Типы и виды минералов, классификация минералов, кристаллы :: Камни и минералы, горные породы

Типы и виды минералов, классификация минералов, кристаллы

Среди чудес, которые встречаются в природе, именно мир минералов отличается наиболее захватывающим и гармоничным сочетанием формы и цвета. Совершенство и прихотливые свойства минералов контрастируют с их хрупкостью, а геометрия кристаллов заставляет сравнивать их с произведениями художника, и нередко посетитель музея смотрит на них как на скульптуры. Этот волшебный мир, представленный тысячами видов, очаровывает и своими формами, и окраской.

На фото. Друза кристаллов вульфенита

Часто геометрия минерала непостижима для невооруженного глаза, так как кристаллические образования настолько малы, что распознаются только при изучении под микроскопом. Окраска очень многообразна и изменчива, поскольку связана с вхождением элементов в кристаллическую решетку. Каждый минерал образовался в результате синтеза, произошедшего в соответствии со строгими законами физики и химии.

Фантазия природы группирует кристаллы минералов в специфические агрегаты, ставящие наблюдателя в тупик: они приобретают форму розы, пучка стеблей и т.п. Не менее удивительно увлечение коллекционированием минералов, возникшее сначала как интерес к естествознанию, а в последнее время превратившееся в весьма распространенное явление.

Оно зародилась среди ученых, врачей и других специалистов. "Произведения природы", как их тогда называли, были предметом активного любопытства. Их характерные черты описывали и сопоставляли. В XVIII веке преобразования, связанные с идеологией тогдашнего "гуманизма", дали новый толчок этому занятию: во второй половине столетия стало модно создавать хранилища и первые общественные музеи естествознания, что сопровождалось активным, хотя и ограниченным собирательством коллекций. Некоторые крупные музеи мира возникли благодаря завещаниям частных коллекционеров камней и минералов.

Так, Британский музей в Лондоне образовался в 1753 году на основе коллекции сэра Ханса Слоона, а Муниципальный музей естествознания в Милане был основан в 1838 году благодаря завещанию миланского коллекционера Джузепе де Кристофориса. Сегодня коллекционированием минералов увлекается множество страстных любителей. Необходимым и полезным пособием для этого хобби являются справочники и руководства. Книга, которую мы представляем вам, описывает и иллюстрирует все наиболее известные виды минералов; мы надеемся, что она станет необходимым помощником для всех любителей и коллекционеров, которые наверняка будут за это благодарны.

Типы минералов. Земная кора сложена из различных горных пород, которые в свою очередь состоят из отдельных минералов. Большинство из них представляют собой соединения химических элементов; другие, наоборот, состоят только из одного элемента - меди, золота, серы или углерода (последний представлен в двух модификациях - алмаз и графит). Наиболее распространенный минерал - кварц - является соединением кремния с кислородом (SiO2).

Во множестве минералов отдельные элементы сочетаются в виде сложных комплексов. В основном это неорганические соединения, хотя изредка могут быть и органические - например, янтарь, окаменевшая смола, или вевелит, оксалат кальция. В природе известно около 4000 минералов, состоящих из более чем 100 элементов, от водорода до урана. Но лишь небольшая их часть (примерно 40-50 видов) сравнительно обычна - кварц, полевые шпаты, слюды, пироксены, амфиболы, оливин. Эти минералы образуют основную часть различных горных пород и поэтому называются породообразующими.

