ЛЕКЦИЯ 2

Минералы в строении вселенной. Минералы метеоритов. Строение земной коры и минералогическая зональность. Химическая связь. Теория кристаллического поля. Кристаллическая структура минералов.

МИНЕРАЛЫ В СТРОЕНИИ ВСЕЛЕННОЙ

МИНЕРАЛЫ МЕТЕОРИТОВ

К настоящему времени изучен состав около2 800 метеоритов. Установлено громадное разнообразие их состава, текстур, структур и возраста. Все множество метеоритов разбито на4 класса и далее – на подклассы. Выделяют хондриты, ахондриты, железистые и железокаменные метеориты. Хондриты и ахондриты – это каменные (существенно силикатные) метеориты; первые состоят из агрегатов хондр(глобул), вторые имеют равномерное зернистое сложение.

Х о н д р и т ы могут быть разного минерального состава и иметь различные сочетания минералов (энстатит, тэнит; оливин, гиперстен, тэнит; оливин, моноклинный пироксен пижонит; серпентин, хлорит, углеродистое вещество).

А х о н д р и т ы (энстатит; гиперстен; оливин; оливин, пижонит, тэнит; авгит; диопсид, оливин).

Ж е л е з и с т ы е м е т е о р и т ы состоят (камасит (феррит); камасит, тэнит; тэнит).

Ж е л е з о к а м е н н ы е (оливин, тэнит; энстатит, тэнит; гиперстен, оливин, тэнит; пироксен, плагиоклаз, тэнит).

Полагают, что метеориты являются фрагментами каких-то разорвавшихся космических тел. Большая часть метеоритов приходит к Земле из пространства между орбитами Марса и Юпитера. Известны случаи образования метеоритов из вещества, отторгнутого с поверхностей Марса и Луны.

В целом в составе метеоритов обнаружено около100 минералов. Наиболее часто главными минералами в разных метеоритах являются оливин, пироксен, плагиоклаз, тэнит, камасит (феррит), троилит FeS, шрейберзит Fe2Ni3P и графит, иногда аморфное углеродистое вещество и вторичные минералы– серпентин, хлорит, монтмориллонит и др. Из редких, специфических минералов, не известных на Земле, наиболее оригинальны по составу карлсбергит CrN, осборнит TiN, баррингерит (Fe, Ni)2P, добрелит FeCr2S4 и др.

Как сказал известный исследователь метеоритов Р. Додд, «наши знания о метеоритах ограничены тем, что мы имеем искаженную и неполную выборку проб из метеорито-формирующих объектов и родительских тел». Они являются частицами многих, может быть, 70–80 родительских тел и все, за малым ис-

12

СТРОЕНИЕ ЗЕМНОЙ КОРЫ И МИНЕРАЛОГИЧЕСКАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ

Под земной корой мы будем подразумевать верхнюю оболочку Земли, доступную непосредственному наблюдению. Непосредственные исследования могут достигать глубины несколько километров(Кольская сверхглубокая скважина пробурена до 12 км, нефтяные скважины достигают 4–5 км, шахты в некоторых районах Земли достигают1–2 км (до 4 км), например, золоторудный район Витватерсранд).

Непосредственно на земной поверхности в некоторых районах мы можем наблюдать породы, образовавшиеся на глубине до нескольких десятков километров (как считают, древние массивы платформ образовались на глубине до 50 км). Древние щиты на платформах, вышедшие на поверхность в результате эрозии верхних слоев Земли, геосинклинальные области (области горообразования) – вот где можно встретить породы, поднятые из различных глубин на поверхность и изучить их состав и строение. Сейчас уже исследовано достаточно много пород из глубинных областей Земли, и до глубины 12–20 км уже достаточно уверенно можно судить о составе земной коры. О составе базальтового слоя земли стало возможным судить после многочисленных исследований пород океанского дна – было пробурено много скважин, которые вскрыли первые два слоя океанской литосферы: осадочный и базальтовый. Минеральный состав верхних частей мантии изучают на основе данных, полученных по геофизическим данным и многочисленным обломкам пород, вынесенных из мантии базальтовыми или кимберлитовыми расплавами.

На основании геофизических данных мы имеем представление о том, что плотность земного шара очень различается. Земная кора имеет сравнительно низкую плотность (в среднем 2,7–2,8 г/см3), тогда как средняя плотность Земли 5,527, поэтому предполагают, что плотность пород (и минералов) увеличивается в глубь Земли, это же подтверждается разной и все увеличивающейся скоростью сейсмических волн в мантии.

Увеличение плотности минералов происходит в результате уплотнения их кристаллической структуры – она становится более компактной, а минерал приобретает большую плотность. Установлено, что плотность силикатных минералов тем больше, чем выше температура и давление, при которой они образуются.

Каждый минерал может образоваться только при определенных сочетаниях химического состава, температуры и давления. При увеличении температуры и давления становится возможным образование только определенных минералов, устойчивых при этих физико-химических условиях.

Вы знаете, что континентальная земная кора имеет три слоя: осадочный, гранитный и базальтовый, а океаническая – два (осадочный и базальтовый).

13

ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ. ТЕОРИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Кристаллы построены из материальных частиц – ионов, атомов или молекул, геометрически правильно расположенных в пространстве. Эти частицы для простоты представляют в виде точек, поэтому возникло представление о пространственной кристаллической решетке. В ней выделяют узлы(отдельные точки, центры тяжести атомов и ионов), ряды (ряд – совокупность узлов, лежащих на одной прямой) и плоские сетки (плоскости, проходящие через любые три узла).

Основными единицами структуры кристалла служат атомы или ионы, т.е. те же атомы, несущие электрические заряды. Атом, отдавший один или несколько своих электронов, называют катионом и обозначают положительным индексом (например, Zn2+); атом, присоединивший к себе дополнительные электроны или электрон, именуют анионом и снабжают отрицательным индексом (например, S2–). Любой из атомов может либо быть самостоятельным, либо образовывать группировку с другими атомами, которая ведет себя как одно целое, например (CO3)2–, называют их радикалами или анионными группами. Условно предполагают, что атомы ведут себя как несжимаемые сферы, хотя это не так. Такое предположение облегчает понимание структур минералов, поэтому мы им также будем пользоваться.

Атом состоит из очень маленького положительно заряженного ядра, окруженного одной или несколькими электронными оболочками. В целом его можно представить как сферу с величиной радиуса 1в Å. Радиус зависит не только от типа химического элемента, но и от характера взаимосвязи с соседними атомами. Такие связи между близкорасположенными атомами называются химическими. При рассмотрении кристаллических структур главное значение имеют четыре типа связи: металлическая, ковалентная, ионная и вандерваальсова. Эти связи не исключают одна другую; в частности, во многих минера-

14

15