RSS
 

Статьи в разделе ‘Минералогия’

Что такое минералы и горные породы?

Минералы — это природные химические соединения, возникающие при различных химических и физико-химических процессах, протекающих в земной коре.

Горные породы — это природные образования, слагающие разнообразные геологические тела, из которых построена земная кора (литосфера). Они представляют собой закономерные сочетания или механические смеси различных по составу кристаллических минеральных зерен, наряду с которыми могут присутствовать аморфное вещество и органические остатки; к горным породам относятся встречающиеся в земной коре смеси жидких минеральных веществ (неорганических и органических).

Минералы, на долю которых приходится основная часть объема горных пород, называются, породообразующими. В большинстве своем они представлены широко распространенными силикатами и алюмосиликатами, иногда карбонатами, хлоридами, фосфатами, окислами и гидроокислами.

Минералы, обычно присутствующие в горных породах в незначительном количестве как примеси, носят название акцессорных.

Изучение состава, свойств, условий образования и нахождения минералов в природе — основное содержание минералогии.

Наука, изучающая горные породы, называется петрографией (от греч. «скала, камень» и «пишу»: описание камней).

Все процессы образования минералов и горных пород могут быть разбиты на три группы:

А. Эндогенные (внутренние), или, как их часто называют, гипогенные (глубинные) процессы, происходящие за счет внутренней тепловой энергии земного шара.

Б. Экзогенные (внешние), или гипергенные (поверхностные) процессы, происходящие на поверхности земли главным образом под воздействием солнечной энергии.

В. Метаморфические (метаморфогенные) процессы, связанные с перерождением ранее образовавшихся минеральных ассоциаций (как экзогенных, так и эндогенных) в результате изменяющихся физико-химических условий, среди которых главное место занимают изменения давления и температуры.

Между всеми перечисленными процессами минералообразования наблюдаются, естественно, взаимные переходы, и в природе не всегда удается их четко расчленить.

 

Эндогенные процессы образования минералов

1. Магматические процессы протекают в силикатных расплавах (магме), возникающих в глубинах земли. Застывание и кристаллизация магм приводят к образованию различных магматических (изверженных) горных пород (температура 700—800°, иногда до 1200°).

По способу образования магматические породы делятся на внедрившиеся (интрузивные) и излившиеся (эффузивные). Первые формируются на большей или меньшей глубине от поверхности земли, в толще осадочных, метаморфических или других изверженных пород, которые они прорывают.

Вторые образуются из магмы, достигшей земной поверхности при извержениях вулканов; это затвердевшие вулканические лавы и близкие к ним породы.

2. Пегматитовые процессы выражаются в том, что после кристаллизации основного объема магмы и образования интрузивных пород сохраняется в жидком состоянии небольшая часть магмы, обогащенная летучими веществами и имеющая относительно пониженную температуру затвердевания. Этот остаточный силикатный расплав в дальнейшем дает начало особым минеральным телам — различным типам пегматитовых жил (начальная температура формирования 600—700°).

3. Пневматолитовые (большей частью эксгаляционные) процессы происходят в кратерах, на склонах вулканов и в пустотах лавовых потоков; они проявляются в образовании минералов непосредственно из вулканических эксгаляций — газов и паров (температура выше 200—300°).

4. Пневматолитo-гидротермальные процессы совершаются под воздействием (на горные породы) высокотемпературных газово-водных растворов (надкритических флюидов) и носят главным образом метасоматический характер, т. е. выражаются в замещении минералов ранее образовавшихся горных пород (температура 300—500°) новообразованными минеральными ассоциациями.

5. Гидротермальные процессы протекают с участием горячих водных растворов, восходящих из магматических очагов; как правило, эти растворы циркулируют вдоль трещин, при заполнении которых формируются характерные минеральные тела — гидротермальные жилы. Различают высокотемпературные (200—300°), среднетемпературные (100—200°) и низкотемпературные (<100°) гидротермальные процессы.

 

Экзогенные процессы образования минералов

При экзогенных процессах образуются осадочные горные
породы и соответствующие минеральные месторождения (см. ниже). Формы проявления экзогенных процессов следующие: физическое и химическое выветривание горных пород различного происхождения, перенос продуктов выветривания, отложение их в виде осадка и последующее окаменение последнего.

1. Физическое выветривание состоит в механическом разрушении горных пород под влиянием колебаний температуры воздуха, замерзания и оттаивания воды в трещинах, вымывания частичек горных пород текучими водами или выдувания их ветром, дробления береговых скал морскими волнами, перетирания пород при движении ледников и т. п.

2. Химическое выветривание заключается в частичном или полном разложении минералов горных пород под влиянием кислорода воздуха, углекислоты и атмосферных и грунтовых вод. Последние обычно содержат в растворенном состоянии угольную, иногда серную и другие, в том числе органические, кислоты, выделяемые в процессе жизнедеятельности бактерий и при разложении растительных остатков в почвах, торфяниках и пр.

Среди продуктов химического разложения горных пород легкорастворимые соединения (соли калия, натрия, кальция,магния) уносятся водными потоками.

Труднорастворимые соединения кремния, алюминия, железа накапливаются и формируют так называемые коры выветривания, представленные обычно глинистыми породами остаточного происхождения (т. е. образовавшимися на месте без существенного перемещения).

Остаточные продукты могут подвергаться последующему размыву, переносу и переотложению в других местах, входя в состав осадочных пород.

Специфический характер имеют процессы химического выветривания сульфидных руд, поскольку при окислении сульфидов образуются серная кислота и легкорастворимые сульфаты.

3. Перенос продуктов выветривания осуществляется реками, ручьями, временными водными потоками, морскими волнами и течениями, ледниками, ветром и другими геологическими агентами, действующими на поверхности земли. Перенос сопровождается непрерывным дополнительным разрушением, истиранием и окатыванием обломков, их сортировкой по размеру и весу. Длительный и неоднократный перемыв рыхлых отложений ведет к концентрации наиболее тяжелых, прочных и устойчивых минералов в различного рода россыпях (морских, речных, дельтовых, озерных, ледниковых, остаточных, склоновых и др.).

4. Осадкообразование заключается в отложении материала разрушенных горных пород в озерах, морях и океанах. В зависимости от того, каким путем происходит осаждение — механически (осаждение взвешенных частиц), вследствие процессов коагуляции коллоидных растворов, кристаллизации из насыщенных истинных растворов или, наконец, при участии живых организмов, в том числе бактерий, различают механические, коллоидные, химические и биохимические осадочные процессы и соответствующие осадки.

5. Диагенетические процессы охватывают все явления преобразования осадков сразу же после их отложения и уплотнения и выражаются преимущественно в обезвоживании гидроокислов, раскристаллизации коллоидных осадков, замещении органических остатков карбонатами, минералами кремнезема, сульфидами железа и т. п. Результатом этих процессов являются окаменение осадков (литификация) и образование осадочных горных пород.

6. Инфильтрационные процессы возникают при выветривании горных пород, когда значительная часть химических элементов выщелачивается грунтовыми водами, которые, просачиваясь сквозь толщу осадочных пород, взаимодействуют с ними и образуют специфические низкотемпературные минеральные ассоциации.

 

Метаморфические процессы образования минералов (метаморфизм)

Различают следующие типы процессов метаморфизма:

1. Регионально-метаморфические процессы {региональный метаморфизм). В зонах интенсивного прогибания земной коры осадочные и изверженные породы иногда попадают в условия повышенных температур и давлений, а также подвергаются воздействию высокотемпературных водных растворов. В результате на больших территориях происходит перекристаллизация пород с существенным изменением их первоначального минерального состава. Значительно меняется облик пород: из тонкозернистых, землистых или стекловатых они превращаются в кристаллические породы и обычно приобретают сланцеватое сложение.

С процессами регионального метаморфизма сопряжено формирование жил альпийского типа, или альпийских жил, обычно представленных полыми трещинами с наросшими на их стенках кристаллами тех же минералов, из которых сложены вмещающие метаморфические породы.

2. Динамометаморфические процессы (динамометаморфизм). Преобразование горных пород под воздействием интенсивного ориентированного давления протекает в отличие от регионального метаморфизма в пределах сравнительно узких зон нарушений сплошности пород (разломов земной коры). Этот процесс выражается в деформации пород — их дроблении, рассланцевании — и нередко сопровождается перекристаллизацией.

3. Контактово-метаморфические процессы (контактовый метаморфизм). Проявляются вокруг массивов изверженных пород (особенно гранитоидов) и обусловлены их тепловым воздействием на вмещающие осадочные и осадочно-метаморфические породы. Контактово-метаморфические процессы часто тесно связаны с контактово-метасоматическими (см. ниже).

4. Метасоматические процессы (метасоматоз). Метаморфические процессы в строгом смысле термина ограничиваются явлениями перекристаллизации вещества горных пород под воздействием высокой температуры, давления и при участии нагретых водных растворов, что приводит к образованию новых минеральных ассоциаций без существенного изменения валового химического состава исходных горных пород. Аналогичные процессы, сопровождающиеся значительным изменением химического состава исходных пород, носят название метасоматических процессов. Частным случаем последних являются контактово-метасоматические процессы, выражающиеся в химическом взаимодействии изверженных пород с контрастными по химическому составу вмещающими породами.

 

Месторождения руд и минералов

Указанные процессы (эндогенные, экзогенные и метаморфические) приводят к возникновению разнообразных минералов и их ассоциаций, к образованию различных типов горных пород и руд. Руда — геолого-экономическое понятие. Это минеральный агрегат, принципиально пригодный (при существующем уровне развития техники) для извлечения тех или иных полезных компонентов.

Скопления минералов и руд называются, месторождениями. В этом определении также следует различать две стороны: геологическую и экономическую. Геологические объекты (локальные участки земной коры), обогащенные одним или несколькими минералами безотносительно к их практической ценности, называются минеральными месторождениями.

Месторождения полезных ископаемых — это скопления минералов, используемых в практической деятельности человека при условии, что добыча их на данном участке экономически целесообразна.

К месторождениям полезных ископаемых предъявляются следующие требования: 1) наличие значительных скоплений (запасов) минералов; 2) относительно высокие содержания полезных компонентов; 3) возможность при помощи не слишком сложных и дорогостоящих операций извлечь ценные минералы из вмещающих пород в чистом виде или в составе достаточно богатых смесей (концентратов).

Месторождения полезных ископаемых подразделяются на рудные месторождения и месторождения нерудного (неметаллического) сырья. При небольших запасах руд на участке, слишком низком содержании полезных компонентов или плохой обогатимости, что делает разработку таких объектов экономически нецелесообразной, соответствующие минеральные скопления рассматриваются как рудопроявление. Некоторые рудопроявления с развитием техники и ростом потребности в данном виде минерального сырья могут перейти в разряд промышленных месторождений.

Выделение различных типов месторождений (эндо- и экзогенных) производится по двум категориям признаков: а) по вещественному (минеральному составу) и б) по форме тел полезных ископаемых, в частности рудных тел.
Рудные тела, составляющие месторождения, сложены агрегатами породообразующих, жильных (Жильными называются нерудные минералы, входящие вместе с рудными в состав металлических руд (в первую очередь — рудных жил). Чаще всего это кварц, карбонаты, хлориты, иногда флюорит, барит, слюды, турмалин, полевой шпат и др.) и рудных минералов.

Каждый тип месторождений характеризуется определенным набором минералов, совместно присутствующих в рудах и вмещающих породах. Эта закономерная совокупность минералов, связанных общностью происхождения и условий образования и сопутствующих один другому в месторождениях или горных породах, называется минеральным парагенезисом.

Термин минеральная ассоциация подразумевает лишь закономерное совместное нахождение минералов в природе без учета их генетических взаимоотношений (последовательности образования). Например, на поверхности земли руды верхних зон месторождений подвергаются окислению и выщелачиванию, вследствие чего первичные эндогенные минералы замещаются вторичными минералами гипергенного происхождения. Те и другие в сумме составляют характерную минеральную ассоциацию, но принадлежат к различным парагенезисам. Знание природных минеральных ассоциаций и парагенезисов весьма важно при поисках минеральных месторождений.

Так, медные месторождения можно обнаружить по появлению в породах медной зелени — малахита, алмазы можно искать по их характерному спутнику — ярко-красному гранату (пиропу) и т. п.

Многие минералы (кварц, кальцит, пирит, флюорит, апатит и др.) образуются в очень широком температурном диапазоне. Такие минералы часто называют сквозными. В зависимости от условий образования меняются многие свойства минералов: их внешний облик, кристаллографические формы и размеры индивидуальных выделений и агрегатов, состав элементов-примесей в них, окраска и многие другие признаки. Даже в одном и том же месторождении, но в сменяющих друг друга парагенетических ассоциациях сквозные минералы отличаются по некоторым особенностям состава, физических свойств и внешнего облика. В таких случаях говорят о нескольких последовательных генерациях (поколениях) одного и того же минерала. Явление зависимости состава и физических свойств минералов от условий их образования получило название типоморфизм минералов и широко используется при расшифровке последовательности минералообразования в месторождениях и горных породах.

В составе земной коры известно около 4 тыс. минералов, причем ежегодно открываются новые минеральные виды и разновидности. Однако частота встречаемости минералов различна, широко распространено в природе всего несколько сот минералов. Хозяйственное значение имеют далеко не все минералы, хотя с каждым годом появляются новые области практического использования разнообразных видов минерального сырья.

Промышленные месторождения полезных ископаемых встречаются в земной коре не часто и потому представляют большую ценность. Особенно интересны и перспективны так называемые комплексные месторождения, содержащие несколько полезных компонентов. К их разработке необходимо самое бережное отношение. Следует всегда помнить, что запасы руды, извлеченные из недр, больше не возобновляются и потому недопустимо при эксплуатации месторождений подчиняться тем или иным временным, конъюнктурным соображениям и применять хищнические методы, ведущие к нерациональному использованию или даже прямому разбазариванию природных богатств.

 

Методика определения минералов и горных пород

Методика определения минералов и горных пород несколько различна. При определении минералов используются в основном внешние признаки и физические свойства, а также характерная ассоциация минералов-спутников. При диагностике горных пород важно учитывать геологические условия их нахождения и формы залегания.

К определению минералов с использованием справочника рекомендуется подходить следующим образом:
1. Внимательно прочитать вводные главы книги и уяснить основные способы определения или оценки важнейших физических свойств минералов (твердости, удельного веса, спайности, цвета, блеска, излома).

2. Научиться выполнять элементарные химические испытания, применяемые при определении фосфатов (реакция с азотной кислотой и молибденово-кислым аммонием), карбонатов (реакция с соляной кислотой и реакции окрашивания) и некоторых других групп минералов.

3. Для определения образца неизвестного минерала нужно обратиться в первую очередь к помещенным в конце книги спискам, в которых минералы сгруппированы по ведущим физическим свойствам: цвету, блеску (при группировке минералов по цвету и блеску наиболее характерные варианты окраски и блеска одного и того же минерала подчеркнуты путем выделения полужирным шрифтом его названия в соответствующих списках), твердости, удельному весу. Отыскав по совокупности этих свойств, установленных на определяемом образце, несколько подходящих минералов, следует далее прочитать их описания в тексте книги и с учетом наблюдаемой ассоциации (минералов-спутников) и специфических особенностей данного образца постараться сократить число «подозреваемых» минералов до минимума — по возможности до одного. В описаниях минералов в рубрике «Диагностика» сведены наиболее характерные отличительные особенности каждого минерала, что должно облегчить процесс определения.

4. Большую помощь в определении минералов призваны оказать цветные иллюстрации, однако полагаться только на них невозможно. В природе многие минералы представлены несколькими разновидностями: часто один и тот же минерал в разных месторождениях выглядит неодинаково. Кроме того, для определения минералов привлекается весь комплекс их свойств, а не только окраска и внешний облик.

5. В сложных случаях, когда в полевых условиях однозначного определения достигнуть не удается, но образец по каким-либо причинам кажется интересным, следует доставить его в ближайшее геологическое учреждение где специалисты при необходимости с применением точных лабораторных методов исследования помогут добиться правильного решения.

 

Пример последовательного определения минерала

Пример.
Образец темной, судя по форме залегания изверженной (по-видимому, вулканической) породы с изометричными, округлыми и неправильной формы пустотами (миндалинами) и прожилками, в которых присутствуют заинтересовавшие нас минералы:

1. Сплошные выделения серого цвета, местами с тонкой концентрической (в прожилках параллельной контактам) полосчатостью, без спайности, весьма твердые (ножом не чертятся), полупрозрачные, с восковым блеском и небольшим удельным весом.

2. Лучистые сноповидные агрегаты игольчатых кристаллов белого цвета, полупрозрачные, с бесцветной чертой, совершенной спайностью, стеклянным (до перламутрового) блеском, средней твердостью (чертятся острием ножа и куском стекла) и невысоким удельным весом.

3. Розетки мелких пластинчатых кристаллов кирпично-красного цвета, с белой чертой, стеклянным до перламутрового блеском и совершенной спайностью; твердость и удельный вес — как у предыдущего минерала.

Ход определения
1. В группировке минералов по цвету выбираем список минералов серого цвета. Последовательно сопоставляем его с перечнями минералов высокой твердости (>5,5), минералов с восковым блеском и небольшим (<2,9) удельным весом. Выписываем названия минералов, повторяющиеся во всех четырех списках. В данном случае таких названий оказывается всего два: агат, и халцедон. По алфавитному указателю минералов отыскиваем их описания и выясняем, что агат представляет разновидность халцедона с характерным концентрически-полосчатым рисунком. Обстановка нахождения определяемого минерала согласуется с указанной в справочнике для халцедона (агата). Полевое определение минерала: халцедон, местами переходящий в его концентрически-полосчатую разновидность — агат.

2. Аналогичным способом сравниваем список минералов белого цвета с перечнями минералов, имеющих стеклянный и особенно перламутровый (более характерный с точки зрения диагностики) блеск, среднюю твердость (>2,5—4,5) и низкий удельный вес (<2,9). Учитываем также совместное нахождение определяемого минерала с халцедоном в миндалинах и прожилках вулканической породы.

В результате получаем набор из нескольких минералов (бораты, десмин, кальцит и др.), найдя описания которых видим, что они относятся к классам боратов, карбонатов и к группе цеолитов из класса силикатов. Отбросив бораты (ввиду явного несоответствия условий нахождения определяемого минерала указанным в справочнике для боратов), оказываемся перед выбором между карбонатом и цеолитом. Проверка производится с помощью соляной кислоты. Выясняем, что минерал не «шипит» от капли кислоты, т. е. не является карбонатом. Останавливаемся на группе цеолитов; читаем ее описание и характеристики отдельных минералов группы. По совокупности признаков с учетом условий нахождения определяемого минерала делаем предположение, что это, вероятнее всего, десмин. Полевое определение: минерал из группы цеолитов (скорее всего, десмин).

3. Подобным же образом, только используя список минералов красного цвета, определяем третий минерал тоже как цеолит, вероятнее всего гейландит.

Сравнивая образец с иллюстрациями в справочнике, убеждаемся в его сходстве с изображениями агата и цеолитов.

В практике могут встретиться и более сложные случаи, когда для определения минерала придется подробно прочитать описания 5—6 минералов из разных классов и групп, поскольку на предварительном этапе, т. е. по группировочным перечням, не удастся больше сузить круг сходных между собой минералов.

 

Определение горных пород по справочнику

Несколько иной подход рекомендуется к диагностике горных пород. Определить горную породу — это значит на основании совокупности признаков дать ей правильное наименование.

Определение горной породы должно проводиться в штуфе (образце) размером приблизительно 12х9х2 см, имеющем почти со всех сторон «свежий скол». Определение на основании рассмотрения выветренной («несвежей») поверхности может привести к ложным результатам.

Определение рекомендуется производить непосредственно в походе (маршруте). В полевых условиях, в коренных выходах горных пород на поверхность, имеется возможность учесть условия залегания пород, что при определении многих иэ них нередко приобретает решающее значение.

Приступая к определению горной породы, необходимо:
1) ознакомиться с основными различиями между осадочными, вулканогенно-обломочными, магматическими (интрузивными и эффузивными) и метаморфическими горными породами;

2) освоить методы определения основных физических свойств горных пород (см. главу «Физические свойства и особенности строения горных пород»);

3) уметь распознавать главные породообразующие минералы: кварц, полевые шпаты, нефелин, карбонаты, темноцветные минералы и др., а также вулканическое стекло. В случаях когда зерна минералов малы (до 1—2 мм), определение следует вести с помощью 7—10-кратной лупы.

Полезно также овладеть главнейшими приемами химических испытаний горных пород, которые применяются для целей диагностики, как-то: реакция на фосфор (см. группу фосфатных пород — фосфорит пластовый); взаимодействие с 10%-ной соляной кислотой (см. описание карбонатных пород); окрашивание азотной кислоты и органических растворителей, т. е. скипидара, бензина и т. д. (см. группу ископаемых углей — бурый уголь); реакции окрашивания карбонатов, и глинистых минералов. Целесообразно иметь при себе в закрытых сосудах небольшие объемы упомянутых веществ.

К справочнику приложен определитель горных пород на четырех листах, каждый из которых представляет по существу часть многолучевой диаграммы. Процесс определения сводится к установлению свойств и признаков, указанных на листах диаграммы, с последовательным перемещением по той или иной ветви от исходной точки.

Первым шагом в определении является отнесение горной породы к одной из трех категорий (лист 1): а) рыхлых, сыпучих, б) слабо связанных, легко ломающихся руками или в) прочно связанных, руками не ломающихся. Предположим, что порода отнесена к третьей категории.

Вторым шагом будет выяснение: имеет ли порода однородное сложение, либо она является полосчатой или слоистой, и притом отдельные слои имеют однородное строение, или, наконец, она полностью или частично (в отдельных слоях) состоит из основной массы и каких-либо включений.

Допустим, что определяемая порода попала во вторую из перечисленных групп. В соответствии с рекомендацией, данной на листе 1, переходим на лист 4, объединяющий все породы с указанными свойствами.
Дальнейший выбор должен быть произведен по следующим признакам: а) порода состоит из шарообразных гороховидных тел; б) является кристаллически-зернистой;
в) является тонкозернистой, скрытокристаллической (отдельные зерна простым глазом неразличимы); г) имеет обломочное строение (состоит из сцементированных обломков горных пород и минералов); д) является пористой, губчатой, пенистой или пузыристой; е) аморфна. Отнеся рассматриваемую породу к одной из перечисленных категорий, переходим к выявлению признаков, приведенных на диаграмме-определителе. Например, для кристаллически-зернистой породы выясняем, сланцеватая она или несланцеватая (массивная); для несланцеватых — «состоит из одного минерала» или «из нескольких минералов»; для пород, состоящих из нескольких минералов, имеем три подразделения в соответствии с долей темноцветных: «темноцветные минералы слагают более 50% объема породы», «то же — от 5 до 50%» и «темноцветных минералов нет».

Если определение ведется именно по этому пути, то далее требуется выяснить, имеется или отсутствует в породе тот или иной минерал: полевой шпат, кварц, нефелин, кальцит и т. д.

В результате подобного процесса на внешнем конце последнего ответвления читаем название определяемой горной породы. Далеко не всегда решение бывает единственным (однозначным); чаще мы приходим к двум-трем, иногда к большему числу наименований горных пород.

Выбрать правильное решение помогают следующие обстоятельства:
1. Наименования горных пород в определителе помещены в цветные рамки. Красной рамкой обведены названия магматических пород, синей — осадочных, черной — вулканогенно-обломочных и зеленой — метаморфических. Зная общие признаки этих групп пород, можно найти правильное решение или вновь значительно сузить круг возможных решений.

