Минерал


 МИНЕРАЛ (от cp.-век. лат. minera — руда * а. mineral; н. Mineral; ф. mineraux; и. minerales) — физически и химически индивидуализированное, как правило, твёрдое тело, относительно однородное по составу и свойствам, возникшее как продукт природных физико-химических процессов, протекающих на поверхности и в глубинах Земли, Луны и других планет, обычно представляющее собой составную часть горных пород, руд и метеоритов.

Большинство минералов — кристаллические вещества (или ранее находились в кристаллическом состоянии, но утратили его в результате метамиктного распада). Однако по традиции в число минералов включаются и некоторые природные аморфные образования (опал, аллофаны), а также немногие жидкие минералы (и металлы) — самородная ртуть и некоторые амальгамы. Аморфные и высокодисперсные тела в отличие от кристаллических минералов называются минералоидами. За редким исключением минералы — неорганические соединения, однако многие минерологи склонны считать минералы и природные органические кристаллические вещества (соли органические кислоты — оксалаты, меллит, жюльенит и др.), а также некоторые твёрдые углеводороды и ископаемые смолы — сукцинит и другие компоненты янтаря. Воду не считают минералом, но все полиморфные модификации льда суть минералов; вулканические и импактные стёкла относятся к горным породам, а лешательерит (природный стеклообразный кремнезём) — к минералам.

Среди минералов различают минеральные виды и разновидности. Первые — индивидуальные природные химические вещества, резко различающиеся по составу и (или) структуре, вторые — это вариации одного минерального вида: цветовые, морфологические, а иногда и по химическому составу (без изменения кристаллической структуры) или по структуре при постоянстве состава (политипы у минералов со слоистой кристаллической решёткой). Политипы в современной систематике рассматривают как структурные разновидности или подвиды одного минерального вида (поскольку они часто сосуществуют, встречаясь даже в составе одного кристалла, например слюды или сфалерита), тогда как полиморфные модификации, возникающие при фазовых переходах и имеющие определённые
поля устойчивости, относятся к самостоятельным минеральным видам. Структурными разновидностями считаются также энантиоморфные формы минералов (например, правый и левый кварц). Общее число известных минеральных видов около 3000. В соответствии с бурным развитием науки и техники количество открываемых минералов резко возросло. К началу 19 века было известно менее 100 минеральных видов, за первые 20 лет 19 века открывалось в среднем 4-5 новых минералов в год, за последующие 100 лет — по 9-10, далее до 1960 — по 14-15 и в последние 25 лет — в среднем по 40-50 (от 20-25 до 80-100) минералов ежегодно.

Минеральный индивид — мономинеральное тело ограниченной протяжённости (кристалл, зерно или иное выделение), отделённое от соседних подобных тел непрерывными физическими поверхностями раздела, замкнутыми в пространстве. Размеры минеральных индивидов варьируют в широком диапазоне — от 1-100 нм (коллоидные минералы) до 10 м (кристаллы сподумена в пегматитах); известны кристаллы кварца и полевого шпата массой в несколько тонн. Срастания минеральных индивидов одного состава образуют мономинеральный агрегат. Понятие минералов употребляется в различных значениях: оно может относиться к минеральному виду, разновидности, индивиду и мономинеральному агрегату. Самостоятельные названия получают как минеральные виды, так и разновидности; но открытием новых минералов считается только открытие нового минерального вида.

Называют минералы по месту первой находки, в честь крупных минерологов,
геологов и учёных других специальностей, известных коллекционеров минералов, путешественников, космонавтов, общественных и политических деятелей прошлого и настоящего, по каким-либо характерным физическим свойствам или по химическому составу. Последний химический принцип особенно рекомендован, и большинство минералов, открытых за последние десятилетия, в самом названии несут информацию о своём химическом составе.

Современными методами установлено, что строение реальных минералов значительно сложнее, чем это следует из определения понятия минералов, постулирующего относительную однородность состава и структуры минералов. Выяснилось, что в очень многих случаях различные элементы-примеси входят в состав минералов в неизоморфной форме. Большинство минералов, особенно непрозрачных или слабопросвечивающих, обнаружило микро- гетерогенное строение; почти в любом их "минеральном индивиде" приходится различать матрицу, принадлежащую одному минеральному виду, и мельчайшие, микро- или субмикроскопические включения, относящиеся к другим минеральным видам. Происхождение включений различно: они появляются в результате захвата растущим индивидом минералов-"хозяина" инородных дисперсных минеральных частиц (например, титановые минералы в кварце или корунде; танталониобаты, апатит и породообразующие силикаты в магнетите); как эндотаксические вростки — продукты распада твёрдых растворов, что находит выражение в специфических структурах (например, ильменит или ульвит в магнетите); вследствие перехода минералов в метамиктное состояние (например, возникновение фаз простых оксидов в глубокометамиктных титано-тантало-ниобатах); при образовании неполных псевдоморфоз, т.е. при метасоматических процессах, включая гипергенные изменения минералов (реликты первичных минералов во вторичных и т.п.); путём раскристаллизации захваченных включений минералообразующих сред (расплавов, флюидов) или как сохранившиеся внутри кристаллов минералов реликты тех соединений, в форме которых происходил перенос вещества в
ходе минералообразования (например, включения гидростаннатов в касситерите). В зависимости от способа образования минеральных включений они могут распределяться в матрице минералов закономерно (эпитаксия, синтаксия) или беспорядочно. Помимо твердофазных включений в минералах, в т.ч. и прозрачных (например, в кварце), обычно присутствуют газово-жидкие включения минералообразующих сред. В результате обычные химические анализы минералов фиксируют лишь валовой состав минеральных систем (минералы + различные виды микровключений).

Установлено широкое развитие в природе, особенно среди глинистых минералов и в околожильных ореолах низкотемпературных гидротермальных месторождений, т.н. смешаннослойных и смешанноленточных минералов (главным образом силикатов), крайние компоненты которых (например, хлорит и монтмориллонит, иллит, вермикулит), входящие в состав единых минеральных индивидов в качестве структурных элементов их кристаллических решёток, относятся к разным минеральным видам.

Структура. В зависимости от химического состава минералов и физико-химических параметров находится тип химической связи между отдельными элементами и, как следствие, закономерность их пространственного распределения в кристаллической структуре минералов. Значительное изменение состава вызывает морфотропное изменение структуры и переход к веществу с новой структурой, т.е. к другому минералу. Изменение физико-химических параметров может привести к полиморфному переходу типа а-кварц-Я-кварц (повышение температуры), андалузитсиллиманит (повышение температуры) кианит (повышение давления). Обычные отклонения реальной структуры минералов от идеальной — вакансии в отдельных узлах кристаллической решётки, связанные с появлением, например, примесей в междоузлиях, изменением валентности части катионов (анионов). Упорядочение ваканский может приводить к увеличению одного из параметров элементарной ячейки, к появлению сверхструктур, переходу, например, от слоистых структур (талька — пирофиллита) к ленточным (честерит — джимтомпсонит — амфиболы) и т.п. В кристаллохимическом отношении среди минералов преобладают кристаллические структуры с ионным и ковалентным типами химической связи, менее распространены — с металлическими и молекулярными решётками (сера самородная, реальгар, аурипигмент). В результате различных дефектов (вакансий, примесных, радиационных и других дефектов, вхождения посторонних ионов или молекул, например воды в каналы и другие полости решётки, изменения заряда катионов и анионов и т.д.) и дислокаций кристаллы минералов могут приобретать блочное строение. Реальные минералы образуют иногда т.н. упорядочивающиеся
серии (например, полевые шпаты), когда распределение различных катионов по структурным позициям в той или иной степени отклоняется от правильного порядка, присущего идеальным кристаллам, и с понижением температуры проявляет тенденцию к упорядочению. Не менее широко распространены явления распада твёрдых растворов (смешанных кристаллов), находящие выражение в специфических структурах минералов.

Для минералов со слоистыми кристаллическими решётками (например, слюд, молибденита, сфалерита, глинистых минералов, хлоритов, графита и др.) характерно явление политипии, при котором смежные слои (или пакеты слоев) оказываются несколько повёрнутыми один относительно другого. В результате такого поворота возникают политипные модификации (или политипы), элементарные ячейки которых имеют одинаковые параметры по двум осям и различные — по третьей. Образование политипов объясняется условиями роста кристаллов (в частности, кинетическими факторами и механизмом спирального роста). Политипия может приводить к изменениям симметрии кристаллов минералов, вплоть до перемены их сингонии, но не сопровождается существенной перестройкой кристаллической структуры.

