Питання для самоперевірки

1 Що називається простою формою?

2 Які прості форми вміщує триклинна сингонія?

3 Які прості форми вміщує моноклінна сингонія?

4 Які прості форми вміщує ромбічна сингонія?

5 Які прості форми вміщує тригональна сингонія?

6 Які прості форми вміщує тетрагональна сингонія?

7 Які прості форми вміщує гексагональна сингонія?

8 Які прості форми вміщує кубічна сингонія?

9 Що називається пінакоїдом?

10 Що називається моноедром?

11 Що називається комбінацією?

12 Які комбінації існують?

Література

1. Куровець М. Кристалографія і мінералогія. Ч.I. Львів: Світ, 1996.

2. Куровець М., Гунька Н. Загальна геологія. Івано-Франківськ: Факел, 2001.

3. Горванко Г. Методичні вказівки до лабораторних робіт з курсу «Кристалографія і мінералогія». Івано-Франківськ: Факел, 2001.

4. Попов Г., Шафрановский И. Кристаллография. М.: Высшая школа, 1976.

Лабораторна робота № 3

Морфологія мінеральних індивідів і мінеральних агрегатів та їх визначення

Мета: засвоїти основні форми знаходження мінералів в земній корі.

Завдання:

1 Вивчити за літературними джерелами основні форми знаходження мінеральних індивідів та мінеральних агрегатів в земній корі.

2 Згідно отриманого індивідуального завдання визначити: фізичний стан мінералів (їх кристалічність або аморфність).

3 На отриманих взірцях мінералів визначити їх морфологічні особливості, результати яких занести в таблицю.

1 Основні теоретичні положення

1.1 Визначення кристалічності і аморфності на реальних взірцях мінералів.

Кристалічний і аморфний стан речовини проявляється на двох рівнях - „мікро - та макрорівні”. Мікрорівень визначається характером розташування атомів іонів або молекул в просторі, тобто утворенням визначених типів структур. Макрорівень - в утворенні різноманітних типів мінеральних індивідів та агрегатів з визначеними морфологічними і фізичними властивостями.

Визначення характеру розташування атомів, іонів або молекул в кристалічних структурах, тобто на мікрорівні досліджується в лабораторних умовах на спеціальній апаратурі (електронний мікроскоп та рентгенапаратура).

Аморфний і кристалічний стан мінеральної речовини на мікрорівні проявляється рядом зовнішніх морфологічних та фізичних ознак.

1.2 До морфологічних ознак кристалічних тіл відноситься їх зовнішня форма з наявністю елементів огранення кристалів ( граней, ребер, вершин) або ж їх фрагментів (рис. 3.1а, 3.1б), а також цілий ряд інших особливостей: шаруватості (рис. 3.2а), волокнистості (рис. 3.2 б, в), характер штрихуватості (рис. 3.3 а, б, в) та інші.

а б

Рисунок 3.1 – а) кристали кам’яної солі з добре розвинутими гранями, вершинами та ребрами; б) кристали кварцу з добре розвинутими гранями, вершинами та ребрами

а б

в

Рисунок 3.2 - Характер шаруватості мусковіту (а), волокнистості гіпсу (б) та азбесту (в), по якому можна визначити кристалічний стан мінералів

а б в

Рисунок 3.3 - Характер штрихуватості на кристалах піриту (а), кварцу(б), турмаліну(в).

До фізичних ознак кристалічних тіл відносяться спайність (рис. 3.4а), зональність в кольорі (рис. 3.4б), злам, блиск та декотрі інші властивості.

а б

Рисунок 3.4 - Характер сходинчастого зламу в мікрокліні (а) та зональності в кольорі мусковіту (б)

1.3 Морфологічні особливості мінеральних кристалічних індивідів.

Серед мінеральних кристалічних індивідів виділяють ряд морфологічних типів, з яких найбільш поширеними є окремі кристали більш-менш ідеальної форми, ускладнені кристали на кристали з відповідними дефектами і дислокаціями [1, 2].

1.4 Основні габітусні типи мінеральних індивідів.

Серед окремих кристалів мінералів виділяють три основні габітусні типи: ізометричний, видовжений і сплюснутий (рис. 3.5 а,б,в) [2].

Рисунок 3.5 - Основні типи габітусів мінералів

До ізометричного типу габітусу належать кристали, які розвинені в трьох напрямках однаково, тобто, в яких а = в = с (рис. 3.6).

а б в г

Рисунок 3.6 - Різновидності ізометричного типу габітусу кристалів за розвитком на них простих форм: а – гексаедричний (пірит); б – пентагондодекаедричний (гранат); в – октаедричний (магнетит); г – тетраедричний (сфалерит)

В даному типі габітусу, залежно від розвитку на кристалі простих форм, виділяють ряд різновидностей. Це тетраедричний, гексаедричний, октаедричний, пентагондодекаедричний та ряд інших габітусів.

При встановленні ізометричного габітусу і його різновидностей слід пам’ятати, що він властивий в основному, кристалам кубічної сингонії. Із кристалів сингоній середньої категорії іноді до даного типу габітусу можна умовно віднести сплюснуті по L₃, L₄, L₆ біпіраміди, сплюснутий ромбоедр та деякі інші форми, в тому числі і призми.

До видовженого типу габітусу належать кристалічні індивіди мінералів, які витягнуті в одному напрямі, тобто таки, в яких а = в < с (рис. 3.7).

За зовнішньою формою і характером розвитку простих форм в цьому типі габітусу виділяють ряд різновидностей, серед яких найбільш поширеними є: видовжено-призматичні, пірамідальні, біпірамідальні, списовидні, голчасті, волокнисті та інші. Цей тип габітусу властивий кристалам середніх сингоній.

До сплюснутого типу габітусу належать кристалічні індивіди, в яких розвиток іде в двох напрямах, тобто, в яких а = в > с (рис. 3.8). За зовнішньою формою і характером розвитку простих форм в цьому типі габітусу виділяють ряд різновидностей, серед яких найбільш поширеними є : призматично-таблитчасті, дощаті, пластинчасті, листуваті та лускуваті.

Рисунок 3.8 - Різновиди сплюснутого типу габітусу: а – призматично-таблитчатий (гіпс); б – пластинчатий (берил); в - листуваний (мусковіт); г – лускуватий (хлорит)

Даний тип габітусу властивий кристалам, які кристалізуються в сингоніях нижчої категорії. Іноді сплюснутий тип габітусу набувають і кристали середніх сингоній.

Визначення габітусних типів окремих кристалічних індивідів і їх різновидностей рекомендується проводити як на моделях кристалів окремих сингоній, так і на реальних кристалах мінералів, при цьому на великих кристалах - макроскопічним шляхом, на малих - з допомогою бінокулярного мікроскопа.

1.5 Ускладнені форми реальних кристалічних індивідів мінералів.

До ускладнених форм кристалічних індивідів належать: вершинні, реберні, гранні, скелетні та інші форми, а також скручені, мозаїчні, зональні та інші кристали.

Вершинні форми реальних кристалів являють собою мінеральні індивіди, ріст яких в силу певних специфічних термодинамічних умов відбувався по відповідних вершинах (рис.3.9).

Рисунок 3.9 - Приклади вершинних форм кристалічних індивідів мінералів: а – кристал льоду; б – ромбічні кристали кальциту 2-ої генерації (2), розвинуті на вершинах дітригональого скаленоедра 1-ої генерації (1); в – ромбододекаедричні кристали флюориту 2-ої генерації (2), розвинуті на вершинах октаедра 1-ої генерації (1)

Гранні форми реальних кристалів являють собою мінеральні індивіди, в яких ріст кристалу відбувався по певних гранях. Серед граних форм виділяють як позитивні, так і відємні різновиди. Як приклад позитивної граної форми, можна навести граний куб галіту і відємної — гексагональну призму берилу (рис. 3.10).

Рисунок 3.10 - Приклади граних форм кристалічних індивідів мінералів: а - чотири різновидності позитивних граних форм гексаедра кам’яної солі (за І. І. Шафрановським); б – від’ємна грана форма берилу.

До реберних форм реальних кристалів належать окремі індивіди, в яких ріст відбувається по окремих ребрах, пов’язаних між собою відповідними елементами симетрії і „монолітною” внутрішньою структурою.

Скелетні форми являють собою сукупність вершинних, реберних і граних форм, утворюючи їх переплетіння.

Для скелетних форм, як і для всіх інших ускладнених форм, характерною ознакою є те, що по всьому об’єму, по суті, вони є монокристалами, тобто їх структура монокристалічна (рис. 3.11).

Обеліскоподібні форми — це досить витягнуті в одному напрямі кристали з потоншеним одним кінцем. Їх формування пов’язане з максимальним розвитком граних форм, що супроводжується утворенням характерної поперечної штрихуватості з розвитком ввігнутих двогранних кутів, що носить назву віціналей (рис. 3.11).

Рисунок 3.11 - Приклади обеліскових (а – кварц) і скелетних (б - лід) кристалічних індивідів.

Мозаїчні форми кристалів являють собою окремі кристалічні індивіди, в яких кристалічна структура складена окремими однорідними блоками, які дещо зміщені один відносно одного. Такі моноблоки часто відокремлені один від одного границями розділу або внутрішніми тріщинами. Таким чином, мозаїчний кристал — це сукупність окремих блоків (мозаїка), які зрослися між собою в наближено паралельних напрямах. Однак їх зовнішня форма в цілому відповідає індивідуальному кристалу з властивими елементами огранювання (рис. 3.12).

Рисунок 3.12 - Приклади мозаїчних (а – пірит) і скручених (б – кварц, в – циркон) кристалічних індивідів.

Скручені форми кристалічних індивідів являють собою кристали мінералів, які спірально закручені вправо або вліво на певний кут. В більшості такий кут закручування навколо осі вищого порядку коливається в межах декількох градусів. Природа скручування повністю не з’ясована, однак найбільш достовірним є висновок Г.Г.Леймлена, який допускає, що причина такого явища - мозаїчна будова кристалів (рис. 3.12).

Віскерсні форми являють собою ниткоподібні або циліндричні кристали малого діаметра (від 0,05 мм до 50 мм), витягнуті в одному напрямі. Незважаючи на те, що у віскерсів кристалічна структура відповідає ідеальному дисконтинуму, елементи огранювання у віскерсів, як правило, відсутні, тобто віскерсний монокристал в поперечному розрізі має близьку до круглої або овальної форму. До цього морфологічного типу належать виділення самородної сірки на стінках кратерів вулканів, так звані „булі” штучних рубінів та інших кристалічних речовин як природного, так і штучного походження [1].

1.6 Основні типи дефектів та інших дислокацій мінеральних індивідів.

В кристалічних мінеральних індивідах в силу їх специфічного росту встановлено два основних типи макроскопічних дислокацій: поверхневі дислокації росту і об’ємні дислокації.

Поверхневі дислокації росту на реальних кристалах мінералів проявляються в утворенні різких віціналей, розривів, викривлених ребер і граней, сходинок і спіралей росту та інше, що дуже часто веде до зміни як морфологічних, так і в деякій мірі фізичних властивостей. Цей тип дислокації пов’язаний з порушенням поверхневої однорідності плоских сіток просторової гратки кристалічних мінералів, тобто з розривом або зі зсувом структурних шарів в плоскій сітці, що веде до порушення однорідності їх чергування в кристалічній структурі.

Об’ємні дислокації в реальних кристалах мінералів проявляються у формуванні різноманітних граних форм (від’ємні кристали), часто заповнених різноманітними за складом і фазовим станом включеннями, а також кристалів з зональною і секторальною будовою. Об’ємні дислокації пов’язані з порушеннями просторової однорідності кристалічної структури. При цьому в окремих ділянках кристалічної структури утворюються трьохмірні порожнини.

Вивчення і визначення як поверхневих, так і об’ємних дислокацій, а також інших ускладнених форм кристалічних індивідів мінералів рекомендується проводити як на відповідних моделях і макетах кристалів, так і на реальних кристалах мінералів як макроскопічним, так і мікроскопічним шляхом під бінокулярним і поляризаційним мікроскопом [2].

1.7 Морфологічні особливості мінеральних кристалічних агрегатів.

Кристалічні мінеральні агрегати являють собою різноманітні зростання двох і більш кристалічних індивідів незалежно від їх зовнішньої форми і складу. Вони утворюються внаслідок одночасної кристалізації декількох індивідів, що веде в кінцевому підсумку до їх зростання.

