Минералы и горные породы. Строение и происхождение минералов. Минералы

МИНЕРАЛЫ И МИНЕРАЛОГИЯ. Минералы - твердые природные образования, входящие в состав горных пород Земли, Луны и некоторых других планет, а также метеоритов и астероидов. Минералы, как правило, - довольно однородные кристаллические вещества с упорядоченной внутренней структурой и определенным составом, который может быть выражен соответствующей химической формулой. Минералы не являются смесью мельчайших минеральных частиц, как, например, наждак (состоящий в основном из корунда и магнетита) или лимонит (агрегат гетита и других гидроксидов железа), к ним относятся также соединения элементов с неупорядоченной структурой, подобные вулканическим стеклам (обсидиану и др.). Минералами считаются химические элементы или их соединения, образовавшиеся в результате естественных природных процессов. Из числа минералов исключаются такие важнейшие виды минерального сырья органического происхождения, как уголь и нефть.

Минералогия - наука о минералах, их классификации, химическом составе, особенностях и закономерностях строения (структуры), происхождении, условиях нахождения в природе и практическом применении. Для более глубокого объяснения внутреннего строения минералов и их связи с историей Земли минералогия привлекает математику, физику и химию. Она в большей мере, чем другие геологические науки, использует количественные данные, так как для адекватного описания минералов необходимы тонкий химический анализ и точные физические измерения.

ИСТОРИЯ МИНЕРАЛОГИИ

Кремневые отщепы с острыми краями применялись первобытным человеком в качестве орудий труда уже в палеолите. Кремень (тонкозернистая разновидность кварца) долгое время оставался главным полезным ископаемым. В древности человеку были известны и другие минералы. Некоторые из них, например вишневый гематит , желто-коричневый гетит и черные оксиды марганца, применялись в качестве красок для наскальной живописи и раскрашивания тела, а другие, например янтарь , нефрит, самородное золото , - для изготовления ритуальных предметов, украшений и амулетов. В Египте додинастического периода (5000-3000 до н.э.) знали уже много минералов. Самородная медь , золото и серебро использовались для украшений. Несколько позже из меди и ее сплава - бронзы стали изготавливать орудия труда и оружие. Многие минералы употреблялись в качестве красителей, другие - для украшений и печаток (бирюза , жад , хрусталь, халцедон , малахит , гранат , лазурит и гематит). В настоящее время минералы служат источником получения металлов, строительных материалов (цемент, штукатурка, стекло и проч.), сырья для химической промышленности и др.

В первом известном трактате по минералогии О камнях ученика Аристотеля грека Теофраста (ок. 372-287 до н.э.) минералы делились на металлы, земли и камни. Примерно через 400 лет Плиний Старший (23-79 н.э.) в пяти последних книгах Естественной истории обобщил все имевшиеся на тот момент сведения по минералогии.

В раннем Средневековье в странах арабского Востока, воспринявших знания античной Греции и древней Индии, происходил расцвет науки. Среднеазиатский ученый-энциклопедист Бируни (973 - ок. 1050) составил описания драгоценных камней (Минералогия ) и изобрел метод точного измерения их удельных весов. Другой выдающийся ученый Ибн Сина (Авиценна) (ок. 980-1037) в трактате О камнях дал классификацию всех известных минералов, разделив их на четыре класса: камни и земли, горючие ископаемые, соли, металлы.

В Средние века в Европе происходило накопление практических сведений о минералах. Горняк и старатель по необходимости становились минералогами-практиками и передавали свой опыт и знания ученикам и подмастерьям. Первым сводом фактических сведений по практической минералогии, горному делу и металлургии стал труд Г.Агриколы О металлах (De re metallica ), опубликованный в 1556. Благодаря этому трактату и более раннему труду О природе ископаемых (De natura fossilium , 1546), в котором содержится классификация минералов на основе их физических свойств, Агрикола прослыл отцом минералогии.

На протяжении 300 лет после выхода работ Агриколы исследования в области минералогии были посвящены изучению природных кристаллов. В 1669 датский натуралист Н.Стенон, обобщив свои наблюдения над сотнями кристаллов кварца, установил закон постоянства углов между гранями кристаллов. Столетием позже (1772) Роме де Лиль подтвердил выводы Стенона. В 1784 аббат Р.Гаюи заложил основы современных представлений о кристаллической структуре. В 1809 У.Волластон изобрел отражательный гониометр, что позволило проводить более точные измерения углов между гранями кристаллов, а в 1812 выдвинул концепцию пространственной решетки как закона внутреннего строения кристаллов. В 1815 П.Кордье предложил изучать оптические свойства обломков раздробленных минералов под микроскопом. Дальнейшее развитие микроскопических исследований связано с изобретением в 1828 У.Николем устройства для получения поляризованного света (призмы Николя). Поляризационный микроскоп был усовершенствован в 1849 Г.Сорби, который применил его к изучению прозрачных шлифов горных пород.

Появилась необходимость классификации минералов. В 1735 К.Линней опубликовал труд Система природы (Systema naturae ), в котором минералы классифицировались по внешним признакам, т.е. так же, как растения и животные. Затем шведскими учеными - А.Кронстедтом в 1757 и Й.Берцелиусом в 1815 и 1824 - было предложено несколько вариантов химических классификаций минералов. Вторая классификация Берцелиуса, модифицированная К.Раммельсбергом в 1841-1847, прочно утвердилась после того, как американский минералог Дж.Дана положил ее в основу третьего издания Системы минералогии (Dana"s System of Mineralogy , 1850). Большой вклад в развитие минералогии в 18 - первой половине 19 в. внесли немецкие ученые А.Г.Вернер и И.А.Брайтхаупт и русские - М.В.Ломоносов и В.М.Севергин.

Во второй половине 19 в. усовершенствованные поляризационные микроскопы, оптические гониометры и аналитические методы позволили получить более точные данные по отдельным минеральным видам. Когда с помощью рентгеновского анализа стали изучать кристаллы, пришло более глубокое понимание строения минералов. В 1912 немецкий физик М.Лауэ экспериментально установил, что информация о внутренней структуре кристаллов может быть получена путем пропускания сквозь них рентгеновских лучей. Этот метод произвел переворот в минералогии: преимущественно описательная наука стала более точной и минералоги смогли увязать физические и химические свойства минералов с их кристаллическими структурами.

В настоящее время следует различать два вида минералов: 1) природного происхождения, рождение которых связано с про­цессами в земной коре; 2) искусственного происхождения, кото­рые возникли в процессе техногенной деятельности человека (в том числе и целенаправленной).

1. Природные минералы. Под этими минералами понимают минеральные образования, сформировавшиеся в результате геохи­мических процессов, протекающих в земной коре. Каждый мине­рал имеет определенный химический состав, структуру и свои физические свойства.

Иногда в земной коре минералы встречаются в виде самосто­ятельных скоплений, создавая ценные месторождения полезных ископаемых, но чаще входят в состав горных пород. Минералы определяют физико-механические свойства горных пород, по­этому с этой точки зрения представляют наибольший интерес для инженеров-строителей.

В земной коре содержится более 7000 минералов и их разно­видностей. Большинство из них встречаются редко и лишь не­многим более 100 минералов встречаются часто и в достаточно больших количествах, входят в состав тех или иных горных по­род. Такие минералы называют породообразующими.

Каждый минерал имеет определенное внутреннее строение и присущие только ему внешние признаки и характеризуется свои­ми свойствами (рис. 5). Все это обусловливается условиями тех геологических процессов, в которых рождаются минералы. Каж­дый минерал может существовать в природе лишь в определен­ных термодинамических условиях. При изменении этих условий минеральное тело видоизменяется или разрушается.

Происхождение минералов. Условия, в которых образуются ми­нералы в природе, отличаются большим разнообразием и слож­ностью. Различают три основных процесса минералообразования: эндогенный, экзогенный и метаморфический.

Эндогенный процесс связан с внутренними силами Земли и проявляется в ее недрах. Минералы формируются из маг­мы - силикатного огненно-жидкого расплава. Таким путем обра-

Рис. 5. Формы существования минералов: о - кристаллическая; #-аморфная; с - кристаллоподобная

зуются, например, кварц и различные силикаты. Эндогенные ми­нералы обычно плотные, с большой твердостью, стойкие к воде, кислотам, щелочам.

Экзогенный процесс свойственен поверхности земной коры. При этом процессе минералы формируются на суше и в море. В первом случае их создание связано с процессом выветривания, т. е. разрушительным воздействием воды, кислорода, колебаний температуры на эндогенные минералы. Таким образом образуют­ся глинистые минералы (гидрослюда, каолинит и др.), различные железистые соединения (сульфиды, оксиды и др.). Во втором случае минералы формируются в процессе выпадения химиче­ских осадков из водных растворов (галит, сильвин и др.). В экзо­генном процессе ряд минералов образуется также за счет жизне­деятельности различных организмов (опал и др.).

Экзогенные минералы разнообразны по свойствам. В боль­шинстве случаев они имеют низкую твердость, активно взаимо­действуют с водой или растворяются в ней.

Метаморфический процесс. Под воздействием высоких темпе­ратур и давлений, а также магматических газов и воды на неко­торой глубине в земной коре происходит преобразование мине­ралов, ранее образовавшихся в экзогенных процессах. Минералы изменяют свое первоначальное состояние, перекристаллизовыва-ются, приобретают плотность, прочность. Так образуются многие минералы-силикаты (роговая обманка, актинолит и др.).

Структура. Минералы обладают кристаллической структурой или бывают аморфными. Большинство минералов имеет кристал­лическое строение, в котором атомы расположены в строго опре­деленном порядке, создавая пространственную решетку. Благодаря

этому многие минералы внешне имеют вид правильных много­гранников (кристаллов). При­мером может служить кварц (рис. 6).

Со строением и характером пространственной решетки свя­заны свойства кристаллических тел. Прежде всего минералы обладают однородностью строе­ния, состава и свойств, так как в каждой своей части, вплоть до размеров элементарной ячей­ки, они обладают одинаковым кристаллическим строением и

» химическим составом. Свойства

минералов могут быть одинако­выми по всем направлениям (изотропные свойства) или раз­ными по различным направле­ниям (анизотропные свойства) (рис. 7).

Аморфные минералы не име­ют кристаллической структуры, по своим свойствам изотропны, и для них характерна неправильная внешняя форма.

Химический состав. Каждый минерал характеризуется опреде­ленным химическим составом. В отдельных случаях можно встретить минералы сходного химического состава, но они обяза­тельно имеют различное внутреннее строение, а следовательно, и различную внешнюю форму.

Химический состав кристаллических минералов выражается кристаллохимической формулой, которая одновременно показы­вает количественные соотношения элементов и характер их вза­имной связи в пространственной решетке. Примерами таких формул минералов являются: каолинит - АЦБцОщКОН)^ ав­гит - (Са, №ХМ8, Ре, А1)[(51, А1 2) Об]. Химическая формула аморфных минералов отражает только количественное соотноше­ние элементов.

В составе многих минералов экзогенного происхождения со­держится вода. Молекулярная вода не участвует в строении про­странственной решетки, и ее удаление лишь обезвоживает мине­рал. Например, после нагревания гипса Са5О 4 2Н 2 О остается Са50 4 , называемый ангидритом. Химически связанная вода в виде

Кристалло­графическая система

симметрии

Основные формы кристаллов

Тетра­гональная

Рутил Циркон Халькопирит Сканолит Апофилит

Все темы данного раздела:

Дисперсных грунтов
Характеристика Способ определения в лаборатории или по расчетной формуле Гранулометрический состав грунтов, мм Влажность природ

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОЙСТВ ГРУНТОВ
Грунты определяют устойчивость возводимых на них зданий и сооружений, поэтому необходимо правильно определять характе­ристики, которые обусловливают прочность и устойчивость грун­тов при их взаимод

ПРИРОДНЫЕ СКАЛЬНЫЕ ГРУНТЫ
На равнинах скальные фунты обычно располагаются на неко­торой глубине под толщей осадочных пород, на поверхность земли они выходят редко. Широкое развитие эти фунты имеют в горных районах, где расп

Свойства скальных грунтов
Характеристика свойств Состояние грунтов Показатели характеристик Временное сопротив­ление одноосному сжа­тию Л,., М

ПРИРОДНЫЕ ДИСПЕРСНЫЕ ГРУНТЫ
Грунты этого класса имеют самое широкое распространение на поверхности земной коры, именно с ними практически по­стоянно связано строительство самых разнообразных объектов. Дисперс

Свойства несвязных грунтов
Крупнообломочные фунты (обломки горных пород размером более 2 мм) - дресва, фавий, галечник. Эти фунты залегают ло­кальными массивами, имеют небольшую мощность, располагают­ся в основном в долинах

Нормативные значения С, кПа, ф, град., и Е, МПа, песков четвертичного аозраста
Пески по крупности зерен Характеристика Коэффициент пористости е, равный 0,45