В случае изоморфных рядов при выделении минеральных видов руководствуются следующими правилами: в двухкомпонентных (бинарных) твёрдых растворах различают два минеральных вида (с содержанием конечных членов от 0 до 50 и от 50 до 100 молекулярных %), в трёхкомпонентных — три. Ранее и в бинарных изоморфных смесях выделялось по три минеральных вида, названия которых закрепились в минералогической номенклатуре (например, ряд вольфрамита: ферберитвольфрамитгюбнерит). Наряду с этим в минералогии бытуют и некоторые другие принципы выделения минеральных видов. Так, если представители данного ряда имеют особое значение по распространённости и отдельные промежуточные члены ряда твёрдых растворов типичны для определённых парагенезисов, выделение минерального вида становится более дробным и часто базируется на номерной основе. Примером являются плагиоклазы, среди которых выделяют альбит (№ 0-10; № отвечает содержанию анортитового компонента в молекулярном %), олигоклаз (№ 10-30), андезин (№ 30-50), лабрадор (№ 50-70), битовнит (№ 70-90), анортит (№ 90-100).

Кристаллы реальных минералов часто обнаруживают зонарное или секториальное, блочное или доменное строение; изоморфные примеси могут распределяться в них статистически (беспорядочно), занимать строго определённые структурные позиции или группироваться в кластеры; обнаружено вхождение в минералы примесных компонентов в форме плоских встроек и т.д. Чрезвычайно характерны для кристаллов многих минералов (кварца, полевых шпатов и др.) весьма многообразные явления двойникования, часто полисинтетического. Двойникование подобно распаду смешанных кристаллов фиксируется на разных уровнях — от макроскопического до субмикроскопического и доменного.

Изучение реального строения и состава кристаллов минералов даёт важную информацию об условиях минералообразования.

Химический состав и конституция, химические и кристаллохимические формулы. В состав минералов входят все стабильные и долгоживущие изотопы элементов периодической системы, кроме инертных газов (гелий и аргон могут накапливаться в структурных каналах и полостях кристаллических решёток минералов как радиогенные продукты или вследствие захвата из атмосферы). Но минералообразующая роль различных элементов неодинакова. Одни из них проявляют тенденцию к образованию "собственных" минералов, другие (т.н. элементы-примеси) — к изоморфному рассеянию в решётках минералов, содержащих кристаллохимически близкие к ним, но более распространённые элементы. К рассеянным элементам, чаще всего входящим в состав минералов в виде изоморфных примесей, относятся Rb, Cd, Ga, In, Tl, Sc, ряд редкоземельных, Ge, Re, I, Br, Ra, Se и др.; для многих из них вообще не известно самостоятельных минералов. Примеси могут входить в минералы не только изоморфно, но и путём сорбции, а также в виде механических минеральных или газово-жидких микровключений. Большинство минералов — соединения переменного состава, т.е. члены изоморфных рядов: двух-, трёх- и многокомпонентных. Эти ряды (серии) определяют границы вариаций состава минералов, а тем самым и колебания их физических свойств: плотности, твёрдости, оптических, магнитных и других параметров элементарной ячейки, температуры плавления и т.д.

Около 25% общего числа минеральных видов в земной коре — силикаты и алюмосиликаты; около 18% приходится на фосфаты, арсенаты и их аналоги, около 13% — на сульфиды и их аналоги, около 12% — на оксиды и гидроксиды. Минералы, относящиеся к другим классам химических соединений, составляют около 32%. По распространённости в земной
коре резко доминируют алюмосиликаты (особенно полевые шпаты) и силикаты, за ними следуют оксиды (прежде всего кварц) и гидроксиды (включая оксигидраты) и далее карбонаты; в сумме они слагают около 98% верхней части земной коры (до глубины 16 км). По типу химических соединений минералы подразделяются на редко встречающиеся простые вещества (самородные элементы), составные (бинарные, например, оксиды, галогениды, сульфиды) и сложные соединения (трёх- и многокомпонентные: силикаты, сложные оксиды, гидроксиды и прочие кислородные соединения, а также сложные сульфиды, тиосоли и галогениды). В составе бинарных соединений обычно присутствуют простые анионы (S2-, О2-, Cl2-, F-, OH-), реже более сложные (S22-); сложные соединения содержат комплексные анионные радикалы [CO3]2-, [SO4]2-, [PO4]3-, [SiO4]4-, [AsS3]3-, [SbS3]3- и др., а также полимерные: например, [Si2О7]6-, [AlSi3О8]-, [AlSi3O10]5-, [Sb4S11]10-, [Bi2S5]4-.

Состав минералов выражается его химической формулой — эмпирической, полуэмпирической, кристаллохимической. Эмпирическая формула отражает лишь отношение между собой отдельных элементов в минералах. В ней элементы располагаются слева направо по мере увеличения номера их групп в периодической системе, а для элементов одной группы — по мере уменьшения их порядковых номеров, т.е. по мере увеличения их силовых характеристик (злектроотрицательностей). Элементы, образующие изоморфные смеси, приводятся в круглых скобках через запятую, располагаясь в зависимости от их содержания в минералах. После расшифровки кристаллических структур подавляющего большинства минералов и уточнения позиций различных элементов в их кристаллической решётке стало возможным введение в минералогию понятия о конституции минералов, в которой химический состав минералов тесно увязывается с их структурой. Выражением конституции минералов служат т.н. структурные, или кристаллохимические формулы, составляемые и записываемые по определённым правилам. В этих формулах элементы, играющие роль нормальных катионов, записываются в их начале в том же порядке, что и в эмпирических формулах. Комплексные ионы, и в первую очередь анионы, выделяются квадратными скобками, причём в случае бесконечного полимерного комплекса вверху слева от квадратной скобки ставится специальный значок, обозначающий его тип:

, или для комплексов с цепочечным (и ленточным), слоистым и каркасным строением соответственно. Слева, вверху от символа элемента, в круглых скобках указывается его координационное число (КЧ) в структуре, а справа, вверху, — степень окисления. Так, например, для пиропового граната соответствующие формулы имеют вид: (Mg, Fe, Mn, Ca)32+ (Al, Cr, Fe)23+Si3О12 (эмпирическая) и (6)(Mg, Fe, Mn, Ca)32+ (Al, Cr, Fe)23+ [SiO4]3 (кристаллохимическая); для буры — Na2В4Н20О17 (эмпирическая), Na2В4О7•10Н2О (полуэмпирическая), Na24О5(OH)4]•8Н2О (полукристаллохимическая), [(6)Na22О)8][(4)В2(3)В2О5(OH)4] (кристаллохимическая). Существуют и другие приёмы записи кристаллохимических формул (строгая общеобязательная регламентация отсутствует).

Для групп минералов сложного состава с широким проявлением изоморфизма употребительны обобщённые, т.н. типовые, кристаллохимические формулы, в которых катионы и анионы, сгруппированные по структурным позициям и координациональным числам, получают условные обозначения. Примеры типовых формул: структурный тип эвксенита AB2Х6, где А=Y, TR, U4+, Pb, Ca, Th; В=Nb, Ta, Ti; Х=О, OH; группа пироксенов М1М[Т2О6], где М1=Mg, Fe2+, Li, Ca, Na; М=Mg, Fe2+, Al, Fe3+; Т=Si, частично Al; группа блёклых руд М10+М22+[YS3]4S1; где М=Cu, Ag; М2+=Fe, Zn, Hg, Cd; Y=As3+, Sb3+, Te4+, отчасти Bi3+ и т.д.

Особенности химического состава минералов (в т.ч. содержание элементов-примесей) являются их важнейшими типоморфными признаками (см. Типоморфизм минералов).

Морфология минералов зависит от их внутреннего строения и условий образования (термодинамического и кинетического факторов, состава минералообразующей среды). Различают несколько типов облика кристаллов минералов: изометричный, таблитчатый, листоватый и чешуйчатый, длинно- и короткостолбчатый, шестоватый и игольчатый, дощатый и др. Более строго (по преобладающим на кристалле граням — т.н. габитусным формам) определяется габитус кристаллов: кубический, октаэдрический, пентагондодекаэдрический, кубооктаэдрический, ромбоэдрический, призматический и другие. При различных условиях один и тот же минерал может образовывать кристаллы различного облика (апатит — длинно- и короткостолбчатые, игольчатые, таблитчатые, фенакит — от изометрического до игольчатых и т.д.), а иногда, сохраняя свой облик (например, изометрический), меняет габитус (например, флюорит — от октаэдрического до кубического). Часто даже в одном месторождении последовательные генерации одного минерала резко меняют свой облик и габитус, образуя т.н. эволюционный кристалломорфологический ряд. Форма кристаллов минералов — его типоморфный признак.

