Понятие минерал. Химический состав и физические свойства минералов

Определение минералов производится по физическим свойствам, которые обусловлены вещественным составом и строением кристаллической решетки минерала. Это цвет минерала и его порошка, блеск, прозрачность, характер излома и спайности, твердость, удельный вес, магнитность, электропроводность, ковкость, хрупкость, горючесть и запах, вкус, шероховатость, жирность, гигроскопичность. При определении некоторых минералов может быть использовано отношение их к 5-10 % соляной кислоте (карбонаты вскипают).

Цвет минерала

Вопрос о природе цветовой окраски минералов очень сложен. Природа окрасок некоторых минералов еще не определена. В лучшем случае цвет минерала определяется спектральным составом отражаемого минералом светового излучения или обуславливается его внутренними свойствами, каким-либо химическим элементом, входящим в состав минерала, тонко рассеянными включениями других минералов, органического вещества и другими причинами. Красящий пигмент иногда бывает, распространен неравномерно, полосами, давая разноцветные рисунки (например, у агатов).

Неравномерные полосы агата

Цвет некоторых прозрачных минералов меняется в связи с отражением падающего на них света от внутренних поверхностей, трещин или включений. Это явления радужной окраски минералов халькопирита, пирита и иризации – голубые, синие переливы лабрадора.

Некоторые минералы многоцветны (полихромные) и имеют разную окраску по длине кристалла (турмалин, аметист, берилл, гипс, флюорит и др.).

Цвет минерала иногда может быть диагностическим признаком. Например, водные соли меди имеют зеленый или синий цвет. Характер цвета минералов определяется визуально обычно путем сравнения наблюдаемого цвета с общеизвестными понятиями: молочно-белый, светло-зеленый, вишнево-красный и т.п. Этот признак не всегда характерен для минералов, так как цвета многих из них сильно варьируют.

Зачастую цвет обусловливается химическим составом минерала или наличием разных примесей, в которых присутствуют химические элементы-хромофоры (хром, марганец, ванадий, титан и др.). Механизм появления той или иной окраски на самоцветах до сих пор не всегда понятен, так как один и тот же химический элемент может окрашивать разные драгоценные камни в разный цвет: присутствие хрома делает рубин красным, а изумруд зеленым.

Формы нахождения минералов в природе

Общие сведения о минералах

Минералы – это природные химические соединения или самородные элементы, образующиеся при различных физико-химических (геологических) процессах. Они слагают разнообразные горные породы земной коры и их можно увидеть невооруженным глазом.

В природе минералы могут находиться в твердом, жидком и газообразном состоянии.

Наука, которая изучает минералы, находящиеся в твердом состоянии, называется
минералогия.

Породообразующие минералы

В настоящее время известно более 7 000 минералов и их разновидностей, но лишь очень не многие из них имеют широкое распространение в составе горных пород.

Такие минералы называются породообразующими

.

Твердые минералы по своему внутреннему строению могут быть кристаллическими

или
аморфными
. В кристаллических веществах в отличие от аморфных атомы и ионы занимают строго определенные места в пространстве, создавая
кристаллические решетки
(рис.1). Ярким выражение внутреннего строения минералов является их правильная внешняя форма многогранников, которые называются
кристаллами
(рис.2).

Формы нахождения минералов в природе

В природе минералы встречаются как в виде одиночных кристаллов и их сростков, так и в виде скоплений, называемых минеральными агрегатами

(mineral aggregates).

Среди минералов по их форме различают три группы, обладающие характерным обликом:

изометричные, одинаково развитые по всем трем направлениям — магнетит, пирит, гранат (рис. 2,I);

2. удлиненные в одном направлении — призматические, столбчатые, игольчатые и лучистые – барит, кварц и др. (рис.2,II)

3. вытянутые в двух направлениях – таблитчатые, пластинчатые, листоватые и чешуйчатые – мусковит, хлорит и др. (рис.2,III)

Разнообразна и морфология минеральных агрегатов: друзы, секреции, конкреции, дендриты, натечные и зернистые агрегаты, землистые агрегаты.

Друзы — это сростки кристаллов приросших одним концом к породе.

Для их образования необходимы открытые полости, в которых может происходить свободный рост кристаллов (рис.3,А,В).

Секреция (жеода)миндалины– образуются, когда минералы заполняют пустоты в горной породе. Для секреции типично концентрическое строение, т.к. заполнение их минеральным веществом происходит от периферии к центру. Мелкие секреции в эффузивных породах называются миндалинами, а крупные секреции с пустотой в середине – жеодами (рис.3,Г).

Конкреции – представляет собой стяжение шарообразной формы. Рост конкреций идет от центра к периферии. По строению чаще встречаются конкреции концентрические слоистые или радиально лучистые. С конкрециями схожи оолиты – мелкие до 10 мм горохоподобные образования, имеющие внутреннее концентрическое строение. Образуются в водной среде.

Дендриты – напоминают причудливые по форме веточки растений, которые образуются в тонких трещинах в результате быстрой кристаллизации минерала (рис.3,Ж).

Ярким примером дендритов являются дендриты кристаллов льда зимой на оконном стекле.

Натечные агрегаты (рис. 3,Д), имеющие вид сосулек, почек, гроздей – наиболее широко распространены в карстовых пещерах. Натеки, свисающие в виде сосулек сверху, называются сталактитами

, а нарастающие им навстречу снизу –
сталагмиты
.

Зернистые агрегаты – беспорядочное скопление зерен одного или нескольких минералов различной размерности (мелко-, средне-, крупнозернистые) (рис.3,Б).

Землистые агрегаты представляют собой скопление рыхлых тонкозернистых масс какого-либо минерала.

Для того, чтобы научиться определять минералы на глаз по внешним признакам, необходимо знать их простейшие физические свойства: цвет, цвет черты, прозрачность, блеск, твердость, спайность и излом, а также учитывать форму кристаллов и морфологию минеральных агрегатов.

Цвет минералов важный диагностический признак.

Минералы могут иметь самую разнообразную окраску и всевозможные оттенки.

Встречаются бесцветные и прозрачные минералы.

Практически цвет определяется на глаз сравнением с хорошо знакомыми предметами: молочно-белый (кварц), латунно-желтый (пирит). Некоторые минералы в зависимости от химического состава и элементов примесей могут менять свою окраску, как, например, кварц, у которого много разновидностей (аметист – голубой, морион – черный и др.).

Цвет черты – цвет минерала в порошке.

У некоторых минералов (пирит, гематит) он отличается от цвета самого минерала. Порошок можно получить, проводя зерном минерала по белой шероховатой фарфоровой пластинке.

Блеск – способность минерала отражать от своей поверхности свет. По блеску все минералы можно разделить на три группы: с металлическим, полу металлическим и неметаллическим блеском.

Металлический блеск

– сильный блеск, свойственный металлам.

Такой блеск наблюдается у самородных металлов (золото, серебро, платина), многих сульфидов и окислов железа.

Полу металлический блеск

– имеет вид потускневшего металла.

Неметаллический блеск

(стеклянный, жирный, перламутровый, шелковистый, матовый, алмазный) характерен для большинства прозрачных минералов.

Его разновидности определяют, сравнивая с блеском известных веществ.

Прозрачность – способность минерала пропускать свет в очень тонких пластинках (шлифах). По степени прозрачности минералы делятся на прозрачные минералы и непрозрачные.

А Б

В Г Д

Е Ж

Рис. 3. Морфология минеральных агрегатов

А – друза кварца; Б – зернистый агрегат доломита; В – друза кристаллов пирита; Г – жеода аметиста; Д – натечный агрегат лимонита; Е – волосовидный агрегат асбеста; Ж – дендриты марганца

Спайность – способность минералов раскалываться (или расщепляться) по одному или нескольким направлениям с образование ровных, параллельных друг другу поверхностей скола (рис. 4).

Наличие спайности и ее характер хорошо видны в сколах зерен минерала. Различают 5 видов спайности.

Рис. 4. Спайность минералов

А – совершенная кальцита; Б – совершенная галита

Весьма совершенная спайность

– проявляется у минералов, которые очень легко (например, ногтем) расщепляются на отдельные тонкие листочки или пластинки, образуя зеркальные плоскости (слюды, гипс, хлорит).

Совершенная спайность

(рис.4) отличается тем, что минерал раскалывается при слабом ударе молотка на гладкие параллельные пластинки (ромбоэдры — кальцит, кубы — галит).

Средняя спайность

характерна для минералов, при раскалывании которых возникают как ровные, так и неровные поверхности скола (полевые шпаты).

Несовершенная спайность

проявляется у многих минералов.

В этом случае при раскалывании минерала преобладают поверхности с неровным, неправильным изломом, напоминающие поверхности раковины.

Необходимо не путать плоскости спайности, которые видны на сколах, с гранями кристалла: плоскости спайности имеют более сильный блеск и свежий вид. Кроме того, они образуют ряд параллельных друг другу поверхностей.

Твердость – это степень сопротивления минерала внешним механическим воздействиям (царапанью, резанию, вдавливанию).

Твердость минералов изменяется от 1 до 10 и определяется по шкале Мооса.

В качестве эталонов используются минералы с известной постоянной твердостью.

Шкала Мооса

Практически достаточно знать, что твердость ногтя равна 2 — 2,5; медной иглы – 3,5; стекла, бритвы, стальной иглы – 5; кварца – 7.

Для определения относительной твердости двух минералов острым ребром одного проводят по поверхности другого (с нажимом). Более твердый минерал оставляет на поверхности более мягкого минерала царапину, а более мягкий минерал на поверхности более твердого иногда оставляет черту, которая легко стирается пальцем. Например, исследуемый минерал царапается кварцем, а сам он царапает стекло (или апатит).

Таким образом, твердость исследуемого минерала будет меньше 7 (кварц) и больше 5 (апатит, стекло), т.е. она равна 6.

Плотность. По плотности все минералы можно разделить на три категории: легкие

– с плотностью до 2 500 кг/м3 (нефть, уголь, гипс, галит);
средние
– с плотностью до 4 000 кг/м3 (кальцит, кварц, полевые шпаты, слюды) и
тяжелые
– с плотностью более 4 000 кг/м3 (пирит, магнетит, золото).

На практике для быстрого приблизительного определения плотности пользуются взвешиванием минерала на руке с оценкой «тяжелый», «средний», «легкий».

Кроме выше перечисленных физических свойств некоторые минералы обладают сильными магнитными свойствами, например, магнетит, что проявляется в его действии на магнитную стрелку компаса.

Другие минералы по-разному взаимодействуют с кислотами. Так, например, кальцит (CaCO3) бурно вскипает под каплей соляной кислоты (HCl), а доломит (CaMg(CO3)2) – «шипит» только в черте, т.е. реакция с выделением CO2 протекает крайне медленно и только в пределах черты, где минерал истерт в порошок.

Цвет черты

Более надежным диагностическим признаком, чем цвет минерала, является цвет его порошка, оставляемого при царапании испытуемым минералом матовой поверхности фарфоровой пластинки. В ряде случаев цвет черты совпадает с цветом самого минерала, в других он совсем иной. Так, у киновари окраска минерала и порошка красные, а у латунно-желтого пирита черта зеленовато-черная. Черту дают мягкие и средней твердости минералы, а твердые лишь царапают пластинку и оставляют на ней борозды.

Цвет черты минералов на фарфоровой пластинке

Прозрачность

По своей способности пропускать свет минералы делятся на несколько групп:

• прозрачные (горный хрусталь, каменная соль) – пропускающие свет, через них ясно видны предметы;
• полупрозрачные (халцедон, опал) – предметы, через них плохо видны предметы;
• просвечивающие только в очень тонких пластинках;
• непрозрачные – свет не пропускают даже в тонких пластинках (пирит, магнетит).

Спайность

Явление спайности у минералов определяется сцеплением частиц внутри кристаллов и обусловлено свойствами их кристаллических решеток. Раскол минералов происходит легче всего параллельно наиболее плотным сеткам кристаллических решеток. Эти сетки наиболее часто и в наилучшем развитии проявляются и во внешнем ограничении кристалла.

Количество плоскостей спайности у разных минералов неодинаково, достигает шести, причем степень совершенства разных плоскостей может быть неодинаковой. Различают следующие виды спайности:

• весьма совершенную, когда минерал без особого усилия расщепляется на отдельные листочки или пластинки, обладающие гладкими блестящими поверхностями – плоскостями спайности (гипс).
• совершенную, обнаруживаемую при легком ударе по минералу, который рассыпается на кусочки, ограниченные только ровными блестящими плоскостями. Неровные поверхности не по плоскости спайности получаются очень редко (кальцит раскалывается на правильные ромбоэдры разной величины, каменная соль – на кубики, сфалерит – на ромбические додекаэдры).
• среднюю, которая выражается в том, что при ударе по минералу образуются изломы как по плоскостям спайности, так и по неровным поверхностям (полевые шпаты – ортоклаз, микроклин, лабрадор)
• несовершенную. Плоскости спайности в минерале обнаруживаются с трудом (апатит, оливин).
• весьма несовершенную. Плоскости спайности в минерале отсутствуют (кварц, пирит, магнетит). В то же время иногда кварц (горный хрусталь) встречается в хорошо ограненных кристаллах. Поэтому следует отличать естественные грани кристалла от плоскостей спайности, выявляющихся при изломе минерала. Плоскости могут быть параллельны граням и отличаться более «свежим» видом и более сильным блеском.

↑ Анизотропия свойств кристаллов

Анизотропия свойств кристаллов вызвана анизотропией их пространственной решетки. Это значит, что разные грани, ребра, вершины кристалла имеют различные свойства: по-разному блестят, твердость кристалла на них различна, нередко они имеют иную окраску и т. д. Анизотропия свойств выражается в том, что по непараллельным направлениям свойства на одной и той же грани различны. Например, грани кристаллов алмаза царапаются в разных направлениях по-разному – это учитывается при шлифовке бриллиантов. Анизотропно проявляются в объеме кристалла все физические свойства: оптические, электрические, теплофизические свойства, твердость и др.

Степень анизотропности кристаллов зависит от их симметрии. Если через центр кристалла провести прямые, то среди них можно выделить симметрично-равные, единичные и полярные прямые (направления).

Симметрично-равными называются такие повторяющиеся в кристалле прямые (или направления), которые выводятся одна из другой с помощью элементов симметрии. Свойства кристаллов по этим направлениям повторяются.

Единичными называются такие прямые (направления), которые являются единственными, неповторимыми в кристалле. Свойства кристаллов вдоль этих направлений отличаются от свойств по другим направлениям. В кристаллах кубической сингонии единичных направлений нет, т.к. они симметрично равны и многократно повторяются. Анизотропия свойств в кристаллах кубической сингонии проявляется очень слабо. В результате можно сказать, что кубические кристаллы изотропны (изотропное тело обладает равными свойствами во всех направлениях).

В кристаллах гексагональной, тригональной и тетрагональной сингоний всегда есть одно единственное, единичное, т.е. неповторяющееся направление. Это оси симметрии L6, L4, L3. Такая ось всегда одна, и больше не повторяется. Все остальные направления в этих кристаллах неоднократно повторяются.

В кристаллах ромбической сингонии существует три единичных направления. В кристаллах моноклинной сингонии единичных направлений множество, а в триклинной все направления единичны. Анизотропия свойств в этих кристаллах проявлены наиболее сильно.

Полярными направлениями называются те из симметричных или единичных направлений, концы которых не могут быть совмещены при помощи элементов симметрии. Ярким примером этого является ось третьего порядка в турмалине. Её верхний конец несовместим с нижним, оба конца неравнозначны. Это следует из особенностей кристаллической структуры минералов, основным элементом которой являются кольца кремнекислородных тетраэдров (Si6O18)12–, вершины которых развернуты в одну сторону. Следствием полярности L3 служат пироэлектрические свойства турмалина: при нагревании на вершине и основании возникают разноименные электрические заряды. Окраска кристаллов многоцветных турмалинов и скорость их роста различны на разных окончаниях кристаллов.

Излом

Характер поверхности, образующейся при разломе (расколе) минерала различный:

1. Ровный излом, если раскол минерала происходит по плоскостям спайности, как, например, у кристаллов слюды, гипса, кальцита.
2. Ступенчатый излом получается при наличии в минерале пересекающихся плоскостей спайности; он может наблюдаться у полевых шпатов, кальцита.
3. Неровный излом характеризуется отсутствием блестящих участков раскола по спайности, как, например, у кварца.
4. Зернистый излом наблюдается у минералов с зернисто-кристаллическим строением (магнетит, хромит).
5. Землистый излом характерен для мягких и сильно пористых минералов (лимонит, боксит).
6. Раковистый – с выпуклыми и вогнутыми участками как у раковин (апатит, опал).
7. Занозистый (игольчатый) – неровная поверхность с ориентированными в одном направлении занозами (селенит, хризотил-асбест, роговая обманка).
8. Крючковатый – на поверхности раскола возникают крючковатые неровности (самородная медь, золото, серебро). Этот вид излома характерен для ковких металлов.

Ровный излом на слюде Неровный излом на розовом кварце Ступенчатый излом на галите. © Роб Лавински Зернистый излом хромита. © Петр Сосоновски Землистый излом лимонита Раковистый излом на кремени Занозистый излом на актинолите. © Роб Лавински Крючковатый излом на меди

Формы выделения минералов. Морфология кристаллов

Сколь разнообразные и удивительные тела рождает природа в недрах земли,

хорошо знают те, кто когда-либо имел удовольствие осмотреть хорошее

собрание минералов и не гнушался ползать по темным и грязным рудникам.

М.В. Ломоносов

Минералы поражают нас своей естественной красотой и изяществом, гармонией красок и внешнего вида. При формировании представления о минералах большую роль играет форма кристаллов и минеральных агрегатов, которыми он может быть представлен в природе. Формы кристаллов и агрегатов иногда являются важным диагностическим признаком для того или иного минерального вида. Например, скаполит назван от греческого «скапос» — стержень, так как всегда образует столбчатые кристаллы; акмит назван так по заостряющейся форме его кристаллов; слово «шпинель» происходит от латинского «спинелла» — шип, по ее «острым» октаэдрическим кристаллам. Но, обо всем по порядку. Кристалл (от греческого «кристаллос» — застывающий на холоде) — это твердое тело, состоящее из закономерно расположенных атомов и ионов, способное принимать облик кристаллических многогранников.

Окенит. Первомайский карьер

Геометрический вид кристаллов часто отличается от совершенных многогранников, какими они должны быть представлены. Для характеристики морфологии кристаллов используют два различных термина — облик и габитус. Облик кристалла это его общий вид. Облик кристаллов определяется их отклонением от изометричности.

Аксинит. Дальнегорск

Все разнообразие обликов кристаллов подразделяется на три типа:

Изометричный (кристалл равномерно развит по всем трем направлениям).

Куприт. Рубцовское месторождение

Удлиненный (кристалл вытянут в одном направлении). Кристаллы столбчатые, шестоватые, игольчатые, волосовидные и другие.

Уплощенный (кристалл вытянут в двух направлениях). Кристаллы таблитчатые, листоватые, чешуйчатые и другие.

Габитус (от латинского «хабитус» — внешность») — понятие более полное и строгое. Габитус определяет облик кристаллов по преобладающему развитию граней тех или иных простых форм. Так, например, габитус столбчатых кристаллов скаполита можно охарактеризовать как удлиненно- тетрагонально-призматический. Существуют и необычные скелетные кристаллы. Они хорошо нам известны по снежинкам. При внимательном рассмотрении кристалла льда мы увидим, что если его очертить, получится обычный гексагональных кристалл. Скелеты — вершинные и реберные формы роста кристаллов. Такие формы кристаллов характерны для нашатыря и галита, галенита, кварца и других минералов. В лабораторных условиях скелетные кристаллы растут обычно из сильно пересыщенных растворов. Рассмотрим два случая образования кристалла такого вида.

Скелетный кристалл пирита. Мыс Француженка. Крым.

Во-первых, такие кристаллы растут когда диффузия вещества к кристаллу затруднена, поэтому кристалл растет быстрее теми своими частями, у которых больше удельная поверхность, то есть это выступающие части кристалла, а именно вершины и ребра.

Во-вторых, такие кристаллы образуются когда в растворе есть не входящие в кристалл, но оседающие на его гранях примеси. Эти примесные частицы отталкиваются растущим кристаллом, их плотность возрастает в центре граней, а у вершин она меньше, поэтому рост вершин и ребер идет быстрее, чем в центре граней.

Фантастична и своеобразная разновидность скелетных кристаллов — футляровидная. Опытным путем такие кристаллы получены у оливина в вязком расплаве. Изредка, такие кристаллы наблюдаются у апатита, берилла при их росте в особых условиях. Известны и кристаллы с более сложной морфологией. Они словно бы расщеплены с краев, то есть в них каждый индивид как будто слегка отогнут от основного тела кристалла. К расщепленным кристаллам относятся, например, сноповидные агрегаты гипса, турмалина и кварца, «розочки» гипса и гематита, мозаичные блок-кристаллы, розетки и паркетчатые кристаллы.

Гематит. San Gottard гора Фиббия. Швейцария

Псевдоморфоза целестина по гипсу . Водинское месторождение. Карьер Ц4

Расщепление кристаллов происходит по различным причинам. Во-первых, оно происходит в том случае, когда в среде имеются микрочастицы, адсорбирующиеся поверхностью кристалла (то есть не отталкивающиеся поверхностью кристалла) и в то же время вписывающиеся в его кристаллическую постройку. Слой нарастает на примеси и продолжает расти, но уже в другую сторону. В опытах по отклонению части кристалла угол отклонения обычно не превышает 20 — 30 минут, «отщепление» повторяется вновь и вновь, и постепенно из отдельных индивидов формируется «веер» или «сноп» расходящихся кристаллов. Во-вторых, расщепление происходит у царапин, границ двойников и микроблоков, чуть развернутых при механических деформациях кристалла. В-третьих, расщепление кристаллов может являться следствием гетерометрии (разновеликости одних и тех же межплоскостных расстояний в разных участках зонального кристалла). По такому механизму происходит, например, расщепление кристаллов галенита. Наблюдения и опыты доказали, что расщепляются грани не всех простых форм, развитых на кристалле. При описании морфологии кристаллов следует учитывать и рельеф поверхностей граней и возможность двойникования кристаллических индивидов. Подробнее о них написано в других статьях.

В природе широко распространены не единичные кристаллы, а их срастания или минеральные агрегаты. Минеральные агрегаты бывают полиминеральными (состоящие из зерен нескольких минералов) и мономинеральными (состоящие из зерен одного минерала). По величине зерен агрегаты бывают крупнозернистые — более 5 мм в поперечнике; среднезернистые — от 1 до 5 мм и мелкозернистые — менее 1 мм в диаметре. Зернистыми агрегатами сложено, в частности, громадное число изверженных метаморфических горных пород, а также некоторые осадочные породы, некоторые типы сульфидных руд. Направление поступления растворов и условия отложения определяют также образование агрегатов кристаллов с четкими формами, которые могут быть характерны для отдельных минералов. Некоторым из таких агрегатов даны названия, часто происходящие от латинских или греческих корней и описывающие их морфологию.

Рост кристаллов в свободном пространстве приводит к образованию друз.

Кварц. Перекатное

Друзой называется группа кристаллов, наросших перпендикулярно или почти перпендикулярно к поверхности трещины, стенке жилы или полости в горной породе (гребенчатые агрегаты или щетки). Если размер кристаллов ничтожно мал, то образуются кристаллические корки. Кристаллы в этом случае имеют общее основание.

При образовании друз важное значение имеет геометрический отбор (схема приведена выше: 1 — начало роста кристаллов; 2— образование друзы, 3 — образование щётки). Суть этого явления заключается в нарастании на стенку сначала одиночных, разно ориентированных кристаллов. Затем, разрастаясь, они соприкасаются друг с другом‚ мешая себе расти. В итоге, продолжают расти только те кристаллы, вершина которых направлена в сторону свободного пространства, обычно перпендикулярно поверхности.

Конкреция — форма выделения минералов округлой формы, возникающая в горной породе иного состава при диагенезе. В центре конкреции нередко находится зерно, которое служит затравкой при ёё росте. По составу конкреции бывают мономинеральными: карбонатными, фосфатными и другими. В последнее время на дне Тихого океана, найдены большие залежи железомарганцевых конкреций, которые в будущем, несомненно будут интересны для человека. Конкреции характерны для пирита, кальцита, фосфорита. Размеры таких образований могут колебаться от нескольких миллиметров до нескольких десятков сантиметров.

Фосфорит. Подолье. Украина

Агат. Иджеван. Армения

Гётит. Ново-Шелеинский железный рудник, Верхнеуфалейская группа (Fe-Ni) месторождений, Верхнеуфалейский район, Челябинская область

Розазит. Ojuella mine, Mexico

Секреция возникает когда какая-либо полость в горной породе заполняется веществом от периферии к центру. Крупную по размерам секрецию называют жеодой — округлая, овальная пустота в горной породе, на стенках которой кристаллизовались минералы; мелкую — миндалиной — небольшие, округлые или миндалекаменные светлые включения в эффузивной горной породе обычно основного состава. Оолитовый агрегат минерала состоит из мелких сфер и как бы напоминает рыбью икру. Образуется такой агрегат в тех случаях, когда минерал кристаллизуется из раствора на каком-нибудь зернышке, как бы прикрывая его скорлупками, налегающими друг на друга. Они имеют концентрически-скорлуповатое строение, обусловленное ритмичной сменой условий минералообразования. Формируются оолиты в придонных, озерных, морских илах и горячих источниках.

Почковидные (колломорфные, клубневидные) агрегаты состоят из множества соприкасающихся почек, каждая из которых имеет, подобно сферолиту, радиально-лучистое строение, не всегда видимое невооруженным глазом. Почковидные агрегаты наиболее характерны для малахита и гетита. Их образование происходит за счет группового роста и геометрического отбора сферолитов. Разрастаясь, остаются только те сферолиты, которые находились на выпуклостях субстрата. Наиболее часто почковидные агрегаты образуются в различных пустотах в приповерхностных зонах разрушения и выветривания горных пород.

Сферолит — агрегат минерала, представленный почти идеальной шаровидной формой и имеющий размер от долей до 1 — 2 см. Сферолиты образуются на стенках различных пустот в горных породах в результате расщепленного роста кристаллов, либо в них, как в конкреции, есть ядро, на которое нарастает минерал. Вследствие геометрического отбора или стесненных условий, кристаллы могут разрастаться, только расходясь лучами от центра сферолита.

Окенит. Первомайский карьер. Крым.

Фрамбоиды — шаровидные агрегаты небольших размеров (от микроскопических до 2 мм), внешне напоминающие конкреции или оолиты, но сложены они сплошным агрегатом одинаково ограненных изометрично «уложенных» зерен. Внешне такая форма выделения напоминает сердцевину спелого граната. Фрамбоиды типичны для пирита и марказита и образуются преимущественно за счет кристаллизации коллоидных масс вещества в ходе диагенетического преобразования придонных илов и гелей в современных торфяниках, болотах, озерах и морских отложениях. Фрамбоиды сульфидов известны также в составе осадочных и метаморфических пород разного возраста.

Плотные агрегаты минералов представлены сплошной массой, в которой отдельные кристаллы настолько малы, что едва различимы. Структура таких масс бывает микрокристаллической (когда кристаллы видны под оптическим микроскопом), и скрытокристаллической, когда отдельные кристаллы с трудом различимы даже под микроскопом. Например, агат и кремень представляют собой скрытокристаллические формы кварца.

Агат. Кара-Даг. Крым

Не мене интересны и гроздевидные агрегаты минералов, напоминающие кисти винограда. Такую форму обычно приобретают минералы, осажденные в виде коллоидных гелей, которые подвергались воздействию поверхностного натяжения. Пример: малахит и романешит.

Кораллообразные агрегаты минералов наблюдаются иногда у кальцита и арагонита. Представлены они ветвистыми, грубоокругленными и переплетающимися формами. Кристаллы настолько мелкие, что их можно было отнести к плотной форме. Примером могут служить проявления кальцита в мраморе. Также часто наблюдается у сульфидных минералов в рудах смешанного типа.

Дендритовые агрегаты минералов — одни из самых красивых. Дендрит – это результат вершинного и реберного роста кристаллов, происходящий при неравномерной диффузии вещества к кристаллу. Это причудливые монокристаллы, напоминающие ветвящееся растение. Интересно, что в дендритах каждая «веточка» огранена, углы разветвления точно соответствуют углам между гранями обычных кристаллов. Образование дендритов особенно характерно для самородных элементов, пиролюзита.

Медь самородная. Джезказган. Казахстан.

Пиролюзит. Дендриты

Моховидные агрегаты представляют собой миниатюрные дендритовые.

Пластинчатые агрегаты минералов представлены тонкими листочками или пластинками, как, например, у слюд.

Нитевидные агрегаты — тонкие длинные. Характерны для миллерита.

Сталактитовые агрегаты минералов представлены сходящимися на конусе свисающими массами, которые могут смыкаться с растущими вверх от нижнего уровня полости образования (сталагмиты), образуя колонны. Сталагмиты формируются за счет отложения вещества, растворенного в воде, которая просачивается по трещинам в породе. Свойственны преимущественно кальцитовым отложениям в известняковых пещерах. Но таким же способом могут образовываться и другие минералы.

Срез сталактита. Пещера Мраморная. Крым.

Пизолитовый агрегат минерала напоминает оолитовый, но сферы в этом случае имеют размер от горошины до сливы.

Сетчатые агрегаты минералов состоят из множества ячеек, возникающих вследствие взаимопересечения кристаллов. Такая форма выделения характерна для церуссита и крокоита.

Рутил. Карелия.

Желваковые агрегаты минералов образуют обособленные эллипсоидальные выделения. В качестве примера можно указать на сидеритовые желваки в сланцах.

Сосцевидные агрегаты минералов образуют округлые поверхности, которые, пересекаясь, образуют открытые V-образные желобки, часто напоминающие неправильные стежки. Нередко такую форму имеет гематит.

Радиально-лучистые агрегаты минералов определяются по радиально расположенным игольчатым или пластинчатым кристаллам. В качестве примера можно привести знаменитое астрофиллитовое «солнце», а также некоторые агрегаты пирофиллита, вавеллита, гипса и турмалина в случае некоторых особых условий их кристаллизации.

Астрофиллит. Кольский полуостров

Проволочные агрегаты минералов наблюдаются у самородных серебра и золота.

Бобообразные агрегаты минералов напоминают оолитовые, но размер сфероидов в них с горошину. Часто наблюдается у боксита, где их развитие, вероятно, обусловлено отложением из коллоидной среды.

Боксит. Республика Гвинея (З), окрест. г. Киндия, м-ние бокситов Киндия

Массивные агрегаты минералов представлены сросшимися кристаллами, не образующими отчетливых индивидов.

Криптокристаллический агрегат минерала — плотные, в некоторых случаях почти стекловатые выделения, состоят из субмикроскопических зерен.

Перистый агрегат минерала состоит из перьевидных чешуек.

Гелицитовый агрегат минерала скрученный и искривленный, в некоторых случаях переплетенный подобно ветвистому кораллу. Сюда относятся и образования, которые минералоги часто называют кораллоидными.

Волокнисгые (параллельно-шестоватые) агрегаты минералов образуются в трещинах. В качестве примера можно привести жилки селенита, серпентин-асбеста, шестоватого кальцита.

Тоберморит. Первомайский карьер. Крым

Биссолит. Maderantal, Uri, Швейцария

Их образование может происходить по-разному. В первом случае такие агрегаты формируются в открытых трещинах: сначала на стенках по принципу геометрического отбора нарастают друзы; затем, разрастаясь, они смыкаются и образуют такие фантастические агрегаты. По-другому, такой агрегат может формироваться в постепенно приоткрывающихся трещинах, когда скорость приоткрывания меньше или равна скорости роста индивидов. Сначала трещина заполняется зернистым агрегатом минерала в виде сплошной тонкой жилки. Затем, когда трещина продолжает приоткрываться, зерна, упираясь друг в друга, могут расти только вслед за раздвигающимися стенками трещины. В иных случаях, такие агрегаты формируются при разрастании их от волосных трещин в обе стороны, рост их идет по принципу образования агрегата первого или второго рода.

Известны и другие, совсем не броские, однако, возможно, очень важные формы выделения некоторых, в том числе редких, минералов.

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

Налеты и примазки — тонкие пленки различных вторичных минералов, покрывающие поверхность кристаллов или горных пород. Таковы, например, примазки малахита по трещинам в горных породах, вмещающих сульфидное месторождение меди.

Малахит, хризоколла. Фиолент. Крым

Выцветы — периодически появляющиеся в сухую погоду и исчезающие в дождливую рыхлые корочки, пленки, налеты, часто пушистые или моховидные, на поверхности сухих почв, горных пород и по трещинам в них. Эти образования сложены чаще всего очень легко водорастворимыми минералами: сульфатами, хлоридами различных металлов

ДМИТРИЙ ТОНКАЧЕЕВ, 2005 год

(Иллюстрации: образцы из фондов музея)

Твердость

Твердость минералов – это степень сопротивляемости их наружной поверхности проникновению другого, более твердого минерала и зависит от типа кристаллической решетки и прочности связей атомов (ионов). Определяют твердость царапанием поверхности минерала ногтем, ножом, стеклом или минералами с известной твердостью из шкалы Мооса, в которую входят 10 минералов с постепенно возрастающей твердостью (в относительных единицах).

Относительность положения минералов по степени возрастания их твердости видна при сравнении: точные определения твердости алмаза (твердость по шкале равна 10) показали, что она более чем в 4000 раз выше, чем у талька (твердость – 1).

Шкала Мооса

Главная масса минералов имеет твердость от 2 до 6. Более твердые минералы – это безводные окислы и некоторые силикаты. При определении минерала в породе необходимо убедиться, что испытывается именно минерал, а не порода.

↑ Физические и химические свойства минералов

Между химическим составом, кристаллической структурой и физическими свойствами минерала существует самая тесная взаимосвязь. Изучение физических свойств позволяет судить о химическом составе и структуре минерала. Кроме того, физические свойства могут представлять большой интерес для определенных областей техники (высокая твердость алмаза, корунда; оптические свойства кварца, флюорита, кальцита). Кроме этого физические свойства минералов позволяют их идентифицировать в полевых условиях.

К физическим относятся оптические, механические, электрические, магнитные, теплофизические свойства и плотность. Есть еще и химические свойства, к которым относятся степень реакционной способности минералов, особенности их взаимодействия с различными реагентами, растворимость. Есть и такие свойства, которые можно назвать физико-химическими (например, характер смачиваемости его зерен).

На различных физических свойствах кристаллов (плотности, электрическим и магнитным свойствам) основаны геофизические методы поиска и разведки месторождений полезных ископаемых (гравиразведка, магниторазведка, электроразведка, сейсморазведка). Характер механических свойств определяет способ измельчения кристаллов при обработке их руд. Плотность влияет на способность оставаться в шлихе или вымываться из него, т.е. определяет метод обогащения руд.

Удельный вес

Удельный вес изменяется от 0,9 до 23 г/см3. У большей части минералов он составляет 2 – 3,4 г/см3, рудные минералы и самородные металлы имеют наивысший удельный вес 5,5 – 23 г/см3. Точный удельный вес определяется в лабораторных условиях, а в обычной практике – «взвешиванием» образца на руке:

1. Легкие (с удельным весом до 2,5 г/см3) – сера, каменная соль, гипс и другие минералы.
2. Средние (2,6 – 4 г/см3) – кальцит, кварц, флюорит, топаз, бурый железняк и другие минералы.
3. С большим удельным весом (больше 4). Это барит (тяжелый шпат) – с удельным весом 4,3 – 4,7, сернистые руды свинца и меди – удельный вес 4,1 – 7,6 г/см3, самородные элементы – золото, платина, медь, железо и т.д. с удельным весом от 7 до 23 г/см3 (осмистый иридий – 22,7 г/см3, платиновый иридий – 23 г/см3).

Минеральные агрегаты и их разновидности

В природных условиях большинство минералов редко встречается в виде хорошо образованных кристаллов, гораздо чаще наблюдается незакономерное срастание нескольких кристаллов друг с другом. Такие срастания называются минеральными агрегатами.

Среди минеральных агрегатов резко преобладают зернистые агрегаты

, в которых тесно срослось множество кристаллов. Так как кристаллы в таких агрегатах растут одновременно и стесняют друг друга в росте, они обычно лишь с некоторых сторон имеют правильную огранку или лишены её вообще.

По размеру выделений минералов различают крупно-, средне- и мелкозернистые агрегаты, а по форме зерен – волокнистые, игольчатые, пластинчатые, чешуйчатые, сахаровидные и т.д.

Среди прочих минеральных агрегатов наиболее распространены:

Друзы

– незакономерные сростки кристаллов, прикрепленных одним концом к общему основанию, благодаря чему у них хорошо огранены только свободные концы.

Щетки –

также сростки шестоватых кристаллов прикрепленных к общему основанию, но ориентированных параллельно друг другу, в результате чего видны только головки кристаллов.

Сферолиты и сноповидные агрегаты

– представляют собой сферические, полусферические или сноповидные агрегаты различного размера, образованные тонкими, радиально расходящимися от центра волокнами.

Конкреции

получаются, если минеральное вещество осаждается из раствора на какие-то твердые частицы, например, песчинки или обломки раковин, покрывая их как бы концентрическими скорлупками, налегающими одна на другую.

Секреции

– округлые шаровидные или сплюснутые минеральные скопления, образующиеся в пористых породах в результате последовательного отложения минерального вещества от периферии к центру.

Жеоды

представляют полости в горной породе, частично заполненные минеральным веществом. При этом отложение минерального вещества происходит на стенках полости, а в середине остается свободное пространство, где могут образоваться хорошо ограненные кристаллы. Если разбить крупную жеоду с кристаллами внутри на несколько частей, можно получить красивые друзы или щетки.

Дендриты

получаются при очень быстрой кристаллизации минералов (скелетный рост только вершин и ребер), а также при кристаллизации в тонких трещинах, когда отдельные кристаллы сложно ветвятся, напоминая ветви дерева (вспомните причудливые узоры дендритов льда на окнах в мороз), или образуют «растительный» рисунок нежных черных «веточек» пиролюзита как бы нарисованных на стенках трещин в горных породах.

Натечные образования

возникают в результате отложения минерального вещества на поверхности других агрегатов из водных растворов при их постепенном испарении. К их числу относятся почковидные агрегаты (внешне напоминающие почки животных), сталактиты и сталагмиты и т.д.

Многие минералы встречаются в природе также в виде тонких корочек, пленок и примазок

на поверхности других минералов или горных пород.

Радиоактивность

Радиоактивность может служить важным диагностическим признаком. Некоторые минералы, содержащие радиоактивные химические элементы (как уран, торий, тантал, цирконий, торий) нередко обладают значительной радиоактивностью, которую легко обнаружить бытовыми радиометрами. Для проверки радиоактивности сначала измеряют и записывают фоновую величину радиоактивности, затем к детектору прибора подкладывают минерал. Увеличение показаний более чем на 15% говорит о радиоактивности минерала. Радиоактивными минералами являются: абернатиит, баннерит, гадолинит, монацит, ортит, циркон и др.

Свечение

Светящийся флюорит

Некоторые минералы, которые сами по себе не светятся, начинают светиться при различных специальных условиях (нагревание, облучение рентгеновскими, ультрафиолетовыми и катодными лучами; при разламывании и даже царапании ). Различают следующие виды свечения минералов:

1. Фосфоресценция — способность минерала светиться минуты и часы после воздействия на него определенными лучами (виллемит светится после облучения короткими ультрафиолетовыми лучами).
2. Люминесценция — способность светиться в момент облучения некоторыми лучами (шеелит светится синим при облучении ультрафиолетовыми и лучами).
3. Термолюминесценция — свечение при нагревании (флюорит светится фиолетово-розовым цветом).
4. Триболюминесценция — свечение в момент царапания ножом или раскалывания (корунд).

Астеризм

Эффект астеризма или звездчатости

Астеризм или эффект звездчатости, присущ немногим минералам. Он заключается в отражении (дифракции) лучей света от включений в минерале, ориентированных вдоль определенных кристаллографических направлений. Лучшими представителями этого свойства являются звездчатый сапфир и звездчатый рубин.

В минералах с волокнистым строением (кошачий глаз), наблюдается тонкая полоска света, способная менять свое направление при повороте камня (переливчатость). Играющий свет на поверхности опала или сияющие павлиньи цвета лабрадора объясняются интерференцией света — смешением лучей света при их отражении от слоев упакованных шариков кремнезема (в опале) или от тончайших пластинчатых кристаллических вростков (лабрадор, лунный камень).