2. В текстовой части справочника-определителя по завершении описания каждой горной породы есть раздел «Диагностика». Рассмотрение этих признаков, а также сопоставление описаний горных пород, оставшихся для окончательного выбора, с имеющимся образцом позволяют найти единственное решение и завершить определение горной породы.

Несколько дополнительных замечаний. Не во всех случаях определитель дает в равной степени конкретный результат.
Наибольшую трудность составляет диагностика весьма разнообразных тонкозернистых, скрытокристаллических горных пород, где она опирается исключительно на общие физические свойства и условия залегания породы и где сведения о минеральном составе не могут быть привлечены. В связи с этим в определителе можно найти в качестве окончательных результатов такие: «группа кислых излившихся пород» и т. п., указывающие на принадлежность определяемой породы к упомянутой группе.

Для конкретной диагностики некоторых полнокристаллических горных пород (диоритов и гранитов) требуется, например, отличать плагиоклаз от ортоклаза (микроклина). Эти определения могут быть сделаны с помощью лупы, но требуют некоторого навыка и «острого глаза». В связи с этим гранитоиды в определителе более дробно не подразделяются. Это делается в тексте справочника. В других сложных случаях в тексте при описании соответствующих типов пород помещен дополнительный определитель.

Правильность диагностики минералов и горных пород рекомендуется проверять путем консультации со специалистами в учреждениях геологической службы, музеях, учебных заведениях и др.

 

Характерные признаки минералов

Минералы представляют собой природные химические соединения и характеризуются определенным составом, который может быть выражен химической формулой. Большинство минералов имеют кристаллическое строение, т. е. слагающие их атомы или ионы распределены строго закономерно, образуя кристаллическую решетку.

Химический состав, строение кристаллической решетки и сила связей между атомами или ионами в решетке обусловливают индивидуальные физические свойства минерала, на основании которых часто можно определить минерал, не прибегая к более трудоемким исследованиям.

К важнейшим диагностическим признакам минералов относятся морфологические особенности, характеризующие форму выделений минералов; оптические свойства: прозрачность, цвет минералов, цвет черты, блеск; механические свойства: спайность, излом, твердость, хрупкость; удельный вес и прочие физические свойства, например: вкус, запах, магнитность, радиоактивность и пр.

 

Морфологические особенности минералов

Чаще всего минералы встречаются в природе в виде зерен неправильной формы. Хорошо образованные кристаллы гораздо более редки, их форма обычно является характерным диагностическим признаком.

Разнообразие существующих форм кристаллов можно подразделить на три типа.
Изометричные — имеющие близкие размеры во всех направлениях: кубы (галенит, пирит), тетраэдры (сфалерит), октаэдры (магнетит, пирохлор), бипирамиды (циркон, касситерит), ромбододекаэдры (гранат), ромбоэдры (кальцит) и др. (фиг. 1), а также различные сочетания этих простых форм (фиг. 1—13).

Вытянутые в одном направлении — призматические (см. фиг. 1), столбчатые, шестоватые, игольчатые, волокнистые кристаллы (турмалин, берилл, пироксен, амфибол, рутил и др.).

Вытянутые в двух направлениях (уплощенные) — таблитчатые, пластинчатые, листоватые, чешуйчатые кристаллы (слюды, хлориты, молибденит, графит и т. д.).

В результате процесса метасоматического замещения или растворения с последующим заполнением пустот кристаллические формы, принадлежащие одному минералу, оказываются представленными другим минеральным веществом; подобные образования называются псевдоморфозами.

Штриховка. Помимо формы кристалла характерным свойством минерала, помогающим его диагностике, является штриховка на гранях: поперечная параллельная (кварц), продольная параллельная (турмалин, эпидот) либо пересекающаяся (магнетит).

В природе шире распространены не единичные кристаллы минерала, а различные их срастания, или агрегаты. Для многих минералов характерны определенным образом ориентированные закономерные двойниковые сростки двух или более кристаллов.

Наиболее широко распространенные специфические формы минеральных агрегатов, срастаний и выделений, получившие особые названия, приводятся ниже.

Зернистые агрегаты. В зависимости от формы слагающих зерен различают собственно зернистые (состоящие из изометричных зерен), а также пластинчатые, листоватые, чешуйчатые, волокнистые, игольчатые, шестоватые и другие агрегаты. По величине зерен бывают агрегаты крупнозернистые — более 5 мм в поперечнике; среднезернистые — от 1 до 5 мм и мелкозернистые — с зернами менее 1 мм. Зернистыми агрегатами сложено, в частности, громадное большинство изверженных и метаморфических горных пород, а также многие осадочные породы, некоторые типы сульфидных руд и др.

Друзы — сростки правильных, хорошо образованных кристаллов минералов на стенках пустот различной формы (трещин, каверн, «погребов», «занорышей», «пещер» и др.). В морфологическом отношении бывают весьма разнообразны: «щетки» кристаллов, «кристаллические корки» (мелкие тесно сросшиеся кристаллики, сплошь покрывающие стенки узких трещин), «гребенчатые» сростки и др. Друзы кристаллов наиболее типичны для пегматитов, некоторых типов гидротермальных жил и жил альпийского типа.

Секреции — выполнения пустот изометричной, часто округлой формы, отличающиеся концентрически-зональным строением. Внешние зоны секреций часто бывают выполнены аморфными или скрытокристаллическими минералами, а во внутренней их части сохраняется полость, на стенках которой нарастают друзы кристаллов или натечные агрегаты минералов. Мелкие секреции, встречающиеся в излившихся породах и туфах, называются миндалинами, крупные, особенно характерные для пегматитов и альпийских жил,— жеодами.

Конкреции — шарообразные или неправильной формы стяжения и желваки, образующиеся в рыхлых осадочных породах (илах, глинах, песках и др.). В отличие от секреций, конкреции разрастаются от какого-либо центра (обломочного зерна, органического остатка и т. д.), вокруг которого образуется сгусток коллоидального вещества, впоследствии раскристаллизованного.

Конкреции характерны для фосфоритов, сидеритовых, марказитовых и других типов руд осадочного происхождения.

Оолиты (от греч. «яйцо») подобно конкрециям имеют сферическую форму, но величина их гораздо мельче: от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров. Они образуются путем наслоения коллоидального материала на песчинки и органические обломки, находящиеся в подвижных водных средах во взвешенном состоянии. Оолиты весьма характерны для некоторых известняков, осадочных железных и марганцевых руд, а также бокситов.

Натечные формы выделений минералов образуются на стенках различных пустот и полостей при медленном стекании растворов. К ним относятся известковые и ледяные сталактиты и сталагмиты пещер, по форме сходные с обычными ледяными сосульками, почковидные, гроздевидные выделения минералов в зонах окисления и выветривания рудных месторождений и др.

Размеры и формы натечных образований могут быть самыми разнообразными: от долей миллиметра до громадных столбов (в больших пещерах). Натечные формы выделений характерны для многих гипергенных и низкотемпературных гидротермальных минералов: кальцита, арагонита, малахита, гематита, гидроокислов железа и марганца, опала, гипса, некоторых сульфидов, смитсонита и др.

Землистые массы — рыхлые, мягкие, мучнистые агрегаты аморфного или скрытокристаллического строения, сажистые (черного цвета) или охристые (желтого, бурого и других ярких цветов). Чаще всего образуются при химическом выветривании горных пород и в зоне окисления руд (например, руды марганца).

Налеты и примазки — тонкие пленки различных вторичных минералов, покрывающие поверхность кристаллов или пород. Таковы пленки лимонита на кристаллах горного хрусталя, примазки медной зелени по трещинам в горных породах, вмещающих сульфидные месторождения с минералами меди, и т. п.

Выцветы — периодически появляющиеся (в сухую погоду) и исчезающие (в дождливые периоды) рыхлые корочки, пленки, налеты, часто пушистые или моховидные, на поверхности сухих почв, руд и горных пород и по трещинам в них. Эти образования сложены чаще всего легкорастворимыми водными хлоридами, сульфатами разных металлов или же другими водно-растворимыми солями.