. 215) и др.

Агрегаты. Друзы кристаллов кальцита вместе с дру гими минералами наблюдаются, как уже указано, в пус тотах. Довольно часто встречаются крупнозернистые аг регаты прозрачного или полупрозрачного кальцита с совершенной спайностью отдельных зерен, бросающей ся в глаза. Редко наблюдается жилковатый с шелковис тым блеском асбестовидный кальцит (атласный шпат), волокна которого располагаются перпендикулярно стен кам трещин в породах. Широко известны «натечные» об разования кальцита в виде сталактитов и сталагмитов в

пещерах среди известняков. Зернистые сплошные агрегаты в больших плотных массах называются мраморами. Плотные скрытокристаллические

разности кальцитовых горных пород, нередко слоистых и богатых фау ной, носят название известняков. Рыхлые известняки, содержащие мель чайшие раковинки фораминифер, известны под названием мела. Встре чаются также оолитовые известняки — «икряной камень». «Известковым туфом», или травертином, называют ноздреватые образования углекис лого кальция, возникающие в местах выхода как холодных, так и горячих насыщенных известью минеральных источников (кальцит в этих случа ях образуется при перекристаллизации выпавших коллоидов СаСО3 или арагонита). Иногда в связи с отложением углекислой извести из горячих источников образуются замечательные по рисунку тонкополосчатые по лупрозрачные плотные разности, известные под названием «мраморного оникса», впрочем, подобные образования бывают связаны и с холодно водными процессами (карст).

Цвет. Большей частью бесцветный или молочно белый, но иногда ок рашен примесями в различные (обычно светлые) оттенки серого, желтого, розового, красного, бурого и черного цветов. Блеск стеклянный. Nт = 1,658

и Np = 1,486.

–

Твердость 3. Хрупок. Спайность совершенная по {1011}. Уд. вес 2,6– 2,8, для химически чистых кристаллов 2,72 при 23 °С. Прочие свойства. При сжатии, сопровождающемся двойникованием, электризуется. Образ цы некоторых месторождений обнаруживают явление люминесценции.

Диагностические признаки. В крупнокристаллических разностях лег ко узнается по ромбоэдру спайности, сравнительно низкой твердости (лег ко царапается острием ножа или иглы) и бурному выделению CO2 от кап ли HCl, положенной на минерал или на его порошок на предметном стекле.

П.п. тр. растрескивается с выделением СО2, т. е. диссоциирует на CaO

иCO2. Образующаяся при этом CaO ярко светится и окрашивает пламя в оранжевый цвет. В разбавленной соляной кислоте легко растворяется

даже на холоде с шипением (выделение СО2).

Происхождение и месторождения. Кальцит принадлежит к числу са мых распространенных в земной коре минералов, слагая иногда целые массивы (известняковые горы). Этот минерал образуется при самых раз личных геологических процессах.

1. Среди эндогенного кальцита заслуживает внимания кальцит кар бонатитов — существенно кальцитовых пород, содержащих форстерит, флогопит, пироксены, иногда магнетит и почти всегда минералы редких металлов: бадделеит, пирохлор, перовскит и др. Карбонатиты простран ственно и генетически сопряжены с щелочными и ультраосновными по родами, образуя комплексы массивов центрального типа. Происхож дение по крайней мере части карбонатитов — магматическое, но, вероятно, возможно и метасоматическое их образование.

2. Широко распространены кристаллические образования кальцита гидротермального происхождения. В значительных количествах он обра

зуется в контактово метасоматических месторождениях путем переот ложения или перекристаллизации известняков. В пегматитах он являет ся одним из самых последних минералов, характеризующих гидротер мальную стадию процесса. Характерно, что и в многочисленных рудоносных главным образом сульфидных жильных месторождениях кальцит, как правило, кристаллизуется одним из последних минералов.

К этой же категории образований принадлежат выделения кристалли ческого кальцита в миндалинах и жеодах среди эффузивных изверженных пород и отложения арагонита и кальцита из некоторых минеральных ис точников в виде «известковистого туфа» (вследствие бурного выделения из них СО2 под влиянием резкого понижения внешнего давления).

3.При процессах выветривания кальцит хотя и не встречается в боль ших скоплениях, однако в виде новообразований наблюдается довольно часто в трещинах и пустотах зон окисления рудных месторождений и гор ных пород. Источником для него в этих случаях служат разлагающиеся в коре выветривания эндогенные известьсодержащие минералы и углекис лота воздуха. Нужно заметить, что вообще то в процессе выветривания горных пород весьма значительные массы извести переходят в растворы

ввиде бикарбоната, который текучими водами может относиться очень далеко, вплоть до моря, если по пути следования не будут встречены ус ловия, заставляющие его выпадать в виде кристаллического или колло

идного карбоната Са[СО3].

