Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Бетехтин А. Г. Курс минералогии.pdf
Скачиваний:
133
Добавлен:
24.07.2017
Размер:
6.9 Mб
Скачать

Глава 4

ОБРАЗОВАНИЕ МИНЕРАЛОВ В ПРИРОДЕ

4.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Образование и рост кристаллических фаз. Образование твердого кристаллического вещества может происходить различными путями: а) путем кристаллизации жидкостей (расплавов или растворов); б) пу тем отложения кристаллов на стенках пустот из газообразных продуктов возгона; в) путем замещения и перекристаллизации твердых масс (в част ности, коллоидов). Главная масса природных кристаллических образо ваний является результатом кристаллизации силикатных расплавов и водных растворов. Сюда относятся огромные массы изверженных крис таллических пород, подавляющее количество месторождений полезных ископаемых, кристаллические осадки соленосных бассейнов и др.

Кристаллизация любого охлаждающегося расплава теоретически должна начинаться при определенной температуре, отвечающей темпе ратуре плавления данного вещества. Точно так же и кристаллизация ра створа должна начинаться в момент насыщения растворителя данным ве ществом. Однако, как показывает опыт, кристаллизация жидких фаз начинается при некотором переохлаждении или пересыщении1.

Степень переохлаждения или пересыщения жидкой среды зависит так же от химического состава кристаллизующейся жидкости и до некоторой степени от давления. Изменение давления имеет более существенное зна чение при образовании кристаллов из охлаждающихся паров.

Процессы роста кристаллов в переохлажденном расплаве и в пересы щенном растворе совершенно одинаковы. Зарождение кристаллов может быть вынужденным (гетерогенная нуклеация), если в жидкости уже при сутствуют обломки или пылинки каких либо твердых веществ, могущих по своим кристаллохимическим свойствам играть роль затравок, или са мопроизвольным, наступающим в отсутствии затравки в пересыщенных или переохлажденных растворах и расплавах (гомогенная нуклеация).

1Следует помнить, что если переохлаждение жидкости как в лабораторных, так

ив природных условиях представляет собой обычное явление, то, наоборот, перегрев кристаллического вещества (выше точки плавления) получить очень трудно. То же от носится к пересыщению раствора и сохранению твердой растворимой фазы в разбав ленных растворах.

Глава 4. Образование минералов в природе

117

При самопроизвольной кристаллизации в разных точках расплава или раствора возникают так называемые центры кристаллизации, представ ленные кристаллическими зародышами. В первые моменты процесса кри сталлизации (допустим, какой либо однокомпонентной жидкости) вокруг этих центров кристаллизации в условиях свободного развития растут пра вильные кристаллики до тех пор, пока не создается стесненная обстановка для дальнейшего развития кристаллографических форм (рис. 39а, б). При продолжении кристаллизации начинается борьба за оставшееся простран ство, и в конечном счете мы получим агрегат кристаллических зерен с неправильными внешними очертаниями (рис. 39в, г). В некоторых слу чаях удается даже наблюдать кристаллически зональное строение отдель ных зерен, свидетельствующее о постепенном их росте.

а

б

в

г

Рис. 39. Схема последовательной кристаллизации гомогенной жидкости

Установлена нелинейная зависимость между степенью переохлажде ния или пересыщения жидкости и числом самопроизвольно возникающих в момент начала затвердевания центров кристаллизации, начиная с малых переохлаждений: чем сильнее переохлаждена или пересыщена жидкость, тем большее число центров кристаллизации возникает в дан ном объеме в единицу времени (рис. 40), следовательно, тем меньшими размерами будут обладать кристаллические зерна в результате оконча тельного затвердевания жидкости (рис. 41). Однако при увеличении сте пени переохлаждения скорость образования зародышей проходит через максимум и снижается.

118

Общая часть

Рис. 40. Зависимость скорости образова

Рис. 41. Влияние числа центров

кристаллизации на структуру агрегата:

ния зародышей (N/t) от степени

а — крупнозернистый агрегат;

переохлаждения расплава (T)

б — мелкозернистый агрегат

Если кристаллизация начинается при сравнительно слабом пересы щении раствора, то при относительно небольшом числе возникших в этих условиях кристаллических зародышей образуются в конце концов срав нительно крупнозернистые агрегаты (рис. 41а). Если начало кристалли зации происходит при более сильном пересыщении (или переохлажде нии), то, естественно, в результате мы будем иметь мелкозернистый агрегат кристаллических зерен (рис. 41б). В случаях кристаллизации раст вора в условиях очень резкого пересыщения мы получим скрытокрис таллические образования. Глубокое переохлаждение расплава приводит к образованию вулканических стекол.

Согласно экспериментальным данным момент зарождения кристал лов в жидкости зависит от разных причин: от химической природы веще ства; от примесей, ускоряющих или задерживающих появление кристал лических зародышей; от механических сил (сотрясения раствора, трения о стенки сосуда); иногда от действия звука, света и т. д.

Около растущих в свободной среде кристаллов, как показывают опы ты, возникают концентрационные потоки: пересыщенный раствор в об ласти соприкосновения с кристаллом отдает ему избыток растворенного вещества, становится легче и поднимается кверху, уступая место новым порциям пересыщенного раствора. Скорость роста кристаллов тем боль ше, чем сильнее пересыщен раствор.

Если условия роста для каждой грани растущего кристалла остаются постоянными с момента зарождения, то форма кристаллов по мере их роста не меняется, увеличиваются только их размеры. Однако скорость прироста различных граней кристалла в единицу времени часто бывает неодинакова, что в результате приводит к уменьшению числа граней. Ус тановлено также, что на форму кристаллов оказывают значительное влия ние растворенные примеси других веществ. Так, например, хлористый натрий обычно кристаллизуется в форме кубов, но из растворов, содер жащих, кроме NaCl, также СаСl2 и MgSO4, выделяется в виде октаэдров.

Глава 4. Образование минералов в природе

119

При быстром росте кристаллов образуются неправильные формы. Главным образом это наблюдается в тех случаях, когда по тем или иным причинам нарушается равномерный приток питающего раствора (на пример, в средах с увеличившейся вязкостью, в коллоидальных раство рах и др.). В этих случаях наибольшее питание получают вершины и ребра растущих кристаллов, т. е. участки кристаллических структур, наименее насыщенные валентностью. Это приводит иногда к искривле нию граней с образованием воронкообразных углублений, а нередко к последовательному нарастанию кристалликов друг на друга (главным образом по вершинам). В результате образуются так называемые крис' таллические скелеты, или дендриты, с определенным расположением ветвей в пространстве. Часто на концах таких ветвей наблюдаются утол щения и образование более крупных и более правильных кристалли ческих индивидов. Объясняется это, вероятно, тем, что во время крис таллизации вещества пересыщение раствора в прилегающих участках падает и наступают более нормальные условия для роста кристаллов.

Следует заметить, что кристаллы могут расти не только в жидких сре дах, т. е. за счет диффундирующих к кристаллу пересыщенных порций раствора, но также и в воздушной или газообразной среде при условии питания насыщенным раствором по капиллярным каналам. Об этом убе дительно свидетельствует следующий опыт. Если в стакан с насыщен ным раствором поваренной соли опустить хорошо смачивающуюся ра створом хлопчатобумажную нить, то через некоторое время в условиях воздушной среды на нити образуются кристаллические агрегаты за счет раствора, подымающегося под влиянием капиллярных сил вверх. В воз душной среде этот раствор за счет испарения воды подвергается сильно му пересыщению, что и обусловливает кристаллизацию растворенного в нем вещества на хлопчатобумажной нити.

Нет никакого сомнения в том, что при медленном испарении раство рителя таким путем могут возникнуть и хорошо образованные кристал лы. Многим, вероятно, известны также случаи роста из влажной почвы игл льда, наблюдаемых после ясных морозных ночей. Подобные же иглы вырастают в воздухе в результате медленного высыхания влажных по рошков легкорастворимых в воде солей, например хлористого кальция. Весьма возможно, что встречающиеся в пустотах длинноигольчатые крис таллы многих минералов возникли этим путем.

Наконец, образование кристаллов может происходить в газообразной среде и без питания жидким раствором, т. е. в случаях перехода вещества из парообразного состояния сразу в твердое при соответствующих тем пературах (ниже температуры плавления) и давлениях. Примером мо жет служить образование снежинок в виде звездчатых кристаллов в воз духе или различных минералов как продуктов возгона в районах вулканической деятельности.

120

Общая часть

Во многих случаях характерной особенностью кристаллов и кристал лических зерен является наличие в них мельчайших включений посторон них веществ (твердых, жидких, газообразных). Большей частью ими обус ловливается мутность или непрозрачность кристаллов. Они легко обнаруживаются при рассматривании под микроскопом тонких пришли фованных пластинок. Лишь в непрозрачных минералах установление жид ких и газообразных включений сопряжено с некоторыми трудностями.

Эти посторонние вещества, как показывает изучение их простран ственного распределения, очевидно, механически захватывались крис таллом в процессе его быстрого роста. Они располагаются внутри него нередко вдоль определенных кристаллографических направлений. Та ковы, например, включения вулканического стекла (затвердевших ка пелек магмы) в кристаллически зональных плагиоклазах, или маточ ного жидкого раствора солей К, Na, Ca и др. или пузырьков газа, обычно

всмеси с жидкостью, в мутных кристаллах кварца, кальцита, топаза и других минералов.

Любопытно, что газово жидкие включения при нагревании при опре деленной температуре становятся обычно однородной жидкостью (газ растворяется в жидкости), а по охлаждении газовый пузырек вновь обо собляется. Этим путем в ряде случаев можно приблизительно установить температуру, при которой шла кристаллизация минерала, захватывавше го мельчайшие капельки раствора.

Внекоторых случаях в газово жидких включениях наблюдается даже третья, твердая фаза (например, кристаллики NaCl). При нагревании эти кристаллики, как показал Н. П. Ермаков, растворяются в жидкости пер выми, а затем исчезает и газовый пузырек.

Кроме первичных газово жидких включений в кристаллах обнаружи ваются также более поздние, вторичные включения, приуроченные к «за леченным» трещинкам в кристаллах (Г. Г. Леммлейн). Характерно, что во вторичных газово жидких включениях исчезновение газового пузырька

вкапельках жидкости при нагревании наступает раньше, чем в первич ных включениях. При дальнейшем нагревании в тех и других случаях происходит растрескивание кристаллической массы (столь сильное дав ление создается в жидких включениях).

Если какой либо раствор, пропитывающий данную породу, взаимо действует с ней по реакции обменного разложения, то при этом, как пра вило, возникают новообразования за счет всей породы или некоторых составляющих ее минералов. Такой процесс носит название процесса за' мещения, или метасоматоза. Примерами могут служить замещение каль цита гипсом при реакции с водой, содержащей серную кислоту:

CaCO3 + H2O + H2SO4 = CaSO4 . 2H2O +CO2,

кальцит

гипс

Глава 4. Образование минералов в природе

121

или замещение сфалерита ковеллином при реакции с раствором сульфа та меди:

ZnS + CuSO4 = CuS + ZnSO4.

сфалерит раствор ковеллин раствор

В случае избирательного метасоматоза (т. е. при замещении каких либо определенных минералов породы) вновь образованный минерал, восприняв ший внешнюю форму, а иногда и особенности внутреннего строения старого минерала, носит название метасомы. В частном случае, когда замещению подвергается какой либо кристалл, мы будем иметь дело с псевдоморфозой, т. е. с чуждой для данного минерала кристаллической формой. При коллои дальном замещении опалом или сульфидами железа органических остатков, например древесины, нередко сохраняются все особенности их строения.

Наряду с этим в природе распространены случаи возникновения хоро шо образованных кристаллов, развившихся путем метасоматоза в твердых средах (породах). Такие образования называются метакристаллами и из вестны лишь для некоторых минералов. Примером являются прекрасно образованные кубические кристаллы пирита в сланцах, мраморах и дру гих породах. Метакристаллы часто содержат внутри остатки незамещен ных минералов вмещающей породы. Они нередко возникают вдоль направ лений тончайших, почти незаметных трещин в породах, что говорит о несомненно более позднем их образовании по сравнению с породой.

Процессы перекристаллизации и преобразования минералов, совер шающиеся в твердых средах, происходят под влиянием существенного изменения физико химических факторов равновесия систем, в частно сти, в условиях так называемого регионального метаморфизма.

Растворение и разложение минералов. Уже указывалось, что многие минералы, после того как они образовались, под влиянием изменения внешних условий существования претерпевают те или иные превраще ния, иногда нацело растворяясь или разлагаясь с образованием нераство римых продуктов химических реакций.

Начальные стадии растворения легко удается наблюдать на отдель ных кристаллах, причем они характеризуются следующими явлениями:

1)если при росте кристалла вершины и ребра его имеют тенденцию

кускоренному развитию, то при растворении они обнаруживают наиболь шую скорость перехода в раствор, благодаря чему кристалл приобретает как бы оплавленную форму;

2)если при росте кристалла наиболее устойчивыми являются мед ленно растущие грани, то при растворении появляются те грани, которые обладают наибольшими скоростями растворения;

3)медленно растущие грани обычно имеют блестящие гладкие поверх ности; при растворении медленно растворяющиеся грани часто выгля дят матовыми;

122

Общая часть

4) в начальные моменты растворения на гранях нередко образуются мель чайшие многогранные углубления, носящие название фигур травления.

Частичное или полное разложение минералов в природных условиях главным образом связано с процессами окисления и восстановления. Особенно это относится к минералам, в состав которых входят элементы, способные в естественных условиях образовывать несколько ионов раз ной валентности (например, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Mn3+, Mn4+, S2–, S6+ и др.).

Если в минерале первоначально содержались катионы низшей валент ности, то, попадая в окислительные условия (скажем, в зону выветрива ния горных пород и руд), они, естественно, будут стремиться перейти в ионы высшей валентности. При этом размеры катионов уменьшаются, что обычно приводит к разрушению кристаллической структуры. Напри мер, в соединении FeS (пирротин) двухвалентный катион железа в усло виях обогащения среды кислородом и водой легко превращается в трех валентный катион с образованием труднорастворимых гидроокислов железа, тогда как двухвалентный анион серы окисляется до шестивален тного катиона с образованием комплексного аниона [SO4]2–, образующе го с ионами водорода серную кислоту, переходящую в раствор. Таким об разом, на месте пирротина возникает другое вещество, не имеющее с ним ничего общего по своим свойствам. Точно так же карбонат двухвалентно го марганца МnСО3 в этих условиях легко образует гидроокислы четы рехвалентного марганца.

Если эти гидроокислы железа и марганца при геологических процес сах попадают в глубинные условия в земной коре, где господствует вос становительная среда, высшие валентности катионов элементов нередко переходят в низшие, и этот переход сопровождается обезвоживанием соеди нений. В создавшихся условиях возникают новые минералы: гематит Fe2O3 или магнетит (Fe··Fe2···O4), браунит (Мn··Мn····О3), гаусманит (Мn··Мn2···О4]

идр.

Вописательной части курса мы встретимся с многочисленными при мерами этого рода.

Генерации минералов. Термин «генерация» в переводе на русский язык означает поколение. Это слово точно передает смысл термина. Гене рациями какого либо минерала называют разновозрастные его выделе ния в данной минеральной ассоциации, отличающиеся по относительным размерам, внешнему виду или особенностям химического состава. Наблю дения над условиями нахождения минералов, особенно в рудных место рождениях, очень часто показывают, что существует несколько поколений одного и того же минерала, возникших в течение одной стадии процесса минералообразования. В одних случаях, как это показано на рис. 42, более молодые поколения мелких кристаллов нарастают тут же, на более ран них и крупных по размерам, в других — они проявляются иначе, напри мер, в виде ранних крупных зерен и в виде поздних мелких выделений

Глава 4. Образование минералов в природе

123

в тонких трещинах среди других минера

 

 

лов или мельчайших включений, устанав

 

 

ливаемых лишь под микроскопом, и т. д.

 

 

Детальными микроскопическими иссле

 

 

дованиями руд устанавливается, что почти

 

 

каждый рудообразующий минерал имеет

 

 

по несколько генераций, что указывает на

 

 

сложность процессов рудообразования.

 

 

Это обстоятельство важно иметь в виду

 

 

при изучении парагенетических соотно

 

 

шений минералов1.

 

 

Минеральные агрегаты. В результате

 

 

кристаллизации и затвердевания раствора

 

 

или расплава образуется смесь сросшихся

 

 

между собой кристаллических зерен, кото

 

 

рая носит название минерального агрегата.

 

 

Агрегаты бывают мономинеральными,

 

 

т. е. состоящими из кристаллических зерен

Рис. 42. Ромбоэдры второй

одного минерала (например, штуф мрамо

ра или магнетитовой руды), и полимине'

генерации ориентированно

ральными, представленными несколькими

нарастают на скаленоэдр кальцита

(автоэпитаксия). Рисунок

 

различными по составу и свойствам мине

 

В. Макаренко из II выпуска

ралами (например, кусок гранита или мед

альбома «Рисуя минералы...»

но цинковой сульфидной руды).

(рис. 23)

 

По своему строению и морфологическим признакам минеральные агрегаты весьма разнообразны. Многие из них настолько типичны, что приобрели особые названия. Наиболее характерные морфологические особенности минеральных агрегатов обусловлены степенью кристаллич ности вещества. С этой точки зрения прежде всего существенно отлича ются друг от друга две большие группы: 1) явнокристаллические агре гаты; 2) скрытокристаллические и колломорфные массы.

Перечислим главнейшие типы минеральных агрегатов.

1.Зернистые агрегаты, сложенные кристаллическими зернами, иногда

вкомбинации с хорошо образованными кристаллами каких либо мине ралов. Этот тип агрегатов пользуется наибольшим распространением

1 Термин «генерация», вообще говоря, относится не только к отдельным минералам, но и к минеральным комплексам, в частности к горным породам и рудам. Например, жилы диабазов или кварцевых порфиров нередко имеют по несколько поколений, как об этом можно судить по пересечениям жил одной и той же породы. Другой пример: в некоторых молибденовых месторождениях среди жил грубозернистого кварца с круп

нокристаллическим молибденитом (MoS2) иногда наблюдаются более поздние генера ции молибденовых руд (в виде прожилков и цемента между обломками), представлен ных тонкозернистым кварцем и обильным скрыточешуйчатым молибденитом.

124 Общая часть

в земной коре. Примерами могут служить полнокристаллические извер женные породы, многие сульфидные и другие руды месторождений по лезных ископаемых и пр.

По величине слагающих зерен различают: 1) крупнозернистые агре гаты — с размером зерен свыше 5 мм в поперечнике; 2) среднезернистые

— с зернами 1–5 мм в поперечнике, легко различимыми невооруженным глазом; 3) мелкозернистые, размеры зерен которых меньше 1 мм.

Строение скрытокристаллических агрегатов может быть установле но лишь под микроскопом в тонких шлифах

Форма слагающих зерен также накладывает свой отпечаток на морфо логические особенности агрегатов. Если агрегат сложен зернами более или менее изотермической формы, то его называют просто зернистым. Если же зерна имеют пластинчатый об лик, то такие агрегаты называют ли' стоватыми или чешуйчатыми

в зависимости от размеров слага ющих индивидов. Наконец, встре чаются агрегаты, индивиды кото рых имеют вытянутую в одном направлении форму, иногда с ради альным расположением (рис. 43); они носят названия шестоватых,

игольчатых, волокнистых агрегатов. Распространены также агрегаты, сложенные минералами различных

Рис. 43. Радиальный пучок кристаллов

форм, например, слюдяные сланцы

вивианита. Рисунок В. Слетова и В. Мака

с изометрическими кристаллами

ренко из II выпуска альбома «Рисуя

минералы…» (рис. 30)

граната (рис. 44), зернистые массы

 

кварца с шестоватыми кристаллами

 

турмалина и др.

 

По степени заполнения про

 

странства различают плотные и рых

 

лые зернистые агрегаты. Примером

 

последних могут служить рыхлые

 

кристаллическиеобразованиянадне

 

усыхающих соляных озер.

 

2. Друзы представляют собой

 

сростки хорошо образованных кри

 

сталлов, наросших на стенках ка

 

ких либо пустот. Примером могут

 

служить часто встречающиеся дру

Рис. 44. Альмандин в мусковитовом

зы кристаллов кварца (рис. 45).

Друзы интересны не только с кри

сланце. Кольский полуостров

сталлографической точки зрения,

 

Глава 4. Образование минералов в природе

125

но также потому, что в них нередко удается изучить последователь ность выделения разных минера лов, кристаллизовавшихся из по следних порций растворов.

Сам факт наличия в друзах хо рошо образованных кристаллов свидетельствует о том, что они воз никли в свободном пространстве, т. е. в каких либо первичных пусто тах, полых трещинах, раздроблен ных породах и т. д. Размеры пустот

бывают самые различные, начиная Рис. 45. Друза кристаллов кварца с мелких пор и кончая пещерами,

называемыми иногда «хрустальными погребами», в которых стенки усея ны крупными кристаллами прозрачного кварца и других минералов.

Такие минеральные образования, в которых кристаллические инди виды, тесно соприкасаясь, вытянуты более или менее параллельно друг другу, носят название гребенчатых, или щетковидных, агрегатов. Очевид но, кристаллы, зародившиеся на стенках полости, еще в начальные мо менты роста вошли в соприкосновение друг с другом и в дальнейшем, в условиях стесненной обстановки, могли развиваться лишь в одном на правлении, перпендикулярном к этим стенкам. К этой же категории об разований относятся кристаллические корки, образованные мелкими, тес но сросшимися кристалликами, и щетки кристаллов.

Как показывает изучение, в этих случаях первоначально возникшие многочисленные кристаллические зародыши развивают свой рост в самых произвольных направлениях. Однако в процессе дальнейшего роста в борь бе за пространство постепенно выживает все меньшее и меньшее число кристаллических индивидов, причем преимущественно продолжают раз виваться те из них, направление наибольшего роста которых близко к пер пендикуляру к поверхности зарождения кристаллов («принцип геометри ческого отбора»). Если эта поверхность вогнутая, то возникают радиально сходящиеся лучистые минеральные агрегаты, а если выпуклая — радиаль но расходящиеся игольчатые или столбчатые кристаллические массы.

Образование радиально лучистых агрегатов (сферолитов) нередко связано с непрекращающимся в процессе роста расщеплением зародив шихся кристаллов, иногда сопровождаемым несколькими дополнитель ными зарождениями. При зарождении кристаллов на поверхности отдель ных частиц геометрический отбор, зачастую также при участии процессов расщепления, приводит к образованию так называемых ядросферолитов. При кристаллизации расщепляющихся кристаллов на сложной поверх ности образуются сферолитовые корки, при этом наблюдаются признаки

126

Общая часть

Рис. 46. Сферолитовое строение почковид ного агрегата гематита

Рис. 47. Халцедоновая жеода с полостью, выполненной щетками кварца. Рисунок В. Слетова из I выпуска альбома «Рисуя минералы...» (рис. 4)

Рис. 48. Кремневая конкреция. Рисунок В. Слетова из I выпуска альбома «Рисуя минералы...» (рис. 2)

геометрического отбора также между отдельными сферолитами (рис. 46).

3. Секреции образуются в ре зультате заполнения пустот не правильной, обычно округлой формы кристаллическим веще ством. Характерной особеннос тью многих секреций является последовательное концентриче ски послойное отложение мине рального вещества по направле нию от стенок пустоты к центру. При этом отдельные слои неред ко отличаются друг от друга по цвету и часто по составу.

Мелкие пустоты обычно наце ло заполняются минеральным ве ществом. Иногда центральная часть бывает выполнена радиаль новолокнистыми агрегатами ка кого либо минерала, например цеолитов. В крупных же пустотах

вцентре нередко наблюдается по лость, стенки которой устланы друзами кристаллов или натечны ми образованиями.

Мелкие секреции (до 10 мм

впоперечнике) называются мин' далинами, крупные — жеодами

(рис. 47).

4.Конкреции представляют со бой шаровидные или не совсем правильной формы сферические стяжения и желваки (рис. 48), воз никающие в рыхлых осадочных породах, главным образом в гли нах, песках и землистых продук тах разрушения пород. Размеры конкреций колеблются в широких пределах — от миллиметров до де сятков сантиметров, иногда до

Глава 4. Образование минералов в природе

127

метров в поперечнике. Разрастаясь и соединяясь вместе, они образуют сложные по форме крупные тела.

Часто, но не обязательно, они возникают вокруг чужеродных тел, ко торыми во многих случаях являются органические остатки. В полирован ных разрезах песчанистых конкреций марказита и фосфорита бывает вид но слоистое расположение песчинок, отвечающее слоистости самой породы. Этот факт говорит о том, что конкреции, по крайней мере отчас ти, образуются после того, как породы сформировались. В изломе через центр они во многих случаях обнаруживают радиально лучистое строе ние. Иногда наряду с этим наблюдается неясно выраженное концентри чески зональное строение минеральной массы.

Таким образом, конкреции по своему происхождению существенно отличаются от рассмотренных выше секреционных образований. В про тивоположность последним, конкреции разрастаются вокруг какого либо центра. Радиально лучистое строение конкреций обязано своим появле нием геометрическому отбору между отдельными кристаллическими ин дивидами.

Наиболее часто в виде конкреций встречаются фосфорит, пирит, мар казит, иногда сидерит, барит и др.

5.Оолиты по способу образования во многом аналогичны конкрециям. Это такие же сферические образования, но малых размеров (от десятых долей миллиметра до 5–10 мм), возникающие в водных средах вокруг взвешенных посторонних тел — песчинок, обломков органических остатков и даже пузырь ков газа. Характерной особенностью оолитовых стяжений является их явно выраженная, довольно правильная концентрическая слоистость, иногда скор луповатость. Аналогичные по форме, но не обладающие концентрической сло истостью образования называют псевдоолитами (бобовинами).

Образование современных известковистых оолитов происходит в дви жущейся воде во взвешенном состоянии, причем по мере достижения определенных размеров они падают на дно. Осадочные породы, состоящие из сцементированных оолитовых стяжений, в зависимости от размеров носят название гороховых камней.

6.Так называемые натечные формы минеральных образований, как

идрузы кристаллов, наблюдаются в пустотах, в том числе и в естествен ных пещерах. Ранее предполагалось, что они появляются в результате кристаллизации коллоидов. Такие агрегаты практически всегда обна руживают сферолитовое или микросферолитовое строение, они наблю даются в виде сталактитовых или псевдосталактитовых (рис. 49), поч' ковидных, гроздевидных и прочих форм (рис. 50). В нижних частях пустот за счет падающих капель возникают поднимающиеся кверху ко нусообразные сталагмиты, наблюдающиеся, впрочем, не для всех ми неральных образований. Образование «натечных» форм в подавляющем большинстве случаев связано с массовой кристаллизацией из истинных

128

Общая часть

Рис. 49. Псевдосталактиты халцедона

Рис. 50. Геликтиты кальцита из карсто

в жеоде. Рисунок В. Слетова

вой пещеры. Рисунок В. Слетова

и В. Макаренко из II выпуска альбома

из II выпуска альбома «Рисуя минера

«Рисуя минералы...» (рис. 21)

лы...» (рис. 7)

растворов, сопровождаемой расщеплением и геометрическим отбором индивидов. Разнообразие получающихся агрегатов связано с различия ми в скоростях зарождения и в режиме роста индивидов, определяемы ми характером контакта поверхности подложки и растущих кристал лов с жидкими средами в различном состоянии (пленочные, капельные или застойные растворы, ламинарные или турбулентные потоки раство ров и т. п.). Псевдосталактиты возникают, по всей вероятности, путем зарождения и кристаллизации сферолитовых корок на гибких колло идных трубках в водной среде.

Размеры таких образований могут быть самыми различными, начиная от микроскопических и кончая толстыми столбообразными сталактитами

исталагмитами арагонита и кальцита (Са[СО3]) в больших пещерах.

Вподобных формах могут встречаться самые различные минералы: гид роокислы железа (лимонит, гетит), гидроокислы марганца (псиломеланы), опал, малахит, гипс, арагонит, кальцит, сульфиды разных металлов и др.

Как показывает изучение натечных образований в полированных об разцах, они очень часто характеризуются концентрически зональным стро ением (в поперечных разрезах). Это строение обусловливается чередова нием зон, состоящих либо из одного и того же минерала, но различной окраски или с различными физическими свойствами (малахит, лимонит и др.), либо, что гораздо реже, из различных по составу минералов (напри мер, лимонит, халцедон и малахит, лимонит и самородная медь и др.). Раз

Глава 4. Образование минералов в природе

129

личия в минеральном составе отдельных концентрических слоев свидетель ствуют об изменении состава притекавших растворов в процессе роста.

7.Землистые массы, как показывает само название, представляют со бой мягкие мучнистые образования, в которых невозможно различить даже с помощью лупы какие либо кристаллические образования. Обыч но мы их наблюдаем в виде корок или скоплений, возникающих чаще всего при химическом выветривании руд и горных пород. В зависимости от цве та такие массы иногда называют сажистыми (образования черного цве та) или охристыми (скопления и корки желтого и бурого цвета).

Таковы, например, землистые минеральные образования различной окраски гидросиликатов никеля, сажистые образования гидроокислов марганца, охристые образования гидроокислов железа и другие остаточ ные продукты выветривания.

8.Налеты и примазки, встречающиеся иногда в виде тонких пленок на поверхности кристаллов, могут представлять собой различные по составу вещества. К их числу можно отнести, например, тонкие пленки бурых гид роокислов железа на кристаллах горного хрусталя, примазки медной зеле ни и сини в горных породах, вмещающих медные месторождения, и др.

9.Выцветами называют обычно периодически появляющиеся на по верхности руд, горных пород, сухих почв и в трещинах рыхлые пленки и корочки или спорадически рассеянные моховидные и пушистые образо вания каких либо солей, чаще всего легкорастворимых водных сульфа тов. В дождливые периоды года они, как правило, исчезают, а в сухую по году вновь появляются.

К этому же типу образований следует от нести довольно часто наблюдающиеся денд ритоподобные выделения гидроокислов мар ганца на поверхности пород вдоль тонких трещин (рис. 51).

10.«Кольца и спирали Лизеганга». Под этим

термином подразумевают ритмически переме жающиеся полосчатые образования, явля ющиеся результатом периодического осажде ния каких либо соединений при диффузии в

Рис. 51. Дендриты

микропористых средах, очень похожие на те, гидроокислов марганца что получал Р. Лизеганг в виде концентриче

ских колец или спиралей. Сущность его опыта сводилась к тому, что вок руг капли AgNO3 на желатине, пропитанном К2Сr2О7, при диффузии ра створа в процессе реакции возникали микроскопические кристаллики Ag2Cr2O7, которые первоначально двигались вместе с раствором, но за тем, по мере роста, задерживались в порах желатина, будучи не в состоя нии двигаться дальше из за своих размеров, и потому периодически осаж дались в виде концентрических колец. Очень похожие образования

130

Общая часть

возникают в тонкопористых породах при процессах выветривания. Таковы, например,ритмическиекольца,полосы,гиперболы,окрашенныебурымигид роокислами железа, в известняках, песчаниках и других породах. Здесь пе риодическое выпадение вещества, очевидно, совершается из золей в виде геля при критической концентрации дисперсной фазы или электролита. Если при этом одновременно происходит выщелачивание породы, то в конечном ре зультате мы будем иметь концентрически скорлуповатые образования,

вкоторых полосы плотного геля перемежаются с землистыми участками.

Внекоторых случаях вместо колец или спиралей возникают древо видные образования. Таковы, например, выделения гидроокислов желе за или марганца в опале («моховые» агаты). Искусственно они также легко воспроизводятся в желатиновой среде.

Парагенезис минералов1. Этот термин, понимавшийся как «совмест ное нахождение минералов», был введен в геологическую литературу в 1849 г. Брейтгауптом. Однако впервые, задолго до этого (в 1798 г.), то же понятие под названием «смежность минералов» было предложено нашим русским ученым В. М. Севергиным. В 1923 г. В. И. Вернадский предложил назвать совместное нахождение минералов в одном и том же минераль ном теле «минеральной ассоциацией», в отличие от термина «парагене зис», которому он придал другой смысл.

Он подчеркнул, что начала этого учения связаны еще с наблюдения ми древних рудокопов, искавших спутники металлических руд и драго ценных камней. «Они первые, не зная того, изучали минеральные ассо циации». Давно было установлено, например, что галенит (PbS), с которым часто связано серебро, как правило, встречается совместно со сфалеритом (ZnS). Точно так же широко распространены месторожде ния, в которых золото ассоциирует с кварцем, киноварь (HgS) — с анти

монитом (Sb2S3) и т. д. В настоящее время в этой области накопился ог ромный эмпирический материал, оказывающий большую помощь при проведении поисково разведочных работ.

«Парагенезисом» Вернадский назвал «все минеральные ассоциации, известные для какого нибудь минерала или химического элемента», для чего предлагал учитывать минеральные тела, в которых данный минерал встречается, минеральные ассоциации и генерации (История минералов земной коры. 1923. Т. 19. С. 153). К сожалению, Вернадский не привел кон кретных примеров, которые иллюстрировали бы это положение. Однако в другом месте своей работы он указал на необходимость «изучения законо' мерностей сочетания минералов — их парагенезиса» (Там же. С. 11). В та ком понимании эта задача приобретает особый интерес в минералогии.

Богатейший минералогический материал, полученный при детальном изучении разнообразных горных пород и руд, позволил значительно уг

1 Пара (греч.) — подле, возле; генезис — образование, происхождение.

Глава 4. Образование минералов в природе

131

лубить исследования в этом направлении. Минералоги выяснили, что при процессах минералообразования в зависимости от физико химических условий и взаимодействия растворов с окружающей средой на каждой стадии развития этих процессов возникают определенные парагенетиче ские ассоциации как совместно образовавшиеся группы минералов в дан ном минеральном теле. Характерно, что каждая такая группа отражает свои условия образования минералов. Для ясности остановимся на сле дующем простом примере.

Нередко в одном и том же штуфе руды среди совместно наблюдаемых минералов устанавливаются две или несколько различных по времени об' разования и происхождению групп минералов. Например, лимонит (гид роокислы железа) и малахит (карбонат меди) часто наблюдаются совмест но с полуразрушенными сульфидами меди и железа (например, пиритом (FeS2) и халькопиритом (CuFeS2)). Однако геологические данные всегда показывают, что сульфиды образовались раньше в одних условиях, а бо лее поздние гидроокислы железа и карбонат меди — в совершенно дру гой обстановке (в условиях выветривания) и пространственно связаны с первыми лишь по источнику входящих в них химических элементов (же леза и меди). Следовательно, в данной минеральной ассоциации мы име ем две различные по условиям образования группы минералов.

При таком подходе к изучению ассоциации минералов выявляются чрезвычайно важные как в научном, так и в практическом отношении

закономерности смены парагенетических ассоциаций минералов во време' ни, свидетельствующие об изменении физико химических условий в ис торическом ходе минералообразования. Советскими учеными был раз работан геометрический метод анализа наблюдающихся в природе различных сочетаний минералов, позволяющий вскрывать многие дета ли и факты, которые при обычных методах наблюдения ускользают от исследователя.

Знание типических парагенетических ассоциаций имеет большое зна чение в минералогии. Оно не только помогает определять совместно встре чающиеся минералы, но также оказывает большую услугу при поисках полезных ископаемых. Например, если в основных, обогащенных магне зией изверженных породах мы встречаем такие более или менее легко устанавливаемые по внешним признакам минералы, как пирротин (FeS) и халькопирит (CuFeS2), то мы обязательно должны искать третий, труд нодиагностируемый, но очень важный в промышленности никелевый минерал — пентландит, который в этих породах встречается как совмест но с ними образовавшийся минерал.

Нужно указать, что в природе наблюдаются самые разнообразные па рагенетические ассоциации минералов. Это обусловлено не только перво начальным составом кристаллизующихся растворов или реагирующих с ними окружающих горных пород, но также температурой, давлением или

132

Общая часть

глубиной в земной коре, на которой происходит образование или преобра зование минералов, и другими факторами. При этом одни минералы могут возникать только при определенных значениях внешних факторов, дру гие, наоборот, образовываются при различных процессах минералообразо вания. Так, гипс (Ca[SO4] . 2H2O) в одних случаях нередко встречается в ассоциации с хлористыми и сернокислыми солями в пластовых соляных залежах, образовавшихся в результате усыхания соляных рассолов в озер ных бассейнах и лагунах. В других случаях он наблюдается как продукт химического выветривания горных пород (в областях с малым количеством осадков) в ассоциации с гидроокислами железа и глинистыми продуктами разрушения, причем, как показывают горные выработки, он довольно быст ро исчезает с глубиной. Описаны случаи нахождения гипса в виде крис таллов в трещинах, среди разложенных и обесцвеченных лав и извержен ных горных пород, около сольфатар (парообразных сернистых выделений в районах вулканической деятельности), где гипс мог образоваться за счет известковистых минералов вмещающих пород под действием горячих вод, содержащих серную кислоту, и т. д.

Разнообразие парагенетических ассоциаций минералов часто ослож няется тем, что во многих случаях на данную группу совместно образовав шихся минералов, связанных с одним процессом, накладываются минераль ные ассоциации, обязанные своим происхождением другому процессу, причем новообразования нередко частично развиваются за счет ранее об разовавшихся минералов. Поэтому и важно в подобных случаях раздельно учитывать различные по происхождению группы совместно образовавшихся минералов, так как для каждого процесса минералообразования, естествен но, существуют свои закономерности сочетаний минералов. Сам факт на ложения нового процесса минералообразования свидетельствует об изме нившихся физико химических условиях равновесия минеральных фаз. Это нередко приводит к тому, что по крайней мере часть ранее образовавшихся минералов оказывается неустойчивой в новых условиях и подвергается соответствующим изменениям или замещению новыми минералами.

Что касается характерных ассоциаций химических элементов в отдель ных минералах, то этот вопрос для кристаллических тел решается цели ком на основе законов кристаллохимии. Сочетание разнородных элемен тов в кристаллических структурах, как известно, обусловливается химическими особенностями, связанными со строением атомов или ионов, их размерами и свойствами. Замена одних атомов и групп атомов другими также зависит от их размеров, а в ионных соединениях, кроме того, соблюдается условие, чтобы суммарные положительная и отрица тельная валентности были уравновешены.

Типоморфные признаки минералов. Давно уже обращалось внима ние на то, что некоторые минералы обладают типичными формами крис таллов, свойственными какому либо данному типу месторождений или

Глава 4. Образование минералов в природе

133

данной горной породе. Например, кальцит (Са[СО3]), встречающийся в виде кристаллов обычно в пустотах, в одних месторождениях наблюда ется в характерных скаленоэдрических формах, в других — в виде круп ных тупых или острых ромбоэдров, в третьих — в пластинчатых кристал лах, в четвертых — в виде мелких шестоватых кристалликов и т. д. Делались попытки увязать эти различные формы кристаллов с темпера турой их образования. Однако в конце концов выяснилось, что вообще на морфологию и размеры кристаллов влияет не только температура, но и концентрация компонентов в растворах, наличие тех или иных раство ренных примесей в них и степень пересыщения растворов.

В настоящее время к типоморфным признакам минералов относят не только форму кристаллов, но и какие либо типические признаки мине ралов вообще, например, цвет, примеси в составе минералов тех или иных химических элементов (типохимизм), типы двойников и т. д. Несомнен но, что эти характерные для того или иного месторождения признаки свя заны с особенностями состава растворов, из которых кристаллизовались минералы, температурой, давлением и другими условиями минералооб разования. Приведем несколько примеров.

Было подмечено, что касситерит (SnO2) из высокотемпературных, так называемых пегматитовых образований (в отличие от гидротермальных месторождений) в виде примесей часто содержит такие металлы, как нио бий, тантал, железо и др. Поэтому в случае нахождения его при поисках в виде окатанных зерен в рыхлых отложениях логов или речных долин по особенностям его состава мы можем примерно судить о том, какого типа месторождения явились его источником.

Установлено также, что крупные кристаллы кварца из так называемых жил «альпийского типа», в отличие от других месторождений, характе ризуются некоторыми особенностями кристаллических форм, определен ным парагенезисом минералов и присутствием относительно крупных монокристальных блоков внутри кристаллов, сдвойникованных обычно по дофинейскому закону.

Для самородного золота характерно, что оно наиболее богато сереб ром (в виде изоморфной примеси) в тех месторождениях, которые обра зовались в близповерхностных условиях в земной коре, т. е. в условиях относительно низких давлений и температур. Серебристое золото (элек трум) отличается от обычного самородного золота и по физическим свой ствам: обладает несколько меньшим удельным весом и более светлым желтым цветом. В парагенезисе с ним часто встречаются сернистые со единения серебра: аргентит (Ag2S), прустит (Ag3AsS3) и др.

Для подавляющего большинства рудных месторождений, характери зующихся сложными условиями происхождения, наблюдается большое разнообразие этих признаков, что требует весьма детальных исследований для установления истинных закономерностей, на основании которых