Характеристика песков по плотности сложения
Пески Плотные Средней плотности Рыхлые Гравелистые, крупные Средней крупности, мелкие Пылеватые

Свойства связных грунтов
К связным грунтам относятся осадочные породы трех типов: минеральные; органоминералъные; органические. Наибольшее распространение на земно

Значения
Супеси Суглинки и глины Твердые, /1 <0 Твердые, У/, < 0

ПРИРОДНЫЕ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫЕ ГРУНТЫ
К органоминеральным фунтам относятся илы, сапропели и заторфованные земли. Органоминералъные грунты представляют собой своеобразные осадочные образования, которые часто занимают бол

ПРИРОДНЫЕ МЕРЗЛЫЕ ГРУНТЫ
Мерзлые грунты в технической литературе часто именуют «криогенными» (криос, гр. - холод, лед). Для грунтов этого клас­са характерны структуры с криогенными связями, т. е. структуры, скреплен

ТЕХНОГЕННЫЕ ГРУНТЫ
Выше, при описании горных пород, мы уже останавливались на искусственных, в том числе и техногенных, образованиях. Здесь же мы сосредоточимся на грунтоведческой характеристике техногенных грунтов.

Разновидности
Скаль­ные Ска­льные Полу­скаль­ные Природные образования, измененные в условиях естественно­го залегания Измененные физи

Коэффициент фильтрации некоторых горных пород
Характеристика пород Коэффициент фильтрации, м/сут Очень хорошо проницаемые галечники с круп­ным песком; сильно закарстованные и

Специальные гидротехнические сооружения для защиты территорий от селей
Сооружение Конструкция Селерегулирующие: селепропускные, селенаправляющие, селесбрасывающие и селеотстойные Селеделительные С

Скорость оседания поверхности земли
Глубина заложения подземных выработок, м Средняя скорость осадки, мм/сут До 100 100-200 200-300 300-400 16 8 3 2

И СООРУЖЕНИЙ
В этом разделе сначала дается описание инженерно-геологи­ческих исследований, которые необходимо проводить на террито­рии будущего строительства; затем показывается содержание ин­женерно-геологичес

Роль инженерной геологии в строительстве объектов
Этап строитель­ства Вид работ Организация Исполнитель Инвестиции Заказчик

Габбро. Инженерно-геологические карты
Габбро

Ориентировочные расстояния между выработками, м
Сооружение Геологические условия простые средние сложные Одноэт

Ориентировочные глубины скважин, м
Ширина здания, мм Количество этажей

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
АБРАЗИЯ[лат. аЬгазю - соскабливание] - разрушение волнами, прибоем и течениями берегов морей, озер и крупных водохранилищ. В результате А. могут образовываться террасы абраз

Минерал – природное вещество, состоящее из одного элемента или из закономерного сочетания элементов, образующееся в результате природных процессов, протекающих в глуби земной коры или на поверхности. Каждый минерал имеет определенное строение и обладает присущими ему физическими и химическими характеристиками. В настоящее время известно более 2 500 минералов (не считая разновидностей). Наука, изучающая минералы, называется минералогией .

В зависимости от агрегатного состояния , минералы подразделяются на твердые (кварц), жидкие (ртуть), газообразные (метан). Наибольшим распространением пользуются твердые минералы, среди которых, в свою очередь, преобладают кристаллическими (атомы в них расположены упорядоченно), и гораздо реже встречаются аморфные (с хаотичным расположением атомов). Наука о строении кристаллических минералов называется кристаллографией .

В зависимости от пространственного расположения элементарных частиц ,, составляющих кристаллическую решетку, все многообразие форм кристаллов можно свести к нескольким группам симметрий, или сингоний . Выделяют семь сингоний: моноклинную, триклинную, ромбическую, тригональную, тетрагональную, гексагональную, кубическую. Огромное влияние на структуру кристаллической решетки оказывают физико-химические условия минералообразования: кристаллы одного и того же минерала, возникшие в разных условиях, будут отличаться сингонией. Более того, из одного элемента возможно формирование совершенно разных минералов: например, состоящих из углерода графита и алмаза. Способность одинаковых по составу твердых веществ кристаллизоваться в разных модификациях называется полиморфизмом .

От внутреннего строения напрямую зависят физические свойства минералов. Так, обладающие кубической сингонией октаэдрические кристаллы алмаза – модификации углерода – характеризуются наивысшей твердостью. Другая же модификация углерода – графит – кристаллизуется в гексагональной сингонии и отличается минимальной твердостью. Кристаллическим минералам свойственна анизотропность – физические свойства в них отличаются по разным направлениям в кристалле. Наоборот, аморфным минералам характерна изотропность – сохранение физических характеристик, независимо от направления. К числу важнейших физических свойств, позволяющих производить макроскопическое определение минералов, относят следующие: твердость, блеск, цвет в куске, цвет в порошке (цвет черты), спайность, излом, прозрачность, удельный вес.

По занимаемому в составе горных пород объему минералы делятся на породообразующие и акцессорные . Породообразующими (их около 50) являются минералы, играющие первостепенную роль в составе горных пород. Состав породообразующих минералов служит одним из критериев, по которым определяют название горной породы. Акцессорные минералы встречаются в виде незначительных примесей (не более 5 % от объема породы) и их наличие не влияет на название породы. Кроме того, выделяют обширную группу рудообразующих минералов , использующихся человеком для производства металлов.

По происхождению минералы делятся на типы, которые объединяются в две группы: эндогенные – возникают в глуби земной коры благодаря процессам магматизма и метаморфизма, а также экзогенные – образующиеся в верхней части земной коры в результате выветривания и осаждения из водных растворов. Последовательность формирования минералов от эндогенных до экзогенных можно представить следующим образом.

1. Магматический тип минералообразования имеет место в пределах магматического очага, возникающего в глуби земной коры. По мере остывания и гравитационного разделения магмы, из нее последовательно кристаллизуются вначале тугоплавкие, а затем все более легкоплавкие минералы. Соответственно, первыми возникают тяжелые зелено-черные минералы: оливин , авгит , лабрадор ; затем более легкие: роговая обманка , слюды , ортоклазы , а в завершение – самый легкий низкотемпературный кварц . Такая последовательность получила название реакционного ряда Боуэна (по имени канадского ученого).

2. Пегматитовый тип проявляется на последних стадиях остывания магмы, при температурах 500 – 700° С, когда в расплавленном виде остаются лишь самые легкие фракции, обогащенные кислотами и щелочами и насыщенные газами. В этих условиях формируются своеобразные породы – пегматиты , сложенные крупными и гигантскими кристаллами кварца , ортоклаза , слюд . На данной стадии возникают многие драгоценные камни, рудные и радиоактивные минералы.

3. Пневматолитовый тип заключается в кристаллизации перенасыщенного газами вещества магмы, поднимающегося по трещинам земной коры. Из летучих соединений формируются руды висмута, вольфрама, молибдена, мышьяка и др. Когда температура понижается до 500° С, пневматолитовый тип начинает сопровождаться гидротермальными процессами, ведущими к накоплению рудообразующих минералов: галенита , сфалерита , киновари , халькопирита , пирита , золота , а также кальцита и др.

4. Гидротермальный тип начинается при охлаждении газов и растворов до 375° С, что обуславливает образование как самородных минералов, так и хлоридных, сульфатных и других соединений: серы , галита , сильвина и др.

5. Гипергенный тип минералообразования проявляется на земной поверхности в воздушной или водной среде, или на небольших глубинах в земной коре. Здесь неустойчивые ко внешним воздействиям минералы разрушаются и переходят в устойчивые соединения. Основополагающее значение принадлежит процессам выветривания, осаждения веществ из водных растворов, деятельности подземных вод. Характерными минералами являются каолин, монтмориллонит, галит, сильвин, малахит, лимонит, боксит и др.

6. Метаморфический тип обусловлен воздействием на горные породы высоких температур, давления, а также магматических газов и растворов. При этом возникает обширный перечень минералов, как хлорит , тальк , графит , магнетит и др.

Процессы минералообразования могут сопровождаться метасоматозом – замещением одних минералов другими при изменении физико-химических условий. Например, переходом пирита (FeS 2) в лимонит (Fe 2 O 3 x nH 2 O) в результате окисления. Кроме того, возможно образование одного и того же минерала в разных условиях. Наконец, каждому типу минералообразования характерны свои, строго закономерные сочетания минералов, что ведет к образованию минералов-спутников. Такое явление получило название парагенезиса. Практическое значение парагенезиса заключается в том, что на основании обнаружения одного минерала, можно предполагать наличие другого. Так, наличие пегматитового кварца свидетельствует о возможности обнаружения золота.

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.