Сталактитовые образования в известняковых гротах являются резуль татом выпадения углекислой извести из насыщенных медленно проса чивающихся к полым пространствам растворов. Эти растворы при нави сании в виде капель с потолка путем испарения теряют воду, сильно пересыщаются и выделяют коллоидные или тонкодисперсные осадки в виде натечных масс, постепенно твердеющих и раскристаллизовыва ющихся при дальнейшей дегидратации.

4.Осадочным путем, особенно в морских бассейнах, образуются ог

ромные массы Са[СО3], первоначально в виде известковистых илов, от мерших морских растений и беспозвоночных животных с известковым скелетом. Позднее все эти вещества превращаются в известняк. Оолито вые известняки, по всей вероятности, образуются путем коагуляции кол лоидных растворов углекислой извести вокруг взвешенных в движущей ся воде песчинок и газовых пузырьков. Современное образование оолитов

вморских бассейнах приурочено к прибрежным мелководным зонам тро пических и субтропических морей. Первоначально эти оолиты бывают сложены арагонитом, позднее превращающимся в кальцит.

Каким бы путем ни образовался кальцит, в коре выветривания он яв ляется сравнительно слабоустойчивым минералом. Благодаря легкой раст воримости в кислотах он в зоне элювия, особенно в зонах окисления руд ных сульфидных месторождений, переходит в растворы. При реакциях

обменного разложения часто наблюдается замещение кальцита другими минералами (гипсом, доломитом, смитсонитом, малахитом и др.):

H2SO4 + СаСО3 + Н2О = CaSO4 . 2Н2О + СО2; ZnSO4 + СаСО3 + 2Н2О = ZnCO3 + CaSO4 . 2H2O и т. д.

На поверхности известняков в зоне насыщенных известью грунтовых вод не только часто наблюдается отложение коагулятов гидроокислов же леза, коллоидного кремнезема и др., но и сами известняки замещаются ими.

Крупные кристаллы прозрачного кальцита (исландского шпата) у нас в России известны в месторождениях по р. Нижней Тунгуске, приурочен ных к эффузивным породам — траппам и мандельштейнам; здесь он со вместно с пренитом и целлитами залегает в виде жил и гнезд с гигант скими размерами монокристальных индивидов. Так, месторождение Разлом известно кристаллами до полуметра, а Люку Мункамбинское — до 2 м.

Многочисленные небольшие месторождения исландского шпата ши роко представлены в Средней Азии в Зеравшано Гиссарском, Пскем Угам ском и других районах. Из иностранных месторождений наибольшей из вестностью пользуются крупнейшие месторождения Исландии среди эффузивных изверженных пород и др.

Мел в виде горных пород широко распространен в толщах карбонат ных пород мелового возраста на территории Русской платформы и в дру гих местах России. В больших масштабах он добывается главным обра зом для химической и цементной промышленности в районе Белгорода, близ Славянска, Краматорска (Донбасс, Украина) и в других местах.

Мраморы, отличающиеся красивыми расцветками, добываются в ка честве облицовочных камней на Урале в Уфалейском, Златоустевском и других районах, в Карелии, Забайкалье и т. д. Месторождения оникс мра мора желтоватых и зеленоватых расцветок известны в Закавказье на тер ритории Грузии и Армении.

Из иностранных месторождений высококачественными мраморами славятся месторождения Каррары на восточном берегу Генуэзского за лива (Италия) и Греции, служившие в свое время материалом для заме чательных античных скульптур.

Практическое значение кальцита, особенно в виде горных пород, весь ма разнообразно.

1.Исландский шпат благодаря своему высокому двупреломлению употребляется для изготовления различных оптических поляризацион ных приборов, главным образом николей для микроскопов, поляримет ров, колориметров и др.; для этой цели пригодны бесцветные идеально прозрачные недвойникованные кристаллы или их обломки, лишенные трещин, размерами не меньше 1,5–2 см.

2.Асбестовидный атласный шпат и оникс мрамор используются для ювелирных изделий и предметов искусства.

Рис. 219. Арагонитовые геликтиты огибают препятствие (сталагмиты кальцита). Пещера «Зеленая», Хайдаркан (Киргизия). Рисунок В. Слетова

(с обложки I выпуска альбома «Рисуя минералы...»)

четверники и сложные полисинтетические двойники. При этом обычно образуются между гранями призм входящие углы в виде желобков. Не сдвойникованные кристаллы очень редки. Агрегаты часто представлены шестоватыми, радиально лучистыми и звездчатыми срастаниями инди видов. Наблюдается также в виде кристаллических корок, натечных, ша ровидных форм и в массах оолитового строения («гороховые» и «икря ные камни»). Очень оригинальны встречающиеся иногда пещерные образования в виде переплетенных и ветвящихся «стеблей» снежно бе лого цвета (рис. 219). Наконец, внутренние перламутровые части большин ства раковин моллюсков построены из тончайших пластинок арагонита, параллельных поверхности раковины. Как известно, попадающие внутрь раковины песчинки или другие посторонние тела облекаются слоями аналогичной углекислой извести с примесью органического вещества, в результате чего образуются желваки жемчуга.

Цвет арагонита белый, желтовато белый, иногда светло зеленый, фио летовый и серый. Отдельные кристаллы часто прозрачны и бесцветны. Блеск стеклянный, в изломе жирный. В катодных лучах светится слабым бледно фиолетовым, иногда оранжевым цветом. Ng = 1,686, Nm = 1,681 и Np = 1,530.

Твердость 3,5–4. Хрупок. Спайность ясная по {010} и едва заметная по {110} и {011}. Излом часто раковистый. Уд. вес 2,9–3,0 (больше, чем у кальцита, что свидетельствует о более плотной упаковке атомов). Про8 чие свойства. При обычной температуре неустойчив; в присутствии раст ворителя медленно переходит в кальцит, почему и не встречается в более древних осадках. При повышении температуры до 400 °С этот переход совершается быстро. Любопытно, что разности арагонита, не претерпев шие полиморфного превращения в кальцит, содержат более крупные ионы стронция (до нескольких процентов), что, по мнению Р. Ж. Гаюи и Н. В. Белова, оказывает, очевидно, стабилизирующее влияние на ус тойчивость этой модификации. В воде более растворим, чем кальцит.

Диагностические признаки. По цвету и поведению в HCl очень по хож на кальцит, но отличается от него отсутствием спайности по ромбо

эдру и обликом кристаллов с характерными, иногда тонкими желобками на гранях призмы и повышенной твердостью. Похожие на него цеолиты (водные силикаты Na, Ca и др.) не выделяют в соляной кислоте СО2. Ви терит и стронцианит имеют больший удельный вес и плавятся перед па яльной трубкой.

П. п. тр. ведет себя так же, как кальцит. В кислотах разлагается с бур ным выделением углекислоты. Порошок арагонита (так же как и строн цианита и витерита) в растворе азотнокислого кобальта при кипячении становится лиловым (реакция Мейгена), тогда как порошок кальцита почти не изменяется или окрашивается в синеватый или зеленоватый цвет, и то лишь при долгом кипячении.

Происхождение и месторождения. Арагонит в природе распростра нен гораздо реже, чем кальцит. Как один из самых низкотемпературных минералов он довольно часто образуется при затухающих гидротермаль ных процессах. Таковы, например, его находки в трещинах среди серпен тинизированных ультраосновных пород вне всякой связи с поверхност ными процессами. К таким же образованиям относятся находки мелких игольчатых кристалликов арагонита в пустотах, среди не затронутых раз ложением базальтов, изредка в мраморах, лавах вулканов, отложениях из горячих, пересыщенных Са[СО3] минеральных источников в виде извест кового туфа или оолитов («гороховый камень» карлововарских источни ков в Чехии) и др.

Однако в главной массе арагонит образуется при различных экзоген ных процессах, часто при участии в них растворенных магнезиальных солей. В виде радиально лучистых образований и натечных форм, неред ко крупных размеров, он широко распространен в коре выветривания ультраосновных магнезиальных изверженных пород в ассоциации с до ломитом, гипсом, глинистым веществом и другими минералами экзоген ного происхождения. Наблюдается в пустотах среди бурых железняков в виде наросших мелких кристалликов и в виде «железных цветов», напри мер в Бакальском месторождении (Ю. Урал), в гипсоносных толщах, мес торождениях самородной серы и др.

МАГНЕЗИТ—Mg[СО3]. Магнезия — область в Фессалии (Греция). Минерал известен с глубокой древности. Синоним: магнезиальный шпат.

Химический состав. MgO — 47,6 %, СО2 — 52,4 %. Из изоморфных примесей наиболее часто устанавливается Fe, иногда Mn, Са.

Сингония тригональная; дитригонально скаленоэдрический в. с. L36 L23РС. Пр. гр. та же, что и кальцита. а0 = 4,584; с0 = 14,92. Кристалличе8 ская структура та же, что у кальцита. Облик кристаллов обычно ромбо эдрический. Чаще распространен в виде крупнозернистых агрегатов (рис. 220). Для месторождений выветривания чрезвычайно характерны фар форовидные скрытокристаллические массы, нередко напоминающие по своей форме цветную капусту.

труднее всего отличить от доломита, анкерита и других карбонатов; при ходится прибегать к оптическим и химическим исследованиям.

П. п. тр. растрескивается, но не плавится. Пламя не окрашивает. В кис лотах растворяется лишь при нагревании. Капля HCl на холоде не вски пает. В горячих кислотах растворяется.

Происхождение и месторождения. Магнезит по сравнению с каль цитом в природе распространен значительно реже, но встречается иногда в больших сплошных массах, представляющих промышленный интерес.

Часть таких скоплений образуется гидротермальным путем. Сюда прежде всего следует отнести весьма крупные месторождения кристал лически зернистых масс магнезита, пространственно связанных с доло митами и доломитизированными известняками. Как показывает геоло гическое изучение, эти залежи образуются метасоматическим путем (среди залежей иногда удавалось установить реликты известняковой фа уны). Предполагают, что магнезия могла выщелачиваться из доломити зированных толщ осадочного происхождения и отлагаться в виде магне зита горячими щелочными растворами. В парагенезисе с магнезитом изредка встречаются типичные гидротермальные минералы.

Скопления скрытокристаллического («аморфного») магнезита возни кают также при процессах выветривания массивов ультраосновных по род, особенно в тех случаях, когда при интенсивном выветривании обра зуется мощная кора продуктов разрушения. В процессе окисления и гидролиза магнезиальные силикаты под влиянием поверхностных вод и углекислоты воздуха претерпевают полное разрушение. Возникающие при этом труднорастворимые гидроокислы железа скопляются у поверх ности. Магний в виде бикарбоната, а также освободившийся кремнезем (в виде золей) опускаются в нижние горизонты коры выветривания. Маг незит, часто обогащенный опалом и доломитом, в виде прожилков и скоп лений натечных форм отлагается в сильно выщелоченных трещиноватых пористых серпентинитах в зоне застоя грунтовых вод.

Наконец, находки магнезита с гидромагнезитом (5MgO . 4CO2 . 5H2O), большей частью минералогического значения, наблюдаются среди оса

дочных соленосных отложений. Образование карбонатов магния связы вают с реакцией обменного разложения сульфата магния с Na2[СО3].

Известное Саткинское месторождение кристаллического магнезита гидротермального происхождения находится на западном склоне Южного Урала (в 50 км к юго западу от Златоуста). Укажем также Савинское мес торождение в Ангаро Илимском районе. Крупные магнезитовые залежи образовались здесь метасоматическим путем среди доломитовой осадоч ной толщи докембрийского возраста. Аналогичные месторождения известны на Дальнем Востоке, в Корее, Китае, Чехии, Австрии (Вейтш

вАльпах, южнее Вены) и в других местах.

Кместорождениям, образовавшимся в древней коре выветривания ультраосновных пород, относится Халиловское (Ю. Урал).

Практическое значение. В металлургии «намертво» обожженный кри сталлический магнезит употребляется для изготовления огнеупорных кир пичей, выдерживающих температуру до 3000 °С. Они идут в кладку ниж них частей пода мартеновских печей, конверторов, цементных печей и др. Второй областью применения обожженного магнезита является изготов ление так называемого цемента Сореля, используемого в абразивной про мышленности (точильные круги) и в строительстве (стойкая штукатурка

всмеси с песком, древесными опилками, диатомитом, тальком и другими наполнителями). Употребляется также для производства электроизолято ров, в бумажном, сахарном, резиновом и других производствах.

ДОЛОМИТ — CaMg[CO3]2. Химический состав. CaO — 20,4 %, MgO — 21,7 %, СО2 — 47,9 %. Содержания CaO и MgO часто колеблются в не больших пределах. Изоморфные примеси в дополнение к Mg: Fe2+ при доминировании приводит к другому виду группы доломита — анкериту, иногда Mn2+ (от нескольких процентов до доминирования, в кутногори те), изредка Zn, Ni и Со (в красном доломите из Пршибрама в Чехии со

держание Со[СО3] достигало 7,5%). Известны случаи включений в крис таллах доломита битумов и других посторонних веществ.

–

прорастания и полисинтетические двойники по (0221). Агрегаты обычно

кристаллически зернистые, часто пористые, реже почковидные, ячеистые, шаровидные и пр.