Необходимой частью минералогии, как и всех естественных наук, является классификация, располагающая в логическом порядке все разнообразие минералов. Она является сравнительно простой, так как имеет дело всего с 4000 видов, в то время как в биологии приходится классифицировать десятки тысяч видов. Основой классификации является химический состав минералов, а также симметрия их кристаллической решетки. В соответствии с этими простыми принципами строятся и все коллекции минералов. Они начинаются с минералов, чей состав сравнительно несложен, а потом располагаются более сложные по химическому составу соединения. Приводим классификацию, состоящую из девяти классов; значение и количество видов в каждом классе весьма различны:

   I Самородные элементы
   II Сульфиды (с селенидами, теллуридами, арсенидами, антимонидами и висмутидами)
   III Галогениды
   IV Оксиды и гидрооксиды
   V Карбонаты (с нитратами и боратами)
   VI Сульфаты (с молибдатами, хроматами и вольфраматами)
   VII Фосфаты (с арсенатами и ванадатами)
   VIII Силикаты
   IX Органические соединения

МИНЕРАЛЫ МАГМАТИЧЕСКОГО И ГИДРОТЕРМАЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ. Минералы претерпевают различные изменения по мере их возникновения и роста. Основная их часть возникла и возникает в глубинных зонах земли, где наблюдаются высокие давления (в тысячи атмосфер) и высокие температуры (900-1000 ^oС). Здесь располагается так называемая магма - жидкая расплавленная силикатная масса. Часть этой магмы в результате движений в земной коре проникает по трещинам в менее глубокие слои, где температура ниже. Здесь магма постепенно остывает, медленно образуя массивные плутонические породы.

Магма представляет собой смесь расплавленных оксидов и силикатов, насыщенных газами и водяным паром, состав и количество которых зависят от пути ее продвижения.

Когда расплавленная магма, образовавшаяся при высоких давлениях, проникает в более холодные горизонты земной коры, ее температура снижается. В этот момент образуются первые минералы, потом их количество возрастает, минералы, проникшие по трещинам в вышележащие слои, отлагаются медленнее. Такой механизм приводит к магматической дифференциации, которая объясняет локальное обогащение некоторыми минералами; так, например, образуются месторождения магнетита и хромита. На следующей стадии кристаллизации магмы кристаллы растут из многочисленных зародышей, формирующихся в магматической массе. Эта стадия продолжается до тех пор, пока магма полностью не остывает и не затвердевает.

На этой конечной стадии кристаллизации остаются лишь последние компоненты магмы, обогащенные летучими веществами, такими как газы и водяной пар. Эти компоненты представляют собой остаточные образования, весьма удаленные от первичной магмы. Из них формируются тела пегматитов, в которых накапливаются такие минералы, как слюда, турмалин, берилл - обогащенные редкоземельными элементами, с которыми иногда соседствуют минералы олова и вольфрама. Часть газов и водяного пара остается в массе породы в виде воздушных пузырьков; довольно часто такие пустотки - миндалины - встречаются в мелафирах; впоследствии они обычно заполняются кварцем, агатом и халцедоном. Но основная часть газов и водяного пара проникает, как правило, ближе к поверхности через трещины и разломы в породе. Из этих растворов при охлаждении, на стенках трещин отлагаются новые минералы. На этой стадии, которая называется гидротермальной, можно наблюдать минералы всех типов; вместе с кварцем и кальцитом образуются минералы, содержащие разные металлы - таким образом формируются рудоносные жилы. Вблизи земной поверхности водяной пар конденсируется, превращаясь в воду, обогащенную минеральными веществами. Смешиваясь с поверхностными водами, она образует термальные источники. Из этих теплых или горячих вод отлагаются различные минералы, такие как арагонит и гейзерит.

Когда растворы проникают по трещинам в осадочные породы, например в известняк, и частично их растворяют, в другом месте из них отлагаются рекристаллизованные, вторичные минералы (такие как сидерит - карбонат железа).

МИНЕРАЛЫ, ОБРАЗОВАВШИЕСЯ ПРИ ВЫВЕТРИВАНИИ.Минералы и горные породы на поверхности земли подвергаются воздействию экзогенных факторов, их преобразование происходит очень медленно. Колебания температуры и действие замерзания приводят к механической дезинтеграции горных пород; кислород атмосферы, углекислота и химически активная вода, а также биоорганизмы активизируют и поддерживают процессы выветривания.

Изменения под воздействием экзогенных факторов могут привести к полному преобразованию минералов. Так, полевые шпаты превращаются в каолин, оливин замещается серпентином, пирит - бурым лимонитом (фактически ржавичной) и т. д.

Выветривание пирита может привести к образованию серной кислоты, которая, циркулируя в породах, воздействует на них; так известняк преобразуется в гипс, и возникает целая серия других сульфатов. В ходе подобного процесса образуется также опал. При изменении халькопирита (сульфид железа и меди) образуется комплекс вторичных минералов - малахит, лазурит и лимонит.

ХЕМОГЕННО-ОСАДОЧНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ. Различные минералы образуются в море вследствие испарения воды и изменения ее химического состава, обусловленного этим испарением. Таким образом формируются месторождения галита и сильвина, гипса, известняка, а также некоторых минералов железа, например шамозита.

ПОРОДЫ БИОГЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ. Живые существа не ограничиваются ролью разрушителя минералов и горных пород. Они могут воздействовать на химические вещества, растворенные в воде и формировать новые минералы. Их "продукцией" являются коралловые острова и большие массы известняков. Все организмы, приводящие к образованию новых минералов, погибают и после смерти подвергаются разрушению и преобразованию. Так образуются месторождения фосфоритов. Биологическую природу могут иметь сера, селитра, пирит, марказит.

МЕТАМОРФОГЕННЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ. Когда магма поднимается, проникая в приповерхностные горизонты земной коры, она их нагревает, иногда поглощая и перенося некоторые химические элементы (в основном летучие). Под их воздействием изменяются химические и физические свойства осадочных пород, при этом полностью преобразуется их облик. В ходе такого процесса, называемого контактным метаморфизмом, образуются новые минералы. Это различные слюды, многочисленные гранаты, андалузит и т. д. Можно утверждать, что образование многих минералов обусловлено воздействием такой обстановки. Минералы, которые встречаются редко или единично, но почти всегда сопровождают другие, называются сопутствующими. Подобные минеральные ассоциации называются "парагенезисами". Их возникновение запрограммировано строгими законами, обуславливающими образование минералов. Исходя из этого, можно предсказать наличие сопутствующих минералов по наличию тех, которые уже обнаружены в данном месте.

КРИСТАЛЛЫ. Минералы представляют собой физически и химически гомогенные тела. Их химический состав четко определен. Минералы имеют определенную форму, обусловленную объективными законами. Основная часть минералов образует кристаллы, в которых различают плоскости граней, вершины и углы. Внешний облик кристаллов зависит от их атомной структуры: они, как однородные тела, состоят из мельчайших составляющих - атомов, которые расположены в определенном порядке. Если даже внешний облик кристалла из-за дефектов физического строения выглядит неправильным, минерал сохраняет свою структуру на атомном уровне.

Однако не все минералы обладают совершенной геометрической формой; у некоторых расположение атомов и расстояния между ними не соответствуют никакой структуре. Такие минералы называются аморфными. Они обладают глобулярным или зернистым строением, как, например, опал. В принципе аморфные минералы являются неустойчивыми и стремятся в конечном итоге перейти в кристаллическое состояние. Структура кристалла определяется составляющими его ионами, атомами и молекулами, которые расположены в геометрическом порядке, образуя кристаллическую решетку. Различают множество типов решетки в зависимости от расположения основных компонентов. Наиболее простой тип, который характерен для многих минералов - решетка галита (NaCl). Другие решетки имеют более сложное строение.

Расположение атомов в кристаллической решетке минерала определяет внешний облик его кристаллов: расположение граней, ребер и вершин зависит от нескольких законов, которые управляют внутренним строением минерала.

Углы наклона граней характеризуют каждый отдельный минеральный вид - их значение одинаково для кристаллов данного минерала, независимо от размера индивида. Этот закон постоянства углов, естественно, применим только для граней, соответствующих друг другу.

Два изображения кристаллической решетки галита (поваренной соли).
Кубическая форма элементарной ячейки отражается в форме кристалла этого минерала