Серед кристалічних агрегатів мінералів виділяють дві великі групи: ті, в яких кристали зрослися між собою закономірно, і ті, які зрослися незакономірно.

1.8 Кристалічні агрегати мінералів з закономірним зростанням.

Серед мінералів з закономірним зростанням кристалічних індивідів виділяються: паралельні, наближено паралельні (субпаралельні) та непаралельні, з певною орієнтацією кристалічних індивідів один відносно іншого. Виходячи з цієї класифікації виділяють: паралельні зростання, скіпетровидні зростання, дендрити, кристалічні щітки, епітаксичні зростання, двійники, п’ятірники, шестірники та інші.

Паралельні зростання кристалічних індивідів являють собою зростання однорідних за своїм хімічним складом кристалів, що зрослися одні відносно інших в паралельній орієнтації. Зростання кристалів в паралельних зростках відбувається по однотипних та однойменних осях симетрії окремих індивідів. При цьому плоска сітка одного кристалічного індивіду збігається з плоскою сіткою іншого індивіду.

Скіпетроподібні зростки – це наростання одного або декількох кристалічних індивідів на „кристал-матку” із строго закономірною орієнтацією з відповідними елементами симетрії і гранями. В природі найчастіше зустрічаються скіпетроподібні зростки кварцу та його різновидності - аметисту. Наростаючий кристал і „кристал-матка” зорієнтовані один по відношенні до іншого по осі симетрії третього порядку.

Дендрити – це зростки великої кількості кристалічних індивідів, що зрослися по певних гранях з відповідною кристалографічною орієнтацією. Дендрити можуть формуватись як в пустотах тріщин з утворенням плоских форм, так і в певному об’ємі з утворенням об’ємних форм.

Кристалічні щітки – це субпаралельні зростання однорідних за своїм хімічним складом кристалів мінералів. Зростання окремих кристалічних індивідів в кристалічних щітках відбувається майже паралельно один відносно одного з незначним відхиленням від загально орієнтуючої осі симетрії.

Епітаксичні зростки являють собою кристалічні агрегати різнорідних за хімічним складом мінералів, що зрослися в певній кристалографічній орієнтації. Можливість епітаксичного зростання різнойменних кристалічних індивідів пояснюється тим, що як геометричні, та і енергетичні параметри плоскої сітки одного кристалічного індивіду збігаються з відповідними параметрами плоскої сітки іншого індивіду.

Двійники – це закономірні зростки двох однорідних за своїм хімічним складом кристалічних мінеральних індивідів, зростання яких відбулося за певною кристалографічною орієнтацією. Площини зростання у двійників відповідають ідентичним плоским сіткам кристалічних структур, геометричні і енергетичні параметри в яких однакові.

Серед двійників виділяють двійники зростання і двійники проростання (табл. 3.1). Як видно з таблиці, кожна з сингоній має свої закони двійникування.

В двійниках зростання однин кристалічний індивід є дзеркальним відбиттям другого кристалічного індивіду. При цьому площину зростання можна ідентифікувати з площиною симетрії. Тобто головним елементом двійникування в цьому типі двійників є площина двійникування. Такі двійники зростання носять ще назву дзеркальних.

Двійники проростання характеризуються тим, що один кристалічний індивід проростає в інший з певною кристалографічною орієнтацією. В даному типі основним елементом двійникування є двійникова вісь, поворотом навколо якої на певний кут один кристалічний індивід суміщається з іншим кристалічним індивідом.

Серед двійників зростання виділяють нормальні, полісинтетичні та колінчасті типи.

Нормальні двійники зростання характеризуються тим, що вони складені двома кристалічними індивідами, які зрослися по певних однорідних плоских сітках, площини зростання яких і є площиною двійникування, тобто плоска сітка грані зростання одного індивіду відповідає аналогічній плоскій сітці грані зростання іншого індивіду.

Полісинтетичні двійники зростання - це зростання декількох кристалічних індивідів, в якому у двійниковому положенні знаходяться тільки два найближчі індивіди, а сусідні - через один, взаємно паралельні та повернені один відносно одного на 180⁰.

Колінчасті двійники зростання - це зростання двох кристалічних індивідів, які розміщені один відносно одного під

деяким кутом нахилу, тобто ці індивіди знаходяться в непаралельному зростанні.

Таблиця 3.1 - Приклади основних законів двійникування мінералів в різних сингоніях

Сингонія	Двійники зростання			Двійники проростання
	Назва закону	Площина зростання	Мінерали	Назва закону	Площина пророс- тання	Мінерали
Триклинна	Альбітовий	(010)	Альбіт	-	-	-
Моноклінна	Гальський Манебалський	(100) (001)	Гіпс Плагіоклази	Гальський Карлсбадський	(010) (010)	Гіпс Санідін
Ромбічна	-	-	-	Арагонітовий Ставролітовий	(110) (032) (232)	Арагоніт Ставроліт
Тригональна	Японський Кальцитовий	(1122) (0001)	Кварц Кальцит	Дофінейский Бразильський	(1122) (1120)	Кварц Кварц
Тетрагональна	Колінчатий	(101)	Рутил	-	-	-
Гексагональна	Базонінакоїдальний	(0001)	Цинкіт	-	-	-
Кубічна	Шпінелевий	(111)	Шпінель Магнетит	Піритовий Алмазний	(110) (111)	Пірит Алмаз

Крім двійників зростання в природі часто зустрічаються циклічні двійники, а також трійники, четвірники, шестірники зростання. Ці двійники зростання являють собою зростання трьох і більше кристалічних індивідів, в яких двійникова орієнтація не змінюється, тобто всі індивіди орієнтовані один відносно іншого так, що найближчий індивід є дзеркальним відбиттям іншого. Часто трійники, четвірники, шестірники зростання утворюють так звані циклічні двійники зростання.

Двійники проростання характеризуються проростанням двох кристалічних індивідів, в яких один індивід проростає в інший з відповідним поворотом один відносно іншого [1].

1.9 Кристалічні агрегати мінералів з незакономірним зростанням.

Даний тип кристалічних агрегатів характеризується тим, що зростання окремих кристалічних індивідів або їх зерен відбувається без певної кристалографічної орієнтації.

Серед кристалічних агрегатів з незакономірним зростанням виділяють: зернисті агрегати, землисті, друзи, конкреції, секреції, ооліти, сфероліти, сталактити, сталагміти та інші.

Зернисті агрегати мінералів найбільш поширені в природі. Вони характеризуються різною взаємною орієнтацією кристалічних індивідів один відносно одного, що зрослися.

Серед зернистих агрегатів за розміром окремих зерен виділяють:

• тонкозернисті < 0.01 мм;

• дрібнозернисті 0.001 – 0.1 мм;

• середньозернисті 0.1 – 2.0 мм;

• крупнозернисті 2.0 – 10 мм;

• гігантозернисті > 10 мм

В зернистих агрегатах мінералів кристалічні індивіди можуть володіти власним огранюванням, а можуть її не мати. Перші кристалічні індивіди носять назву ідіоморфних, другі - ксеноморфних. Явище ідіоморфізму і ксеноморфізму пов’язане з послідовністю виділення кристалічних індивідів в процесі їх росту. Так, ідіоморфні кристалічні індивіди, як правило, виділяються першими при кристалізації мінералоутворюючого середовища, а ксеноморфні - в заключну стадію процесу мінералоутворення. Тобто вони при формуванні заповнюють пустий простір, який залишився при кристалізації від ідіоморфних кристалічних індивідів.

За мінеральним складом серед зернистих агрегатів виділяють мономінеральні, які складені мінералами одного виду та полімінеральні, які складені кристалічними індивідами декількох мінеральних видів.

Землисті агрегати мінералів в більшості являють собою сипучі і слабо зцементовані скупчення кристалічних індивідів, що утворилися в певних умовах кристалогенезу. Величина кристалічних індивідів в землистих агрегатах не перевищує долі міліметра.

Друзи – скупчення кристалічних індивідів, які мають спільну основу зростання. Серед друз виділяють як мономінеральні (кварц, гіпс, кальцит), так і полімінеральні (кварц-галеніт, галеніт-пірит-сфалерит).

Конкреції – це близькі за формою до кулеподібних утворення кристалічних агрегатів з радіально-променевою будовою, в яких ріст кристалічних індивідів відбувався від центра до периферії. В більшості випадків формування кристалічних індивідів в загальному об’ємі конкреції відбувається в одно стадійному акті кристалогенезу, тобто ріст окремого індивіду відбувається безперервно від початку до кінця формування. Відповідно кристалічна структура окремого кристалу - променю однорідна. Розміри конкрецій перевищують декілька сантиметрів і можуть досягти більше одного метра в діаметрі.

Секреції являють собою пустотілі порожнини, виповнені кристалічними індивідами. Ріст яких відбувається від периферії до центру.

Розміри секрецій: від декількох сантиметрів до декількох метрів, а іноді декількох десятків кубічних метрів.

До секреції іноді належать міарові пустоти, жеоди, а також різноманітні кристалічні печери.

Ооліти – це кулеподібні утворення радіально-променевої будови, що складені монокристалічними голчастими індивідами, ріст яких як одноактний процес мінералоутворення проходив від центра до периферії. Як правило, ооліти формуються з в’язкого кристалотворного середовища. Розміри оолітів не перевищують 1 см.

Сфероліти - на відміну від оолітів мають концентрично-зональну будову; при цьому кожний шар луски відповідає окремій стадії кристалогенезу і має радіально-променеву будову. Отже, наростання кожної луски супроводжується певною перервою у часі. Розміри сферолітів не перевищують 1 см в діаметрі.

Як сфероліти, так і ооліти за своїм складом є мономінеральні. В природних умовах ооліти і сфероліти часто зцементовуються, утворюючи відповідно масивні агрегати, які одержали назву „горохового каменя”.

Сталактити - являють собою бурулькоподібні утворення, формування яких відбувається в пустотах різної величини і печерах, ріст яких проходить зверху вниз. В розрізі сталактити можуть мати як радіально-променеву, так і лускоподібну будову. Іноді поверхня сталактитів покрита добре ограненими головками кристалів. Розмір сталактитів коливається від кількох сантиметрів до десятків метрів.

Сталагміти – це утворення, що формуються на дні печери в результаті розкристалізації мінеральних розчинів, що спадали з верхньої частини печер (зі стелі). Форма - горбоподібна. Вони розміщені безпосередньо під сталактитами. Часто форма має вигляд укорочених бурульок. Поверхня, як правило, має вигляд напливів, хоча досить часто покрита дрібними головками кристалів.

При з’єднанні сталактитів і сталагмітів утворюються печерні колони, які одержали назву сталагнатів. Їх розміри досягають іноді десятків метрів висоти. Внутрішня будова сталагнатів, характер їх поверхні аналогічні сталактитам і сталагмітам.

Мінеральний склад сталактитів, сталагмітів і сталагнатів представлений кальцитом, іноді гіпсом.

Крім перерахованих вище кристалічних агрегатів мінералів з закономірним зростанням в природних умовах часто зустрічаються натічні форми у вигляді скляних голів і ниркоподібних виділень: гематиту, лімоніту, малахіту, азуриту; вицвітів мінеральних солей на поверхні ґрунтів, особливо в засушливих районах; присипок і примазок одних мінералів на інші, ряд інших морфологічних форм [3].

1.10 Морфологічні особливості аморфних мінеральних агрегатів.

Аморфний стан мінеральної речовини різко відрізняється від кристалічного як за фізичними, так і за морфологічними ознаками. Це пов’язано з тим, що характер розміщення структуроутворюючих вузлів (атомів, іонів, молекул) в просторі цих мінералів незакономірний, тобто його „структура” не відповідає правильній просторовій гратці із строго закономірними як лінійними (а, б, в), так і кутовими (, , ) параметрами.

Причиною формування аморфних мінеральних агрегатів є те, що вони утворюються не з несправжніх пересичених розчинів, а з колоїдальних, або при різкому пониженні температури і тиску мінералоутворюючого середовища. Виходячи з цього, їх морфологія представлена безформними, ниркоподібними, горбоподібними виділеннями, бурульками та іншими морфологічними формами. (рис. 3.13а,б) [1, 2, 3].

а б

Рисунок 3.13 - Колоїдальні виділення кремнезему (а) і магнезиту (б).