Быстрая кристаллизация минералов приводит к искажению формы их кристаллов, возникновению скелетных, дендритных, нитевидных форм, сферо-кристаллов. Кристаллы минералов нередко несут на гранях характерную штриховку, фигуры роста и растворения. Массовая кристаллизация (например, при образовании изверженных горных пород) создаёт обстановку стеснённого роста, и минералы образуют зёрна неправильной формы. Детальное изучение форм выделений минералов, скульптуры на гранях их кристаллов, явлений двойникования, кристаллов-фантомов и т.д., прослеживание морфологической эволюции минералов в процессе их образования (кристалло-морфологический и онтогенический анализ) позволяют воссоздать историю формирования минеральных индивидов. Среди кристаллических минеральных индивидов различают: кристаллы нормальные, т.е. плоско- и полногранные разного облика, определяющегося составом и условиями образования, скелетные (рёберные), блочные, скрученные, расщеплённые, дендритные (расщеплённые скелетные кристаллы); сферокристаллы, возникающие при объёмном расщеплении кристаллов вплоть до образования круглых кристаллических индивидов [особенно характерных для стильбита и Mg (Mn) — кальцита]; сферолиты, образованные расходящимися из центра пучками тончайших волокон, игл, столбчатых, пластинчатых и более крупных составных частей; сфероидолиты, отдельные волокна, иглы которых не прямые, как в сферолите, а изогнуты к периферии; и те и другие имеют круглую поверхность, причём сферолиты часто шарообразны.

Значительно чаще, чем отдельные кристаллы минералов, встречаются их сростки (минеральные агрегаты), как закономерно ориентированные (двойники, эпитаксия и синтаксия, симплектитовые и топотаксического срастания), так и лишённые взаимной ориентировки. Блочные, скрученные, дендритные и расщеплённые кристаллы, сферокристаллы, сферолиты и сфероидолиты могут рассматриваться одновременно как индивиды, из которых слагаются более сложные агрегаты, и как минеральные агрегаты, состоящие из отдельных индивидов — волокон, игл и т.д. К минеральным агрегатам относятся друзы нормальных кристаллов, корки расщеплённых кристаллов, сферо-кристаллов, сферолитов. Все они образуются на относительно плоском основании. На основаниях иной формы могут возникать, например, псевдосталактиты, представляющие сферолитовые корки, возникающие вокруг волосовидных и других оснований (игольчатых минералов и остатков от растворения вмещающей породы и т.п.). Минеральные индивиды и минеральные агрегаты слагают минеральные тела. К малым минеральным телам относят, например, коралиты, сталактиты, сталагмиты, пизолиты, кокарды, гнёзда, жеоды, конкреции, к крупным — жилы, рудные столбы, пласты, залежи, некки, силлы, батолиты, лакколиты и т.д.

Классификация. Попытки систематизации минералов на различной основе предпринимались уже в античном мире. Первоначально (от Аристотеля до Ибн Сины и Бируни) их делили по внешним признакам, иногда привлекая и генетические элементы, зачастую самые фантастические. Начиная с позднего Возрождения и вплоть до начала 19 в. доминировали классификации, основанные на внешних признаках и физических свойствах минералов Во 2-й половине 19 — начале 20 вв. исключительное распространение получили химические классификации минералов (труды П.
Грота, В. И. Вернадского, П. Ниггли и др.). С 20-х гг. 20 в. всё большую роль начинают играть кристаллохимические классификации, в которых за основу принимаются в равной мере химический состав и кристаллическая структура минералов. В современной минералогии имеется много различных вариантов минералогической систематики. В CCCP наиболее распространена классификация минералов на типы и классы по химическому составу (табл.).

Более мелкие таксоны внутри классов (подклассы, отделы, группы и др.) выделяют по типу структуры (силикаты) и в соответствии со степенью усложнения состава. При выделении дробных таксонов основываются также на группировке близких в геохимическом и кристаллохимическом отношении катионов и анионов. Ведутся специальные исследования в направлении создания естественной генетико-структурной и химико-структурной систематики минералов.

Физические свойства минералов обусловлены их внутренним строением и химическим составом. Наблюдаемые у реальных минералов колебания физических свойств вызваны явлениями микронеоднородности и изоморфизма, структурными дефектами, различной степенью упорядоченности или метамиктности (иногда даже в пределах одного зерна) и другими факторами. Физические свойства минералов наряду с их морфологией — основа их диагностики, поисков, а в ряде случаев и практического использования. К физическим свойствам минералов относятся их плотность, механические, оптические, люминесцентные, магнитные, электрические, термические свойства, радиоактивность.

По плотности минералы подразделяют на лёгкие (до 2500 кг/м3), средние (2500-4000 кг/м3), тяжёлые (4000-8000 кг/м3) и весьма тяжёлые (более 8000 кг/м3). В минералогическом анализе к лёгкой фракции относятся минералы с плотностью 2900 кг/м3 (не тонущие в бромоформе), к тяжёлой — минералы с плотностью >2900 кг/м3 (тонущие в нём). Плотность минералов определяется его составом (содержанием тяжёлых катионов) и типом структуры, степенью её совершенства, явлениями гидратации и метамиктности, характером и количеством микровключений.

Механические свойства включают твёрдость минералов, упругие свойства, излом, спайность минералов и отдельность. Качественное определение упругих свойств минералов производится визуально, по их реакции на механические напряжения (характеру деформаций). Различают минералы хрупкие (большинство) и ковкие (некоторые самородные металлы и сульфиды), а среди листоватых и чешуйчатых минералов — гибкие упругие (слюды) и неупругие (хлориты, урановые слюдки), а также негибкие (хрупкие слюды). Волокнистые минералы бывают ломкими и гибкими (хризотил-асбест). Излом — важное диагностическое свойство минерала, характеризует поверхность обломков, на которые он раскалывается (не по спайности) при ударе. Различают изломы раковистый, занозистый, волокнистый, землистый, ровный, неровный, ступенчатый и др.

Оптические свойства минералов включают цвет минералов, блеск, степень прозрачности, светопреломление и отражение, плеохроизм и др. Кристаллооптические свойства минералов изучают и количественно измеряют с помощью поляризационного микроскопа: прозрачных минералов — в проходящем свете, в тонких срезах (шлифах) или иммерсионных средах; непрозрачных — в отражённом свете, в аншлифах (полировках). Для прозрачных минералов определяют оптические константы: показатели светопреломления, их дисперсию, двупреломление света, осность, оптических знак, величину угла между оптическими осями, схему плеохроизма; для непрозрачных минералов — отражение, оптическую анизотропию, двуотражение, внутренние рефлексы, дисперсию отражения и поглощения. Блеск — характерный диагностический признак для многих минералов. Он определяется типом химической связи, составом минералов и величиной светопреломления. Различают металлический, полуметаллический, алмазный, жирный, восковой, смоляной, стеклянный, шелковистый, перламутровый и другие блески минералов.

Магнитные (см. Магнитные свойства), люминесцентные, электрические (см. Электрические свойства), термические (см. Термический анализ) и другие физические свойства минералов изучает развивающийся раздел минералогии — физика минералов, широко использующий для исследований свойств минералов методы физики твёрдого тела и соответствующую аппаратуру (ИК-, ЯГР-, ЭПР-, ЯМР-, Оже-спектрометры, просвечивающие электронные микроскопы и др.). Знание свойств минералов, с одной стороны, необходимо для точной диагностики минералов, с другой — для изучения их типоморфизма, разработки эффективных методов извлечения минералов из руд, геофизических методов разведки, использования минералов в народном хозяйстве.

Диагностика. Предварительная полевая диагностика минералов производится по внешним признакам и простым физическим свойствам: морфологии выделений, относительной твёрдости и плотности, цвету черты, блеску, побежалости, спайности, излому, люминесценции и пр. С помощью компаса диагностируются ферромагнитные минералы (магнетит, пирротин).

Для определения карбонатов используются методы окрашивания, "вскипание" с HCl. Иногда прибегают к простейшим качественным химическим реакциям (например, на фосфор с молибденово-кислым аммонием). Многие распространённые минералы, породообразующие и рудные, уже в полевых условиях удаётся определить достаточно надёжно. Более точная диагностика осуществляется в лабораторных условиях: оптическими методами (под микроскопом — в прозрачных шлифах, аншлифах, иммерсионных препаратах, при помощи диагностического травления), по рентгенограммам, на основе определения элементного состава посредством химического, эмиссионного спектрального, атомно-абсорбционного, рентгенорадиометрического и других видов анализа, по ИК-спектрам, спектрам фото- и рентгенолюминесценции и т.д. Высокодисперсные минералы, например глинистые, дающие на рентгенограммах нечёткие диффузные линии, уверенно диагностируются лишь под электронным микроскопом, с применением метода электронографии. Тот же метод позволяет точно диагностировать смешаннослойные минералы, политипы листоватых и чешуйчатых минералов. Карбонаты и другие минералы, содержащие летучие компоненты, определяются при помощи термического анализа (по дифференционным кривым нагревания и кривым потери в весе). Для точной диагностики метамиктных минералов часто требуется сочетание рентгеновской дифрактометрии и термического анализа. Степень упорядочения минералов определяется в основном рентгенографическими методами. Формы вхождения воды и тонкие структурные особенности минералов устанавливаются комплексом физических методов (термический анализ, ИК-, ЯМР-спектроскопия, ЯГР-, ЭПР-спектроскопия, нейтронография и др.). Формы вхождения примесей в минералы выясняются с помощью ЭПР-спектроскопии, электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального анализа на электронном микрозонде, локального (лазерного) спектрального анализа. Локальные методы исследования позволяют выявить микронеоднородность минералов и более достоверно определить химический состав чистых минеральных фаз.

Условия нахождения и образования. По распространённости в природе все минералы разделяют на главные породо- и рудообразующие (см. Породообразующие минералы), второстепенные, акцессорные минералы, редко встречающиеся (не образующие больших скоплений) и весьма редкие (известные в виде единичных находок). Это разделение условно. По мере открытия новых генетических типов месторождений многие минералы, ранее считавшиеся редкими и крайне редкими, приобретают значение важных компонентов руд (давсонит, пирохлор, бертрандит, фенакит, воджинит, тунгстенит, бадделеит, бишофит, трона и т.д.).

Изучением условий и процессов образования и изменения минералов занимается генетическая минералогия. Минералы возникают в различных геологических условиях и геохимических обстановках в связи с процессами магматизма, метаморфизма, метасоматизма, с вулканической и гидротермальной деятельностью, с процессами осадкообразования, в корах выветривания и в зоне окисления рудных месторождений. Каждый минерал имеет свою историю возникновения и развития. В своём существовании минерал (минеральный индивид) проходит стадии зарождения, роста и изменения. Весь этот процесс эволюции минеральных индивидов и агрегатов изучает онтогения минералов, в развитии которой особая заслуга принадлежит русским и советский учёным (М. А. Толстопятову, А. В. Шубникову, Г. Г. Леммлейну, И. И. Шафрановскому и Д. П. Григорьеву). Основная её задача — выявление морфологических особенностей, особенностей внутреннего строения (анатомии) минералов с целью выяснения особенностей их зарождения, роста, разрушения (механического или химического, в том числе при распаде твёрдых растворов, перекристаллизации, регенерации и т.д., образовании пара-и псевдоморфоз). Онтогенические исследования лежат в основе выяснения роли минералов в их парагенезисах. На них опираются и при решении ряда конкретных задач, в т.ч. при разработке схем обогащения руд, технологии их переработки.

Зарождение минералов может происходить в различных средах: твёрдых (например, при метаморфизме), жидких (при магматические процессах — из расплава, в гидротермальных условиях — из горячих растворов и флюидных фаз, в гипергенных — из вод морских и континентальных бассейнов либо при участии грунтовых вод), газообразных (например, при вулканических явлениях). Минералы могут возникать во взвешенном состоянии или на каком-либо субстрате (например, на стенке полости, трещины, на поверхности обломка в брекчии и т.п.). В процессе роста минерал взаимодействует с минералообразующей средой, при этом он захватывает различные примеси, которые входят в него либо изоморфно, либо в форме механических включений дисперсных твердофазных минеральных частиц, либо в виде включений самой среды (газово-жидких, расплавных, газовых). Примеси часто тяготеют к определённым граням кристалла, концентрируясь в пирамидах их роста; вхождение примесей (как изоморфных, так и механических) обусловливает зональное строение кристалла. Изменение физико-химических условий (температуры, давления, состава среды) и геологической обстановки (тектонического напряжения, литостатического или одностороннего давления и т.д.) отражается на составе и внутреннем строении минерала, вызывая деформации, приводящие к механическому двойникованию и к искажениям кристаллической решётки минералов (возникновению дислокаций, мозаичного и блочного строения кристаллов); растворение минералов (что фиксируется по изменению формы кристаллов — округлению углов и рёбер, появлению специфических фигур на гранях); полиморфные превращения (например, при повышении давления на твёрдые фазы или при понижении температуры); распад твёрдых растворов (находящий выражение в специфических структурах минералов, в появлении в них закономерно ориентированных вростков); перекристаллизацию (собирательную — с укрупнением зёрен или рекристаллизацию, т.е. распад крупных зёрен на агрегат мелких); замещение одних минералов другими, которое может происходить с изменением химического состава — с образованием псевдоморфоз (например, при метасоматозе либо вследствие окисления в гипергенных условиях) или без изменения состава с образованием параморфоз (например, при полиморфизме). При изменении условий (скорости, механизме) роста кристаллов минералов со слоистой структурой возникают их различные политипы.

Ассоциация минералов, закономерно образующаяся в ходе единого процесса, ограниченного в пространстве и во времени и протекающего в определённых физико-химических условиях, называется парагенезисом минералов. Минерал может встречаться на одном месторождении в составе разных парагенезисов, последовательно сменяющих друг друга во времени. Такие разновременные выделения одного и того же минерала — генерации. Как правило, они обнаруживают некоторые отличия друг от друга по составу, форме, структурным особенностям и физическим свойствам. В этих различиях обычно чётко просматривается закономерная направленность, служащая выражением геохимических тенденций процесса минералообразования.

Более резко проявляются различия одних и тех же минералов из разных типов месторождений (речь идёт о т.н. сквозных минералах, устойчивых в широком диапазоне физико-химических условий и потому способных возникать при разных геохимических процессах). Информация об условиях образования реального минерала оказывается запёчатлённой в нём самом — в особенностях его конституции (химического состава и кристаллической структуры), морфологии, физических свойств. Возникая в ходе различных процессов минералообразования и даже на разных стадиях одного процесса, минерал приобретает характерные черты (см. Типоморфизм минералов). Выяснение физико-химической специфики процесса, приведшего к образованию данного минерала, с учётом его типоморфизма и парагенезиса, составляет предмет филогении минералов. Филогенические исследования проводятся вслед за онтогеническими.

Главные методы исследования генезиса минералов: полевые наблюдения геологических условий его нахождения; выявление типоморфных особенностей; парагенетический анализ; кристалломорфологические и онтогенические исследования; изучение газово-жидких и твердофазных включений, явлений микронеоднородности минералов; термодинамические и кинетические расчёты реакций минералообразования; определение физико-химических условий минералообразования на количественной основе с помощью различных геотермометров и геобарометров; определение термодинамических параметров на основе экспериментального изучения и теоретического анализа физико-химических систем; экспериментальное моделирование с воспроизведением вероятных процессов природного минералообразования; изотопные исследования.

Получение объективных количественных данных о генезисе минералов позволяет реконструировать геологические процессы и историю формирования месторождений полезных ископаемых, т.е. создать научную основу для их поисков, разведки и промышленной оценки.

Применение. В технике и промышленности используется около 15% всех известных минеральных видов. Минералы представляют практическую ценность как источники получения всех металлов и других химических элементов (руды чёрных и цветных металлов, редких и рассеянных элементов, агрономические руды, сырьё для химической промышленности). Техническое применение многих минералов базируется на их физических свойствах. Твёрдые минералы (алмаз, корунд, гранат, агат и др.) используются как абразивы и антиабразивы; минералы с пьезоэлектрическими свойствами (кварц и др.) — в радиоэлектронике; слюды (мусковит, флогопит) — в электро- и радиотехнике (благодаря их электроизоляционным свойствам); асбесты — как теплоизолятор; тальк — в медицине и в смазках; кварц, флюорит, исландский шпат — в оптике; кварц, каолинит, калиевый полевой шпат, пирофиллит — в керамике; магнезит, брусит, форстерит — как магнезиальные огнеупоры и т.д. Ряд минералов является драгоценными и поделочными камнями. В практике геологоразведочных работ широко используются минералогические поиски и оценка месторождений полезных ископаемых. На различиях физических и химических свойств минералов (плотности, магнитных, электрических, поверхностных, радиоактивных, люминесцентных и других свойств), а также на цветовых контрастах основаны методы обогащения руд и сепарации минералов, равно как геофизические и геохимические методы поисков и разведки месторождений минерального сырья.

В широких масштабах осуществляется промышленный синтез монокристаллов искусственных аналогов ряда минералов для радиоэлектроники, оптики, абразивной и ювелирной промышленности (см. Синтез минералов).




Комментарии

02 июля 2011 г.
ПОКОРНЕЙШЕ, БЛАГОДАРЮ !
11 июня 2015 г.
Отличный материал. Спасибо автору.
Android-приложение
Смотрите также:
Геология полезных ископаемых: Минеральные ресурсы: Страны и континенты: Месторождения: Техника и технологии: Горное дело: Предприятия: Наука: Биографии:
Отраслевые новости:

Аналитика: