Минералогия

МИНЕРАЛОГИЯ (от минерал и греч. logos — слово, учение * а. mineralogy; н. Mineralogie; ф. mineralogie; и. mineralogie) — наука о минералах; изучает состав, свойства, морфологию, особенности структуры, процессы образования и изменения минералов, закономерности их совместного нахождения в природе, а также условия и методы искусственного получения (синтеза) и практического использования. Главные задачи: разработка научной классификации минералов, выявление связей между вариациями их состава, строения, свойств и условиями образования и нахождения в природе; создание научных основ для поисков и оценки месторождений минерального сырья, совершенствования технологии его переработки, вовлечения новых видов минерального сырья в промышленное использование; разработка методов искусственного выращивания и облагораживания кристаллов ценных минералов.

Минералогия — древнейшая из наук геологического цикла. Термин "минералогия" введён в 1636 итальянским натуралистом Б. Цезием. Постепенная дифференциация минералогии в ходе развития наук привела к отделению от неё геологии и кристаллографии (18 век), петрографии (19 век), учения о полезных ископаемых, геохимии и металлогении (конец 19 — начало 20 вв.), учения о каустобиолитах (20 век), кристаллохимии (середина 20 века). В своём развитии минералогия наиболее тесно связана с физикой твёрдого тела и химией; методы и теоретическая концепция этих наук особенно интенсивно внедряются в современной минералогии с 50-х гг. 20 в. Объекты исследования в минералогии — минеральные индивиды, агрегаты, парагенезисы и ассоциации.

Современная минералогия включает ряд основных направлений. Описательная минералогия охватывает весь круг вопросов, относящихся к характеристике отдельных минералов: их конституции, физических свойств, морфологии выделений. Описательная минералогия занимается также вопросами систематики и классификации минералов, устанавливает вариации их химического состава, изучает зависимости между физическими свойствами минералов и особенностями их состава или кристаллической структуры. Самостоятельный раздел описательной минералогии — физика минералов, использующая методы физики твёрдого тела при исследовании реальных кристаллов минералов. Особый раздел описательной минералогии — минераграфия, занимающаяся изучением рудных минералов с применением специфических методов исследования (оптики отражённого света, микрохимических реакций и др.).

Генетическая минералогия выясняет условия, процессы и способы образования и изменения минералов в природе. Различают несколько самостоятельных разделов: учение о типоморфизме минералов, связывающее особенности морфологии, состава, структуры и физических свойств минералов с геологическими и физико-химическими условиями их формирования (учение о типоморфизме распространяется и на минеральные ассоциации); онтогенический и кристалломорфологический анализ, расшифровывающий историю и механизм образования минеральных индивидов и агрегатов; термобаро-геохимию (исследование твердофазных и газово-жидких включений в минералах), дающую информацию о химизме минералообразующей среды и физико-химических параметрах (температура, давление, pH, окислительно-восстановительные условия); изотопические исследования, помогающие вскрыть источник вещества при минералообразовании; трифогенезис, рассматривающий способ питания минералов и их агрегатов в процессе образования; топогенез, охватывающий закономерности распределения минералов в пространстве и механизмы формирования различных типов минералогической зональности; парагенетический анализ как метод изучения эволюции процессов минералообразования путём выявления последовательно сменяющих друг друга во времени и пространстве минеральных парагенезисов и закономерностей, управляющих этой сменой; учение о сосуществующих минералах, базирующееся на принципе фазового соответствия, который позволяет (исходя из предпосылки о равновесности процессов формирования парагенезисов) использовать сосуществующие минералы как геотермометры и геобарометры; энергетические и термодинамические расчёты в минералогии, дающие возможность оценивать кислотно-основные свойства минеральных фаз и вероятную последовательность их возникновения, т.е. судить о физико-химических тенденциях процессов минералообразования. С позиций современной генетической минералогии, включающей онтогению и филогению минералов, минерал в особенностях своего состава (в т.ч. состава микропримесей), тонких деталях структуры, микрогетерогенности, вариациях физических свойств несёт богатую информацию о своём происхождении и позднейшем изменении, расшифровка которой становится возможной лишь с применением новейших физических, физико-химических и кристаллохимических методов исследования.

Экспериментальная минералогия примыкает к генетической минералогии и дополняет её лабораторным моделированием природных процессов минералообразования и изучением физико-химических систем, воспроизводящих (обычно с известными упрощениями) природные минеральные парагенезисы и обстановку их формирования. Самостоятельный раздел экспериментальной минералогии, близкий к ней в методическом отношении, — синтез и облагораживание минералов, имеющих многообразное применение в ювелирном деле и технике (алмаз, пьезокварц, оптический флюорит, слюда, рубин, сапфир, гранаты, аметист, изумруд, малахит, опал и др.).

Региональная минералогия и топоминералогия осуществляют минералогическое изучение отдельных участков и территорий — от конкретных рудных месторождений до крупных геологических (рудных, металлогенических) провинций или экономико-географических регионов. Основная задача региональной минералогии — выявление закономерностей пространственного распределения и локализации минералов и минеральных ассоциаций в связи с геологической историей развития провинции (региона) или формирования месторождения. Региональная минералогия непосредственно связывает минералогию с металлогенией и минерагенией.

Минералогия космических тел (Луны и планет, а также метеоритов) — новая область минералогии, существенно расширяющая сферу её интересов и связывающая минералогию с быстро развивающейся сравнительной планетологией.

Прикладная минералогия в её современном понимании включает три главных раздела. Поисковая минералогия опирается на учение о типоморфизме минералов и минералах-индикаторах оруденения. Она ставит перед собой задачу повышения эффективности геологоразведочных работ путём выявления новых минералогических поисковых и прогнозно-оценочных критериев, совершенствования минералогических методов поисков и оценки перспектив оруденения, разработки научных основ комплексирования минералогических методов поисков с геохимическими и геофизическими методами. Технологическая минералогия направлена на интенсификацию использования минер, сырья, т.е. на повышение полноты и комплексности его использования. Она охватывает: минералогическое и минералого-технологическое картирование рудных полей и месторождений полезных ископаемых с целью оценки запасов полезных компонентов (в т.ч. попутных) в извлекаемой минеральной форме, технологические прогнозирования, планирования добычи и стабилизации минерального состава руды, поступающей на обогатительную фабрику; изучение технологических свойств минералов, слагающих руды (электрических, магнитных, плотностных, поверхностных, ионообменных, гранулометрии и морфологии рудных минералов, их тонких структурных особенностей, растворимости в воде и в водных растворах электролитов при различных значениях pH и т.д.); разработку методов направленного изменения состава, структуры и свойств минералов путём радиационного, термического (обжиг), акустического (ультразвук) и прочих воздействий с целью повышения извлечения полезных компонентов при обогащении и сортности концентратов, а также улучшения их вскрытия при химико-металлургическом переделе; текущий минералогический контроль состава концентратов на действующих горно-металлургических предприятиях и разработку рекомендаций по оптимизации технологических режимов передела концентратов с целью повышения сквозного извлечения конечных продуктов в металлургическом процессе. Минералогия новых видов сырья занимается выявлением особенностей состава и свойств минералов, пока не нашедших практического применения, которые могут представить интерес для промышленности, а также возможных областей использования этих минералов и их распространённости в природе с целью вовлечения новых минералов в промышленное освоение и расширения сфер применения уже известных видов минерального сырья.

Помимо традиционных методов полевого и лабораторного определения и анализа минералов, а также давно вошедших в минералогическую практику оптического, рентгенографического, и термического методов, минералогия вооружена разнообразными прецизионными физическими методами исследования, такими, как просвечивающая электронная микроскопия (растровая и сканирующая), электроно- и нейтронография, электронно-зондовый (микрорентгено-спектральный) и локальный спектральный (лазерный) анализ, магнетохимия, магнитостатические (метод Фарадея) и термомагнитные измерения, электрофизические методы (определение диэлектрической проницаемости, тангенса угла диэлектрических потерь и термо-эдс), серия спектроскопических методов (оптическая, люминесцентная, ИК-спектроскопия), группа резонансных методов: ЯГР (мёссбауэровская спектроскопия), ЭПР (электронный парамагнитный резонанс), ЯМР (ядерный магнитный резонанс) и другие радиоспектроскопии, методы, позволяющие вскрывать весьма тонкие особенности кристаллической структуры минералов, наличие в них точечных дефектов и т.д. Всё шире используются в минералогии изотопические методы, методы термобарогеохимии с анализом состава жидкой и газовой фаз включений и привлечением спектроскопии комбинационного рассеяния к исследованию состава минералообразующих сред по индивидуальным включениям. Определение палеотемператур и давлений производится также по составу сосуществующих минералов. Интенсивно развиваются методы количественного фазового анализа в минералогии. Создана, и всё шире применяется в минералогии разнообразная аппаратура для выделения и изучения высокодисперсных минералов.

Исторический очерк. Минералогия возникла в глубокой древности. Развитие минералогии шло параллельно с развитием горного дела и металлургии. Элементы минералогических знаний встречаются у античных натурфилософов с середины 4 века до н.э. Аристотель различал в минеральном мире 2 класса тел — камни и руды. Его ученик Теофраст в специальном трактате "О камнях" (около 315 до н.э.) выделял 3 класса — металлы, камни (обыкновенные и драгоценные) и земли. Всего им упоминается 73 названия минеральных тел, в т.ч. 32 минерала. В 1 в. н.э. древнеримскому натуралисту Плинию Старшему был известен 41 минерал; в последних 5 книгах своей "Естественной истории" он рассматривает металлы, руды, камни, драгоценные и поделочные камни.

В средние века на развитие минералогии оказывали значительное влияние алхимия и медицина. В раннем средневековье наибольший вклад в минералогию внесли учёные Востока — Бируни (973-1048) и Ибн Сина (980-1037). Первый описал около 100 минеральных веществ (среди них 36 минералов), второй — дал их новую классификацию, выделив 4 класса: камни, плавкие тела (т. е. металлы), горючие тела ("серы") и соли (тела, растворимые в воде). В средневековой Европе минералогическими исследованиями занимались главным образом алхимики. Один из них — Альберт Великий — опубликовал в 13 веке (после 1262) специальный трактат "De Mineralibus" — полный свод знаний той эпохи об объектах минерального царства. В средневековых европейских лапидариях вплоть до 15-16 вв. упоминалось не более 50-60 минералов, хотя общее число рассматриваемых минеральных образований постепенно росло. У истоков научной минералогии стоит Г. Агрикола; в его трактатах приведены названия свыше 100 минеральных тел, систематизированных в соответствии с новой классификацией, представляющей дальнейшее развитие классификации Ибн Сины. В ней простые тела, т.е. минералы, подразделяются на земли, камни, металлы и "загустевшие соки", жирные и тощие. В 17 в. трудами датских (Э. Бартолин, Н. Стено), английских (Р. Бойль, Р. Гук), голландских (Х. Гюйгенс) учёных были заложены основы геометрической кристаллографии и кристаллооптики, что способствовало в дальнейшем быстрому прогрессу минералогии. Новый этап в её развитии начался в 18 — начале 19 вв., когда работы французского кристаллографа Ж. Б. Роме де Лиля, выполнившего точные измерения межгранных углов на кристаллах ряда минералов (1783), и Р. Ж. Аюи (Гаюи), создавшего первую научную модель их внутреннего строения ("Трактат о минералогии", 1801), а также английского химика и кристаллографа У. Волластона (1766-1828) стимулировали оформление кристалломорфологического направления в описательной минералогии. В те же годы в Германии А. Г. Вернер (1749-1817) и его ученики активно развивали в минералогии качественно-описательное (физиографическое) направление. Вернер, отделивший геологию от минералогии, впервые чётко разграничил минералы и горные породы, введя понятие о минерале, в основном чертах близкое к современным представлениям. Выдающуюся роль в становлении минералогии как науки сыграли русские учёные 18 — начала 19 вв., особенно М. В. Ломоносов и В. М. Севергин. Идеи Ломоносова в области минералогии и кристаллографии (например, в вопросе о внутреннем строении кристаллов) далеко опередили своё время. Замечательный минералог и химик В. М. Севергин стал первым и крупнейшим в России представителем вернеровского физиографического направления в минералогии. Им описано несколько новых минералов, созданы фундаментальные обобщающие труды по минералогии, чётко сформулированы задачи минералогии и дано определение минералогии как науки. Ломоносов и Севергин наряду с их западноевропейскими современниками — шведами И. Г. Валериусом (1747), А. Кронштедтом (1758) и Й. Я. Берцелиусом (1814), французами А. Лавуазье (1743-94) и Л. Вокленом (1763-1829), немецкими учёными минералогии Г. Клапротом (1743-1817) и И. Ф. А. Брейтгауптом (1791-1873) положили начало развитию химического направления в минералогии.

19 век в истории минералогии ознаменован быстрым накоплением фактического материала, резким расширением числа минералов, дальнейшей дифференциацией минералогии и ответвлением от неё ряда самостоятельных наук. В этот период складываются такие основополагающие понятия минералогии, как полиморфизм, изоморфизм, псевдоморфозы, парагенезис, типоморфизм минералов и др. На протяжении 19 — начала 20 вв. в минералогии, носившей преимущественно описательный характер, параллельно развиваются кристаллографические (кристалломорфологические) и химические направления. В России становление первого из них связано с именами Н. И. Кокшарова, П. В. Еремеева, М. А. Толстопятова и особенно Е. С. Фёдорова, а развитие второго направления — с именами В. В. Докучаева, П. А. Земятченского, но особенно В. И. Вернадского и А. Е. Ферсмана. В связи с рентгенографическими работами У. Г. и У. Л. Брэггов и Г. В. Вульфа (1915) в развитии минералогии начинается новый период. Первые сводки полученных результатов по расшифровке кристаллических структур минералов появились в 1930-х гг. (Р. Уайкофф, 1931-35; У. Л. Брэгг, 1937). В развитие кристаллохим. исследований существенный вклад внесли также Г. В. Вульф, Л. Полинг, Э. Шибольд, У. Г. Тейлор, Ф. Лавес, У. Захариасен, Н. В. Белов и др. На основе этих исследований стало возможным построить общую теорию кристаллической структуры минералов, по-новому рассмотреть проблемы изоморфизма, энергетики кристаллов, подойти к структурной интерпретации физических свойств минералов и дать их кристаллохимическую классификацию. Хотя кристаллография и кристаллохимия формально обособились от минералогии, но связь их с минералогией по-прежнему очень прочна: фактически обе они насквозь пронизывают всю современную минералогии, составляя её теоретическую базу. Одновременно в 20 веке в минералогии активизировались экспериментальные и физико-химические направления; решающее влияние на них оказало учение о правиле фаз, приспособленное норвежским химиком В. М. Гольдшмидтом и советским геологом Д. С. Коржинским к анализу процессов минералообразования.

В современной минералогии происходит синтез её исторически сложившихся, ранее автономных направлений. Так, слияние кристаллографического направления в минералогии с химическим послужило основой возникновения учения о конституции минералов (Д. П. Григорьев, А. С. Поваренных). С другой стороны, проникновение в минералогию методов физики твёрдого тела, расширяющих возможности изучения и интерпретации внутреннего строения и свойств минералов, позволяет извлекать заключённую в них генетическую информацию, что приводит к синтезу описательного и генетического направлений в минералогии.

Потребности бурно развивающейся с первых лет Советской власти горнодобывающей промышленности и соответственно геологоразведочной службы, с которыми тесно связана минералогия, в сочетании с плановым подходом к организации науки предопределили ускоренный рост в CCCP минералогических центров и стимулировали широкомасштабные топоминералогические исследования всей страны. Этими исследованиями в 1920-х — 30-х гг. руководили крупнейшие советские геологи А. Е. Ферсман, Д. И. Щербаков, Н. М. Федоровский, С. С. Смирнов, Н. А. Смольянинов и др. В результате было открыто и освоено множество месторождений и горнорудных районов (Кольский полуостров, KMA, северо-восток CCCP, Средняя Азия, Северный Кавказ, Приморье, Центральный Казахстан и др.), получен новый минералогический материал, ставший основой для глубоких теоретических, кристаллохимических и геохимических обобщений. Одновременно это ускорило развитие прикладной минералогии, привело к вовлечению в промышленное освоение новых видов минерального сырья (апатита, нефелина, лопарита, пирохлора, кианита, фенакита, бертрандита и др.), к выявлению новых областей практического использования минералов. Быстрыми темпами стала развиваться генетическая минералогия, особенно применительно к изучению рудных месторождений. Открыта и исследована кристалломорфологическая эволюция минералов, послужившая основой для разработки новых методов поисков и оценки месторождений полезных ископаемых (Д. П. Григорьев, И. И. Шафрановский, И. Н. Костов, Н. П. Юшкин и др.). Значительные успехи достигнуты в области промышленного синтеза минералов и геммологии. Большое развитие в CCCP получила прикладная минералогия, основоположниками которой были Н. М. Федоровский и А. И. Гинзбург. Особое внимание уделяется развитию технологической минералогии.

Минералогические исследования в CCCP проводятся институтами Академии Наук CCCP и союзных республик, вузами, НИИ и объединениями системы Министерства геологии CCCP и других ведомств. Основные работы в области минералогии ведутся в Москве (ИГЕМ, Минералогический музей им. А. Е. Ферсмана, ГИН, МГУ, ВИМС, ИМГРЭ, МГРИ, Институт экспериментальной минералогии — ИЭМ, ЦНИГРИ, ВНИИСИМС, Гиредмет, ГИГХС и др.), Ленинграде (ЛГУ, ЛГИ, ВСЕГЕИ, МЕХАНОБР и др.), Киеве (Институт геохимии и физики минералов — ИГФМ), Львове (университет), Сыктывкаре (Институт геологии), Апатитах (Геологический институт), Свердловске (ИГГ), Миассе (Ильменский заповедник), Казани (университет, ВНИИГеолнеруд), Новосибирске (ИГГ, университет), Иркутске (ИГХ), Хабаровске (ДВИМС), Владивостоке (ДВГИ), Симферополе (ИМР), Алма-Ате (КазИМС), Ростове-на-Дону (университет), Ташкенте (университет, САИГИМС).

Большую работу по пропаганде и внедрению достижений минералогии проводят минералогические общества, существующие в CCCP (Всесоюзное, Украинское, Узбекское и др.) и за рубежом: Франция, ГДР, ФРГ, скандинавские страны, Италия, Швейцария, Испания, Великобритания, США, Канада, Бразилия, Индия, Япония и др.). Эти общества объединены в Международную минералогическую ассоциацию (MMA), съезды которой собираются каждые 4 года. Значительная роль в распространении и популяризации минералогических знаний принадлежит минералогическим музеям (в CCCP крупнейший — Минералогический музей им. А. Е. Ферсмана Академии Наук CCCP).

Основные периодические издания по минералогии: в CCCP — "Записки Всесоюзного минералогического общества" (М.-Л., с 1866), "Труды Минералогического музея Академии Наук CCCP" (Л.-М., с 1926, с 1981 — "Новые данные о минералах"), "Минералогический журнал" (К., с 1979); за рубежом — "American Mineralogist" (Wash., с 1916), "Bulletin de minйralogie" (Р., с 1878, до 1978 — "Bulletin de la Sociйtй franзaise de minйralogie et de cristallographie"), "Mineralogical Magazine" (L., с 1876), "Zentralblatt fьr Mineralogie" (Stuttg., с 1807), "Neues Jahrbuch fьr Mineralogie. Abhandlungen" (Stuttg., с 1807), "Соntributions to Mineralogy and Petrology" (N. Y., с 1947) и др.





Android-приложение
Смотрите также:
Геология полезных ископаемых: Минеральные ресурсы: Страны и континенты: Месторождения: Техника и технологии: Горное дело: Наука: Биографии:
Отраслевые новости:

Аналитика: