Минералы
Содержание книги - Минералы и горные породы
ХАРАКТЕРНЫЕ ПРИЗНАКИ МИНЕРАЛОВ
Минералы представляют собой природные химические соединения и характеризуются определенным составом, который может быть выражен химической формулой. Большинство минералов имеют кристаллическое строение, т. е. слагающие их атомы или ионы распределены строго закономерно, образуя кристаллическую решетку. Химический состав, строение кристаллической решетки и сила связей между атомами или ионами в решетке обусловливают индивидуальные физические свойства минерала, на основании которых часто можно определить минерал, не прибегая к более трудоемким исследованиям.
К важнейшим диагностическим признакам минералов относятся морфологические особенности, характеризующие форму выделений минералов; оптические свойства: прозрачность, цвет минералов, цвет черты, блеск; механические свойства: спайность, излом, твердость, хрупкость; удельный вес и прочие физические свойства, например: вкус, запах, магнитность, радиоактивность и пр.
МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МИНЕРАЛОВ
Чаще всего минералы встречаются в природе в виде зерен неправильной формы. Хорошо образованные кристаллы гораздо более редки, их форма обычно является характерным диагностическим признаком.
Разнообразие существующих форм кристаллов можно под-разделить на три типа.
Изометричные — имеющие близкие размеры во всех на-правлениях: кубы (галенит, пирит), тетраэдры (сфалерит), октаэдры (магнетит, пирохлор), бипирамиды (циркон, касситерит), ромбододекаэдры (гранат), ромбоэдры (кальцит) и др. (фиг. 1), а также различные сочетания этих простых форм (фиг. 1—13).
Вытянутые в одном направлении — призматические (см. фиг. 1), столбчатые, шестоватые, игольчатые, волокнистые кристаллы (турмалин, берилл, пироксен, амфибол, рутил и др.).
Вытянутые в двух направлениях (уплощенные) — таблитчатые, пластинчатые, листоватые, чешуйчатые кристаллы (слюды, хлориты, молибденит, графит и т. д.).
В результате процесса метасоматического замещения или растворения с последующим заполнением пустот кристаллические формы, принадлежащие одному минералу, оказываются представленными другим минеральным веществом; подобные образования называются псевдоморфозами.
Штриховка. Помимо формы кристалла характерным свойством минерала, помогающим его диагностике, является штриховка на гранях (см. фиг. 4, А; 5 и 6): поперечная параллельная (кварц; см. фиг. 6), продольная параллельная (турмалин, эпи- дот) либо пересекающаяся (магнетйт).
В природе шире распространены не единичные кристаллы минерала, а различные их срастания, шля агрегаты. Для многих минералов характерны определенным образом ориентированные закономерные двойниковые сростки двух или более кристаллов (фиг. 11, Б; 13, В). Наиболее широко распространенные специфические формы минеральных агрегатов, срастаний и выделений, получившие особые названия, приводятся ниже.
Зернистые агрегаты. В зависимости от формы слагающих зерен различают собственно зернистые (состоящие из изомет- ричных зерен), а также пластинчатые, листоватые, чешуйчатые, волокнистые, игольчатые, шестоватые и другие агрегаты. По величине зерен бывают агрегаты крупнозернистые — более 5 мм в поперечнике; среднезернистые — от 1 до 5 мм ж мелкозернистые — с зернами менее 1 мм. Зернистыми агрегатами сложено, в частности, громадное большинство изверженных и метаморфических горных пород, а также многие осадочные породы, некоторые типы сульфидных руд и др.
Друзы — сростки правильных, хорошо образованных кристаллов минералов на стенках пустот различной формы (трещин, каверн, «погребов», «занорышей», «пещер» и др.).
Рис. 1. Формы кристаллических многогранников А — тетраэдр, В — октаэдр, В — куб, Г — ромбододекаэдр, Д — пентагоидодекаэдр, Е — тетрагонтриоктаэдр (икоситетраэдр), Ж — ромбоэдр, 3 — скалендоэдр, И — трапецоэдр, К — трехгранная призма, Л — трехгранная бипирамида, М — шестигранная призма, Н — шестигранная бипирамида, О — четырехгранная призма, П — четырехгранная бипирамида
В морфологическом отношении бывают весьма разнообразны: «щетки» кристаллов, «кристаллические корки» (мелкие тесно сросшиеся кристаллики, сплошь покрывающие стенки узких трещин), «гребенчатые» сростки и др. Друзы кристаллов наиболее типичны для пегматитов, некоторых типов гидротермальных жил. и жил альпийского типа.
Секреции — выполнения пустот изометричной, часто округлой формы, отличающиеся концентрически-зональным строением. Внешние зоны секреций часто бывают выполнены аморфными или скрытокристаллическими минералами, а во внутренней их части сохраняется полость, на стенках которой нарастают друзы кристаллов или натечные агрегаты минералов. Мелкие секреции, встречающиеся в излившихся породах и туфах, называются миндалинами (рис. 81), крупные, особенно характерные для пегматитов и альпийских жил,— жеодами (рис. 18).
Конкреции — шарообразные или неправильной формы стяжения и желваки, образующиеся в рыхлых осадочных породах (илах, глинах, песках и др.). В отличие от секреций, конкреции разрастаются от какого-либо центра (обломочного зерна, органического остатка и т. д.), вокруг которого образуется сгусток коллоидального вещества, впоследствии раскристаллизован- ного.
Конкреции характерны для фосфоритов, сидеритовых, мар- казитовых и других типов руд осадочного происхождения.
Оолиты (греч. ocbv — яйцо) подобно конкрециям имеют сферическую форму, но величина их гораздо мельче: от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров (см. рис. 28). Они образуются путем наслоения коллоидального материала на песчинки и органические обломки, находящиеся в подвижных водных средах во взвешенном состоянии. Оолиты весьма характерны для некоторых известняков, осадочных железных и марганцевых руд, а также бокситов (см. рис. 91).
Натечные формы выделений минералов образуются на стенках различных пустот и полостей при медленном стекании растворов. К ним относятся известковые и ледяные сталактиты и сталагмиты пещер, по форме сходные с обычными ледяными сосульками, почковидные, гроздевидные выделения минералов в зонах окисления и выветривания рудных месторождений и др.
Размеры и формы натечных образований могут быть самыми разнообразными: от долей миллиметра до громадных столбов (в больших пещерах). Натечные формы выделений характерны для многих гипергенных и низкотемпературных гидротермальных минералов: кальцита, арагонита (см. рис. 28), малахита (см. рис. 28—30), гематита, гидроокислов железа (см. рис. 24) и марганца, опала, гипса, некоторых сульфидов, смитсонита и др.
Землистые массы — рыхлые, мягкие, мучнистые агрегаты аморфного или скрытокристаллического строения, сажистые (черного цвета) или охристые (желтого, бурого и других ярких цветов). Чаще всего образуются при химическом выветривании горных пород и в зоне окисления руд (например, руды марганца).
Налеты и примазки — тонкие пленки различных вторичных минералов, покрывающие поверхность кристаллов или пород. Таков д пленки лимонита на кристаллах горного хрусталя, примазки медной зелени по трещинам в горных породах, вмещающих сульфидные месторождения с минералами меди, и т. п.
Выцветы — периодически появляющиеся (в сухую погоду) и исчезающие (в дождливые периоды) рыхлые корочки, пленки, налеты, часто пушистые или моховидные, на поверхности сухих почв, руд и горных пород и по трещинам в них. Эти образования сложены чаще всего легкорастворимыми водными хлоридами, сульфатами разных металлов или же другими водно- растворимыми солями.
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ
Оптические свойства
Прозрачность — свойство вещества пропускать свет. В зависимости от степени прозрачности все минералы делят на следующие группы: прозрачные — горный хрусталь, исландский шпат, топаз и др.; полупрозрачные — сфалерит, киноварь и др.; непрозрачные — пирит, магнетит, графит и др. Многие минералы, кажущиеся непрозрачными в крупных кристаллах, просвечивают в тонких осколках или краях зерен.
Цвет минералов — важнейший диагностический признак. Во многих случаях обусловлен внутренними свойствами минерала (идиохроматические окраски) и связан с вхождением в его состав элементов-хромофоров (Fe, Cr, MB, Ni, Со и др.). Например, присутствие хрома обусловливает зеленую окраску ува- ровита и изумруда, присутствие марганца — розовую или сиреневую окраску лепидолита, турмалина или воробьевита. Природа окрашивания других минералов (дымчатый кварц, аметист, морион и др.) кроется в нарушении однородности строения их кристаллических решеток, в возникновении в них различных дефектов. В некоторых случаях окраска минерала может быть вызвана присутствием тончайших рассеянных механических примесей (аллохроматические окраски) — яшмы, агаты, авантюрин и др.
Для обозначения окраски в: минералогии распространен метод сравнения с окраской хорошо известных предметов или веществ, что отражается в названиях цветов: яблочно-зеленый, лазурно-синий, шоколадно - к оричиевый и т. п. Эталонами можно считать названия цветов следующих минералов: фиолетовый — аметист, синий — азурит, зеленый — малахит, желтый — аурипигмент, красный — киноварь, бурый — лимонит,, оловяно-белый — арсепопирит, свинцово-серый — молибденит, железо-черный — магнетит, латуино-желтый — халькопирит, металпичееки-аолотиетый — золото.
Цвет черты — цвет тонкого порошка минерала. Черту минерала можно получить при проведении испытуемым минералом па матовой веглазурованиой поверхности фарфоровой пластинки (бисквита) или осколку такой же поверхности фарфоровой химической посуды. Это — признак более постоянный по сравнению с окраской. В ряде случаев цвет черты совпадает с цветом самого минерала, но иногда наблюдается резкое различие: так, стально-серый гематит оставляет вишнево-красную черту, латунно-желтый пирит — черную и т. д.
Блеск зависит от показателя преломления- минерала, т. е. величины, характер и зую ще й разницу в скорости света при переходе его из воздушной в кристаллическую среду. Практически установлено, что минералы с иоказателем преломления 1,3—1,9 имеют стеклянный блеск (кварц, флюорит, кальцит, корунд, гранат и др.), с показателем 1,9—2,6 — алмазный блеск (циркон, касситерит, сфалерит, алмаз, рутил и др.). Полуметаллический блеск отвечает минералам с показателем преломления 2,6—3,0 (куприт, киноварь, гематит) и металлический — выше 3 (молибденит, антимонит, пирит, галенит, арсенопирит и др.).
Блеск минерала зависит и от характера поверхности. Так, у минералов с параллельно-волокнистым строением наблюдается типичный шелковистый блеск (асбест), полупрозрачные «слоистые» и пластинчатые минералы часто имеют перламутровый отлив (кальцит, альбит), непрозрачные или просвечивающие минералы, аморфные или характеризующиеся нарушенной структурой кристаллической решетки (метамиктные минералы) отличаются смолистым блеском (пирохлор, настуран и др.).
2. Механические свойства минералов
Спайность — свойство кристаллов раскалываться в определенных кристаллографических направлениях, обусловленное строением их кристаллических решеток. Так, кристаллы кальцита независимо от их внешней формы раскалываются всегда по спайности на ромбоэдры, а кубические кристаллы флюорита — на октаэдры. Степень совершенства спайности различается в соответствии со следующей принятой шкалой:
Спайность весьма совершенная — кристалл легко расщепляется на тонкие листочки (слюда, хлорит, молибденит и др.).
Спайность совершенная — при ударе молотком получаются выколки по спайности; получить излом по другим направлениям трудно (кальцит, галенит, флюорит).
Спайность средняя — излом можно получить по всем направлениям, но на обломках минерала наряду с неровным изломом отчетливо наблюдаются и гладкие блестящие плоскости спайности (пироксены, скаполит).
Спайность несовершенная или отсутствует. Зерна подобных минералов ограничены неправильными поверхностями, за исключением граней их кристаллов.
Нередко разно ориентированные плоскости спайности в одном и том же минерале различаются по степени совершенства. Так, у гипса имеется три направления спайности: по одному — спайность весьма совершенная, по другому — средняя и по третьему — несовершенная.
Трещины отдельности, в отличие от спайности, являются более грубыми и не вполне плоскими; чаще всего ориентированы поперек удлинения минералов.
Излом. У минералов с несовершенной спайностью существенную роль в диагностике играет излом — раковистый (кварц, пирохлор), занозистый (у самородных металлов), мелкорако-. вистый (пирит, халькопирит, борнит), неровный и др.
Твердость, или степень сопротивления ми-нерала внешнему механическому воздействию. Наиболее простой способ ее определения — царапание одного минерала другим. Для оценки относительной твер-дости принята шкала Мооса, представленная 10 минералами, из которых каждый последующий царапает все предыдущие. За эталоны твердости приняты .следующие минералы: тальк —1, гипс — 2, кальцит — 3, флюорит — 4, апатит — 5, ортоклаз — 6, кварц — 7, топаз — 8, корунд — 9, алмаз — 10. При диагностике весьма удобно также употреблять для царапания такие предметы, как медная (тв. 3—3,5) и стальная (5,5—6) игла, нож (5,5—6), стекло (~5); мягкие минералы можно пробовать царапать ногтем (тв. 2,5).
Хрупкость, ковкость, упругость. Под хрупкостью в ми-нералогической практике подразумевается свойство минерала крошиться при проведении черты ножом или иглой. Противоположное свой-ство — гладкий блестящий след от иглы (ножа) — свидетельствует о свойстве минерала деформироваться пластически. Ковкие минералы расплющиваются под ударом молотка в тонкую пластинку, упругие способны восстанавливать форму после снятия нагрузки (слюды, асбест).
(апатит, корунд, сфалерит, пирит и др.); тяжелые — с уд. весом больше 5 (киноварь, галенит, золото, касситерит, серебро и др.).
Магнитность. Некоторые минералы характеризуются ярко выраженными ферромагнитными свойствами, т. е. притягивают к себе мелкие железные предметы — опилки, булавки (магнетит, никелистое железо). Менее магнитные минералы (парамагнитные) притягиваются магнитом (пирротин) или электромагнитом; наконец, имеются минералы, которые отталкиваются магнитом,— диамагнитные (самородный висмут). Испытание на магнитность производится с помощью свободно вращающейся магнитной стрелки, к концам которой подносится испытуе-мый образец. Так как число минералов, обладающих отчетливыми магнитными свойствами, невелико, то этот признак имеет важное диагностическое значение для некоторых минералов (например, магнетита).
Радиоактивность. Способностью к самопроизвольному а-, (3- и у-излучению характеризуются все минералы, содержащие в своем составе радиоактивные элементы — уран или торий. В породе радиоактивные минералы часто бывают окружены красными или бурыми каемками, и от зерен таких минералов, включенных в кварц, полевой шпат и др., расходятся радиальные трещинки. Радиоактивное излучение действует на фотобумагу.
Другие свойства. Для диагностики в полевых условиях имеют значение растворимость минералов в воде (хлориды) или кислотах и щелочах, частные химические реакции на отдельные элементы , окрашивание пламени (например, минералы, содержащие стронций, окрашивают пламя в красный цвет, натрий — в желтый). Некоторые минералы при ударе или разломе издают запах (так, арсенопирит и самородный мышьяк испускают характерный чесночный запах) и т. д.
Отдельные минералы определяются на ощупь (например, тальк на ощупь жирный). Поваренная соль и другие солевые минералы легко узнаются на вкус.
