МИНЕРАЛЫ И ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

МИНЕРАЛЫ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Свойства минералов

Минералы — природные химические соединения или самородные элементы, встречающиеся в земной коре. Из минералов состоят горные породы (грунты) и почвы, непосредственно находящиеся у нас под ногами. Распространение минералов крайне неравномерно. Известно около 3000 минералов, широкое распространение среди них имеет всего около 50. Эти минералы названы породообразующими. Если рассматривать отдельные геологические провинции, например, центральную часть Русской равнины, то породообразующих минералов на поверхности земли здесь еще меньше — около 20.

В целом химических соединений значительно больше, чем минералов, но они в большинстве представляют собой вещества, получаемые искусственно. В последнее время минералами стали называть дополнительно еще два класса веществ:

  • 1) то, что раньше было принято называть минеральными веществами, — неорганические соединения, присутствующие в пищевых продуктах, лекарствах, косметике;
  • 2) компоненты, образующиеся в процессе изготовления строительных материалов, — кирпича, бетона, керамики и т.д.

Минералы бывают в основном твердыми, значительно реже жидкими (подземные воды) и газообразными (радон, метан). Среди твердых минералов преобладают кристаллические, аморфные и коллоидные (встречаются реже). По внешнему виду минералы очень разнообразны и обладают большим количеством особенностей. Одно и то же сочетание химических элементов может кристаллизоваться в различные структуры и образовывать различные минералы — это явление называется полиморфизмом. Например, модификации углерода (С) дают графит и алмаз; сульфид железа (FS2) образует два минерала — пирит и марказит, карбонат кальция СаС03 — минералы кальцит и арагонит.

Минералы бывают изотропными и анизотропными: изотропные одинаковы по свойствам во всех направлениях, а анизотропные различны в непараллельных направлениях.

По происхождению минералы принято подразделять на эндогенные (глубинные) и экзогенные (образовавшиеся на поверхности; к ним же относятся минералы, образовавшиеся на дне моря). Многие минералы могут иметь как эндогенное, так и экзогенное происхождение. С фактором происхождения не следует объединять фактор присутствия минерала в породе — многие эндогенные минералы далее слагают осадочные (экзогенные) породы или присутствуют в них (например, кварц, имеющий магматическое или метаморфическое происхождение, образует пески или песчаные и пылеватые фракции и является существенной составной частью осадочных глинистых пород).

Диагностика минералов. Минералы обладают различными свойствами, одни из которых могут определяться визуально, другие — при помощи специальной аппаратуры. Свойства, определяемые визуально или с помощью простейших приспособлений (соляной кислоты, лупы, ножа, шкалы твердости), называют внешними, а соответствующую диагностику — макроскопической. Обычно ее вполне достаточно, чтобы определить названия породообразующих минералов и сложенных ими пород и в предварительной, оценочной форме судить о свойствах геологической среды.

К внешним свойствам минералов, определяемым макроскопически, относятся: форма выделения, окраска, цвет порошка (черта), блеск, излом, спайность, твердость, удельный вес и некоторые особые свойства.

Форма выделения. Наиболее распространенные формы — кристаллические, землистые и аморфные массы. Кристаллы называют изометричными, если они примерно одинаково развиты по всем трем направлениям. Вытянутые в одном направлении кристаллы называют столбчатыми, призматическими, игольчатыми, а вытянутые в двух направлениях — таблитчатыми, пластинчатыми, листоватыми. Прочие формы — это щетки (жеоды), конкреции и секреции, псевдоморфозы (окаменелости), оолиты и др. (рис. 3.1).

Один минерал может иметь различные формы выделения, сохраняя при этом неизменными прочие свойства [11].

Окраска — цвет минерала. В природе имеются минералы, обладающие как какой-либо одной окраской, так и различными окрасками. Графит всегда темно-серый, а полевой шпат может иметь цвет от белого до черного — розовый, красный, серый, зеленый, коричневатый.

Цвет порошка (черта). Как правило, цвет минерала имеет более темный оттенок, чем цвет минерала в порошке. Многие цветные минералы имеют белый порошок. Порошок получают посредством черчения образцом по фарфоровой пластинке — отсюда название свойства — черта. При черчении по фарфору получается идеальный

Формы выделения минералов (схемы)

Рис. 3.1. Формы выделения минералов (схемы):

а — вытянутые кристаллы; б — плоские; в — изометричные; г — кристаллическая масса (порода); д — окаменелость (псевдоморфоза); е — дендрит; ж — почковидная натечная форма; з — сталактиты; и — сталагмиты; к — конкреция; л — секреция; м,н — оолиты; о — щетка (друза, жеода); л — роза (розетка)

порошок, тонким слоем лежащий на белом фоне. Про минералы с твердостью больше, чем у фарфора (> 6,5), говорят, что они черты не дают. Некоторые минералы хорошо диагностируются с помощью черты (например, черная роговая обманка имеет темно-зеленую черту, черный лабрадор (полевой шпат) — белую или светлосерую, темно-серый гематит — вишневую).

Блеск — это свойство минералов, как и всех предметов, отражать, преломлять, поглощать лучи света, а также наше восприятие отраженного света. Блеск минерала следует определять по тем местам, где он блестит ярче всего — по поверхностям свежего скола (при необходимости скол надо получить). У одного минерала может наблюдаться различный блеск (например, у пластинчатого гипса — стеклянный и перламутровый; у кварца — жирный на сколах и стеклянный на выросших гранях). Назовем виды блеска, расположив их в списке по мере убывания интенсивности отраженного света.

  • 1) металлический. Минералы похожи на металлические предметы;
  • 2) полуметаллический, алмазный смоляной. Это яркие виды блеска; минералы, обладающие ими, довольно редки в природе, многие являются ценными полезными ископаемыми, но вряд ли будут встречаться при работах в области природообустройства;
  • 3) жирный. Поверхность минерала производит впечатление покрытой тонким слоем масла. Чаще наблюдается у минералов, имеющих неровную поверхность, например, у кварца и опала;
  • 4) перламутровый. Наблюдается на ровных гладких поверхностях, дает легкий цветной отлив (примеры: тальк, в меньшей степени гипс, слюды);
  • 5) стеклянный. Наблюдается на ровных гранях многих минералов. Блестит одновременно вся поверхность (примеры: кальцит, ангидрит, полевые шпаты);
  • 6) шелковистый. Наблюдается у минералов с игольчатым изломом, когда поверхность скола напоминает длинные нитки блестящей капроновой ткани (примеры: асбест, роговая обманка, волокнистый гипс);
  • 7) матовый (слабый, тусклый). Поверхность даже на свежем сколе блестит слабо (примеры: кремень, халцедон, фосфорит в конкрециях);
  • 8) минералы без блеска (примеры: фосфорит в землистых массах, монтмориллонит, каолинит).

Излом — форма поверхности минерала, получающаяся при разламывании образца. Излом одного и того же образца можно охарактеризовать несколькими словами, которые без противоречия будут дополнять друг друга. Например, излом лимонита землистый и неровный одновременно, излом сахаровидного гипса зернистый и неровный у всего образца и ступенчатый, если присмотреться к кристаллам. Некоторые виды излома, поддающиеся схематичному изображению, представлены на рис. 3.2.

Некоторые виды излома (схемы)

Рис. 3.2. Некоторые виды излома (схемы):

а — ступенчатый в кристалле; б — ступенчатый в кристаллической массе; в — игольчатый в кристаллической массе; г — крупнозернистый; д — раковистый

Виды излома:

  • 1) ступенчатый. Легко определяется у одиночных кристаллов, имеющих плоскости излома, например, у кальцита и слюд. Сложнее бывает увидеть ступенчатый излом у кристаллов внутри кристаллических масс. В таких случаях следует найти кристаллы и обратить внимание на небольшие плоскости у них, в то время как весь образец будет производить впечатление неровного или зернистого, как, например, у лабрадора или доломита;
  • 2) игольчатый (занозистый, волокнистый). Похож на излом древесины или какого-то волокнистого материала; наблюдается у роговой обманки, асбеста;
  • 3) зернистый (сахаровидный). Наблюдается у минералов с мелкокристаллической формой выделения; кристаллы еще видны, а их излом виден уже плохо (примеры: ангидрит, мелкокристаллический апатит);
  • 4) землистый. Наблюдается у минералов с негладкой поверхностью, у которых кристаллы не видны из-за малых размеров. Образцы похожи на сухую землю, не имеют блеска, часто пачкают руки (примеры: лимонит, фосфорит, глинистые минералы);
  • 5) раковистый. Чаще наблюдается у аморфных минералов. Поверхности излома блестящие, выпуклые или вогнутые, гладкие, с острыми краями, что использовалось древними людьми при изготовлении инструмента и оружия (примеры: кремень, халцедон, обсидиан, кварц);
  • 6) неровный. Минерал при раскалывании образует неправильные, незакономерные поверхности (примеры: мелкокристаллический кварц, фосфорит).

Спайность — это способность кристаллических минералов раскалываться по особым направлениям кристаллической решетки. У предметов, окружающих нас в повседневной жизни, это свойство не наблюдается. За счет спайности при раскалывании минералов могут образовываться плоскости, иголки или волокна. Спайностью обладает большинство кристаллических минералов и не могут обладать аморфные минералы. Поверхности спайности не следует путать с гранями, образовавшимися при росте кристалла. Спайность хорошо видна в крупных кристаллах (пример: слюда или полевой шпат). В разбитых образцах крупнокристаллических масс спайность определяется уже потому, что видны сами кристаллы — каждый дал свою плоскость, отличную от соседней (рис. 3.3).

Схема спайности

Рис. 3.3. Схема спайности:

а — крупный кристалл расколется только по трещинам, параллельным граням; б — в кристаллической массе хорошо видны сколы, проходящие по плоскостям

спайности

Спайность бывает различной. Она может проявляться очень хорошо, как у слюды, и отсутствовать, как у кристаллов кварца. По степени совершенства выделяется пять видов спайности: весьма совершенная, совершенная, средняя, несовершенная, весьма несовершенная (спайности фактически нет). Если спайности нет, часто бывает невозможно понять, где закончился один кристалл и начался следующий. Спайность совсем не видна у минералов, представленных землистыми массами. В этом случае она определяется под микроскопом, а данные публикуются. Вследствие анизотропии кристаллов даже внутри одного минерала спайность может проявляться по-разному, например, полевой шпат имеет совершенную спайность по двум направлениям и среднюю — по третьему. Слюды имеют весьма совершенную спайность в одном направлении и не имеют ее по двум другим (рис. 3.4).

Кристалл слюды. Спайность в одном направлении, по двум другим направлениям спайности нет, слюда разрывается наподобие листа бумаги

Рис. 3.4. Кристалл слюды. Спайность в одном направлении, по двум другим направлениям спайности нет, слюда разрывается наподобие листа бумаги.

Выросшие грани не учитываются

Как можно понять из сказанного, спайность довольно тесно связана с изломом. Она имеется у минералов со ступенчатым, игольчатым и крупнозернистым изломом и отсутствует у минералов с раковистым изломом. О спайности минералов с мелкозернистым, землистым, неровным изломом следует читать в справочниках.

Плотность (удельный вес). Определяется она на глаз. Большинство минералов имеет плотность 2,5—3,5 г/см3. Плотность помогает узнать легкие породы — трепел, опоку, диатомит, высохшую глину, так как у них плотность менее 2,0 г/см3, у тяжелых минералов плотность более 4 г/см3.

Твердость — сопротивление поверхности материала царапанью, резанию, вдавливанию, истиранию. Это очень удобное свойство для простейшей диагностики минералов. У минералов постоянная твердость. Образец всегда можно попробовать поцарапать ногтем, ножом, кусочком стекла. Можно также острым углом образца поцарапать другие материалы.

В геологической практике при простейшей диагностике принято сравнивать рассматриваемый образец с минералами-эталонами путем царапанья их друг о друга. В качестве эталона используется шкала немецкого геолога Фридриха Мооса. Шкала в условных единицах имеет размах от 1 до 10 (табл. 3.1).

Таблица 3.7

Твердость минералов

Шкала Мооса

Категория

твердости

Заменители шкалы Мооса

Твердость

Минерал

Материалы

Твердость

заменителя

Относительная

кг/см2

1

2,4

Тальк

Мягкая

Мягкий карандаш

1

2

36

Гипс

Ноготь

2,0-2,5

3

109

Кальцит

Бронзовая монетка

2,5-4,0

4

189

Флюорит

Железный гвоздь

4,0-4,5

5

536

Апатит

Стекло

5,0

6

795

Полевой шпат

(микроклин,

ортоклаз,

альбит,

анортит)

Твердая

Обычная сталь, лезвие бритвы

5,0-6,0

7

1120

Кварц

Инструментальная сталь

7,0-7,5

8

1427

Топаз

Очень

твердая

9

2060

Корунд

10

10 060

Алмаз

С помощью шкалы Мооса удается измерить твердость минералов с точностью до 0,5 или 1. Полученный результат объявляется, например, так: доломит имеет твердость 3,5.

Особые свойства. Сюда относятся необычные свойства, имеющиеся лишь у отдельных минералов.

  • 1. Реакция с кислотами. В нее вступают кальцит, доломит и другие карбонаты: СаСОэ (кальцит) + 2НС1 (соляная кислота) —> СаС12 + Н20 + С02Т.
  • 2. Запах при трении. Его может иметь фосфорит.
  • 3. Соленый вкус имеет галит (NaCl), горький вкус — сильвин (КС1).
  • 4. Восприятие на ощупь. Жирными, скользкими могут быть тальк и каолинит.
  • 5. Иризация — появление красивого синего отблеска на сколах спайности лабрадора.
  • 6. Магнитность. Проверяется по реакции стрелки компаса. Ею обладают некоторые минералы, содержащие железо, кобальт, никель.
  • 7. Двойное лучепреломление. Некоторые прозрачные минералы раздваивают изображение. Хорошо видно, если положить такой образец на текст и смотреть сквозь него.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >