Состав земной коры

МИНЕРАЛЫ

Минералом называется всякое встречающееся в земной коре природное (естественное) однородное тело, имеющее более или менее постоянный химический состав и определенные физические свойства.

Минералы и их образование
.
Минерал в переводе с латинского minera означает руда. В настоящее время известно около 3 тыс. минералов. Минералы, встречающиеся в твердом виде, делятся на аморфные, или некристаллические (асфальт, лед, опал), и кристаллические (полевой шпат, горный хрусталь, гипс).

В аморфных минералах атомы (ионы) или молекулы расположены беспорядочно, в кристаллах — по определенному закону, образующему структуру кристалла, или его кристаллическую решетку. Наиболее часто встречающиеся минералы, входящие в существенных количествах в горные породы, называются породообразующими.

Минералы по условиям происхождения делят на эндогенные и экзогенные.
Эндогенные минералы образуются в результате физико-химических процессов, проходящих в магме вблизи поверхности Земли. Примером эндогенных минералов могут быть полевые шпаты, оливин, пироксен, кварц и др.
Экзогенные минералы образуются в самых верхних частях земной коры или на поверхности Земли в результате выветривания (разрушения и преобразования) эндогенных минералов. Экзогенные минералы делят на глинистые, образующиеся при выветривании (см. главу III), минералы химических осадков, образующиеся в мелких соленосных водоемах при кристаллизации (гипс, сульфит, сильвинит), и биогенные, образующиеся в результате разложения органических остатков (калиевая селитра, сера, иногда пирит, марказит).

Все минералы классифицируются в зависимости от химического состава и делятся на пять типов, которые приведены ниже (по Е. К. Лазаренко):
1. Тип простых веществ (металлы и неметаллы, группы меди и железа и др.)
2. Тип сульфидов (группы сфалерита, галенита, молибдена и др.)
3. Тип кислородных соединений (окислы, гидроокислы, силикаты, алюмосиликаты, бораты, фосфаты, карбонаты, сульфаты и др.)
4. Тип галоидов (фториды, хлориды)
5. Тип органических соединений

Физические свойства минералов.

При подробном изучении минералов исследуют их химический состав, расположение атомов, образование кристаллов, форма и свойства которых зависят от закономерностей расположения атомов и молекул. При этом используют современные химические, физические и оти-ческие методы исследования. Однако минералы часто можно определять в полевых условиях, используя восемь внешних признаков, основанных на физических свойствах: цвет, цвет черты, прозрачность, блеск, твердость, плотность, спайность и излом.
Цвет зависит от химического состава и физического состояния минералов и может быть самым разным. У одного и того же минерала цвет более или менее постоянный.

Цвет черты — цвет минерала в раздробленном состоянии — обычно определяют на шероховатой поверхности фарфоровой чашки. Он может отличаться от цвета самого минерала.

Прозрачность — способность минерала пропускать свет. Различают прозрачные (хрусталь, кальцит), полупрозрачные, просвечивающие (опал) и непрозрачные (авгит, лимонит, боксит) минералы.

Блеск — способность минерала отражать свет. Различают блеск металлический (пирит, железо), стеклянный (кварц, полевой шпат), жирный (графит, тальк), шелковистый (волокнистый гипс, асбест), матовый; землистые минералы не имеют блеска.

Твердость — способность противостоять разрушению при царапании одного минерала о другой. Различают десять степеней твердости, для установления которых используют набор mинералов шкалы Маоса.

При определении твердости на невыветренной стороне минерала чертят последовательно каждым образцовым минералом до тех пор, пока не обнаружится царапина. Твердость искомого минерала будет находиться между твердостью двух последних образцовых (из шкалы Маоса) минералов: последнего, не дающего царапины, и первого, образующего царапину на испытуемом минерале; при равной твердости минералы царапин не образуют.

Твердость можно определять предметами, находящимися под рукой, например мягким карандашом, который имеет твердость 1, ногтем — 2, бронзовой монетой — 3,5—4,0, стеклом—5, перочинным ножом — 6, напильником — 7.
Плотность определяют в лаборатории. При полевом исследовании минералы по плотности разделяют на легкие, средние и тяжелые. Легкие (до 2,5 г/см3) — графит, сера; средние (2,5 — 4,0 г/см3)—кварц, полевой шпат; тяжелые (более 4 г/см3)—гематит, магнетит и очень тяжелые — свинцовый блеск.

Спайность — свойство минералов колоться по плоскостям, имеющим строго ориентированное направление по осям и граням. При расколе по направлению плоскостей спайности возникают ровные блестящие поверхности. Таких поверхностей может быть от одной до трех. Различают спайность весьма совершенную, если минерал расщепляется на тонкие листочки или волокна (асбест, слюды); совершенную — минералы раскалываются на пластинки с блестящими плоскостями в трех направлениях и несовершенную — минералы раскалываются с образованием блестящей поверхности в одном направлении, а в других образуют излом. У значительного числа минералов образуется излом, т. е. спайность отсутствует.

Излом — характер поверхности, образующейся при раскалывании минерала. Различают изломы ровный, неровный, раковистый, занозистый, землистый.
Главнейшие минералы и их свойства. Из 3 тыс. минералов около 20 имеют наибольшее распространение, участвуя в образовании горных пород и почв. Наиболее распространенными породообразующими минералами являются полевые шпаты (60% всех минералов), кварц (около 10%), пироксены,оливин,слюды. В почвах наиболее часто встречаются кварц, полевые шпаты, гидроокислы железа, кальцит, монтмориллонит, каолинит и др. Ниже приводится краткое описание минералов, наиболее распространенных в почвах и породах.
Пирит FeS2 (железный колчедан)—сернистое соединение, соломенно-желтый, черта черпая, непрозрачный, блеск металлический, плотность 5 г/см3, твердость 6—6,5, спайность совершенная, излом неровный. Происхождение гидротермальное.
К галоидным соединениям относятся каменная соль, сильвинит, карналлит. Каменная соль NaCl очень часто встречается в природе. Растворима в воде. Бесцветна, сероватого, белесоватого, розоватого оттенков, прозрачна, блеск стеклянный, плотность 2,1—2,2 г/см3, твердость 2,5, спайность совершенная, излом ровный, образуется в мелководных соленых водоемах, осадочный минерал химического происхождения.

В состав окислов входят кварц, лимонит, боксит и др.

Кварц  составляет 10% всей массы земной коры. К этой же группе относятся горный хрусталь, аметист, опал. Цвет различный, прозрачный, полупрозрачный, блеск стеклянный, плотность 2,65 г/см3, твердость 7, спайность отсутствует, излом раковистый. При выветривании кварца образуются песок, пыль.

Лимонит  — очень часто встречающийся минерал, содержащийся в почвах. Цвет ржаво-бурый, черта ржавая, бурая, непрозрачный, излом землистый, плотность 3,4—4 г/см3, твердость 5. Встречается в виде плотных землистых масс. Имеет осадочное происхождение, образуется при выветривании магнетита н гематита. Используется в качестве железной руды.

Боксит — красный, розовый, белый в зависимости от присутствия железа, часто глиноподобиый, плотность 2 г/см3, твердость 3. Лимонит и боксит образуются в почвах в форме полуторных окислов. Имеют осадочное происхождение.

Кальцит, или известковый шпат, — белый, желтый, сероватый, полупрозрачный, матовый, блеск шелковистый или стеклянный в зависимости от степени кристаллизованности, плотность 3 г/см3, твердость 3—3,5, спайность совершенная. Углекислый кальций является основным минералом многих горных пород. К ним относятся известняки, ракушечники, мраморы. Происхождение СаСОз различное.Используется в качестве известкового удобрения, поделочного и строительного камня.

Доломит — разного цвета (от белого до бурого), полупрозрачный, блеск матовый, стеклянный, шелковистый, плотность 2,8— 2,9 г/см3, твердость 2,5—4,0, спайность совершенная, излом неровный. Встречается в виде мраморовидпых масс, а в почвах — в форме вторичных минералов. Осадочного происхождения. Используется как удобрение.
Силикаты и алюмосиликаты составляют 80% массы земной коры. Наибольшее распространение имеют полевые шпаты: ортоклаз, анортит, альбит, микроклин и Лабрадор.

Ортоклаз — розовый, кремовый, реже серый, полупрозрачный, блеск стеклянный, плотность 2,6 г/см3, твердость 6, спайность совершенная, излом ровный.

Микроклии — это ортоклаз с примесью рубидия и цезия, всегда имеет зеленоватый цвет.

Альбит  — имеет такие же свойства, как ортоклаз, цвет белый.

Анортит — серый, полупрозрачный, блеск стеклянный, плотность 2,7 г/см3, твердость 6,0—6,5, спайность совершенная.

Мусковит  — бесцветный, прозрачный, блеск стеклянный, плотность 2,7—3 г/см3, твердость 2—3, спайность весьма совершенная, распадается па листочки.

Биотит  — черная железо-магнезиональная, черпая или черно-зеленая слюда в толстых пластинках. Непрозрачна, блеск стеклянный или перламутровый, плотность 3 г/см3, твердость 2,5—3,0, спайность весьма совершенная в одном направлении. Входит в состав горных пород: гранитов, трахитов, гнейсов.

Оливин  — оливково-зеленый, блеск стеклянный, плотность 3,3—3,4 г/см3, твердость 6,5—7,0, спайность несовершенная, излом неровный.

Роговая обманка  — чаще всего черный, темно-зеленый, непрозрачный, блеск шелковистый, игольчатый, плотность 3—3,5 г/см3, твердость 5,5—6,0, спайность совершенная, излом занозистый. Входит в состав многих горных пород.

Авгит —  — черный, зеленовато-черный, кристаллы мелкие, сплошные, плотность 3,2—3,6 г/см3, твердость 5,5—6,0.

Из всех вышеперечисленных силикатов и алюмосиликатов образуются глинистые минералы почв.

ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

При различных процессах, протекающих как в недрах Земли, так и на ее поверхности, образуются соединения, сплавы, механические смеси, состоящие из нескольких минералов, называемые горными породами. Горные породы классифицируют по происхождению и химическому составу.
По происхождению выделяют магматические, осадочные и метаморфические породы.

Магматические горные породы подразделяют на интрузивные — глубинные и эффузивные — излившиеся.
Интрузивные горные породы образуются в недрах земли в условиях высоких давлений и очень медленного остывания. Они обычно имеют ясно выраженную кристаллическую структуру. Эффузивные горные породы образуются при излияний на поверхность Земли расплавленной магмы, которая быстро остывает в условиях относительно невысоких температур и давления.

Осадочные горные породы образуются при механическом и химическом разрушении магматических пород под действием воды, воздуха и органического вещества.

По происхождению они делятся на три группы: обломочные, химические и органические.
Обломочные горные породы образуются при процессах разрушения, переноса и отложения обломков горных пород. Это чаще всего каменистые осыпи, галечники, пески, суглинки, глины и лёссы. Обломочные породы по крупности разделяются на крупнообломочные, или грубооб-ломочные, размером более 2 мм (остроугольные обломки — дресва, щебень, сцементированные глинистыми сланцами, образуют брекчии, а окатанные — гравий, галька — конгломераты), среднеобломочные размером от 2 до 0,5 мм (образуют пески), мелкообломочные, или пылеватые (образуют лёссы), тонкообломочные, или глинистые, размером менее 0,001 мм (при уплотнении превращаются в глинистые сланцы).
Осадочные породы химического происхождения — соли и отложения, образующиеся в насыщенных водных растворах, — имеют слоистое строение, состоят из галоидных, сернокислых ц карбонатных минералов. Они могут образовываться в смеси с обломочными и органическими отложениями. К ним относятся каменная соль, гипс, карналлит, опоки, мергель, фосфориты, железо-марганцевые конкреции и т. д. Опоки представляют смесь аморфного кремнезема и глинистого вещества, легко раскалываются на острореберные обломки светлой окраски, нередко режутся ножом.

Горные породы органического происхождения широко распространены в природе — это остатки животных и растений: кораллы, известняки, ракушечники, радиоляриевые, диатомовые и различные черные органические илы, торф, каменные и бурые угли, нефть.
Метаморфические горные породы — это магматические и осадочные горные породы, измененные температурой, давлением и химически активными веществами. Метаморфоз горных пород происходит под влиянием давления, возникающего при горообразовательных процессах, повышения температуры, вызванного внедряющейся в литосферу магмой, горячих водных растворов и газов, несущих новые химически активные соединения, а также давления вышележащих горных пород. Так, при накоплении осадочных горных пород мощностью 10— 14 км нижние слои их испытывают огромное давление, сопровождающееся повышением температуры и перекристаллизацией всего материала. В результате из глин образуются сначала сланцы, а затем гнейсы, напоминающие по составу гранит. Состав гнейсов различен. Из песков в присутствии соединений железа сначала образуются песчаники, очень легко рассыпающиеся при приложении небольших усилий, а затем кварциты, т. е. кристаллическая горная порода. Кварциты и гнейсы сохраняют слоистое строение, характерное для осадочных пород. Известняки при перекристаллизации образуют мрамор.
Таким образом, процессы метаморфизма (превращения) как бы заключают цикл изменений, происходящих с горными породами.

Отредактировано Арихина Мария (2011-11-08 19:57:20)

Морфологические особенности минералов
В природе твердые минералы в главной своей массе распространены в виде неправильной формы зерен, не имеющих кристаллических граней, но обладающих независимо от этого и от их размеров внутренним кристаллическим строением. Хорошо образованные кристаллы, т. е. индивиды, ограниченные естественными гранями, встречаются несравненно реже. Находки их представляют интерес в том отношении, что в распоряжении исследователя увеличивается число признаков, по которым может быть определен минерал. Существуют даже специальные определители минералов по их кристаллографическим формам.
Облик кристаллов (габитус). Исходя из того, что любое тело в пространстве имеет три измерения, среди разнообразных форм кристаллов прежде всего выделяют следующие основные типы:

Рис. 1. Кристаллы магнетита октаэдрического облика в хлоритовом сланце
Изометрические формы, т. е. формы, одинаково развитые во всех трех направлениях в пространстве. Примером их могут служить: ромбические додекаэдры граната, октаэдры магнетита (рис. 11), кубы пирита (рис. 12) и др.

Рис.2. Кристалл пирита с наросшими кристалликами тетраэдрита (на углу) и галенита (на верхней грани справа). Березовское месторождение (Урал)
Формы, вытянутые в одном направлении, т. е. призматические, столбчатые (рис. 13), шестоватые, игольчатые (рис. 14), волосистые кристаллы, волокнистые образования. Например: кристаллы аквамарина, турмалина, рутила, асбест и др.

Рис.3. Столбчатый кристалл эпидота и агрегат волосистых кристаллов биссолита (разновидность актинолита)
Формы, вытянутые в двух направлениях при сохранении третьего короткого. Сюда следует отнести таблитчатые, пластинчатые, листоватые и чешуйчатые кристаллы. Таковы, например, наблюдающиеся толстопластинчатые кристаллы барита, слюд, хлоритов. В тонкопластинчатых и чешуйчатых кристаллах часто встречаются гематит, урановые слюдки и др.

Рис.4. Вростки игольчатого турмалина в прозрачном кварце. Невьянские россыпи (Урал)
Широко распространены и переходные между этими основными типами формы. Например: боченковидные кристаллы корунда, скаленоэдрические кристаллы кальцита и других минералов являются промежуточными между первым и вторым типами; уплощенные кристаллы сфена и монацита представляют промежуточную форму между первым и третьим типами; несколько вытянутые в одном направлении пластинчатые кристаллы гипса представляют что-то среднее между вторым и третьим типами.

Рис.5. Кристаллический дендрит самородной меди, состоящий из ряда вытянутых двойников. Турьинские рудники (Урал)
Кроме того, существуют сложные формы кристаллов, например кристаллические дендриты (рис. 15), или вообще неправильной формы кристаллические образования (рис. 16).

Рис.6. 'Проволочное' самородное серебро на кристаллах кальцита. Конгсберг (Норвегия)
Хотя далеко не все минералы сразу легко узнать по формам их кристаллов, однако для ряда минералов форма кристаллов настолько характерна, что она является важнейшим диагностическим признаком. Например, призматические кристаллы кварца, усеченные гранями ромбоэдра и трапецоэдра, всегда легко узнаются, независимо от того, в какой цвет они окрашены. Типичны также кубические или пентагон-додекаэдрические кристаллы пирита, октаэдрические кристаллы шпинели, магнетита, ромбо-додекаэдрические кристаллы граната и др.

Характерные черты форм кристаллов нашли свое отражение в самих названиях ряда минералов. Примеры: актинолит (по-гречески - лучистый камень), гранат (от латинского слова "гранум" - зерно), лепидолит ("лепис" по-гречески - чешуя), аксинит ("аксине" по-гречески - топор), корундофиллит ("филлон" по-гречески - лист), хризотил (по гречески - золотистое волокно) и др.

Рис.7. Двойник флюорита. Индивиды прорастают друг друга по (111)
Двойники. Многие минералы встречаются в виде правильных срастаний одиночных кристаллов, которые носят название двойников (рис. 17), тройников и т. д. Для некоторых минералов такие образования довольно типичны и нередко облегчают их диагностику. Таковы, например, коленчатые двойники рутила и касситерита, так называемые "ласточкины хвосты" гипса (рис. 18), тройники хризоберилла, крестообразные двойники ставролита ("ставрос" по-гречески - крест) и др.

Рис.8 Двойник гипса по (100) - 'ласточкин хвост'
Изредка встречаются закономерные сростки различных минералов, близких по составу или по форме образующихся кристаллов. Закономерная ориентировка срастающихся кристаллов обусловлена общностью или близостью строения плотно упакованных плоскостей срастания.
Штриховатость.  Нередко грани кристаллов не совсем ровны - покрыты бороздами или штрихами. Для ряда минералов это свойство весьма постоянно и служит также одним из диагностических признаков.
У одних минералов наблюдается параллельная ориентировка штрихов (например, у кварца), у других она пересекается под определенными углами (на гранях кубических кристаллов перовскита). У одних минералов она проявляется вдоль вытянутости кристаллов (например, у турмалина, эпидота), у других - поперек (например, на призматических гранях кварца). Для кубических кристаллов пирита (рис.2) весьма характерно, что штрихи одной грани расположены перпендикулярно по отношению к каждой соседней грани.
Штриховатость граней может быть различного происхождения:
1)комбинационная, обусловленная многократным повторением узких вицинальных граней (алмаз, турмалин),
2)двойниковая-как результат полисинтетического сложения кристаллов (сфалерит, иногда плагиоклазы и др.).

Механические признаки.

Твердость.
Твердость минерала является его характерным свойством и помогает его индентификации. Традиционно твердость, которой оперируют минералоги, определяется путем царапания, когда оценивается способность острого края одного минерала оставить след на ровной поверхности другого. Такая проверка основывается на ряде минералов, подобранных в 1824 г. австрийским минералогом Ф. Моосом (1773-1839) и пронумерованных им от 1 до 10 в порядке увеличения твердости. Каждый минерал оставляет царапину на тех минералах, которые имеют меньший номер в этой шкале, но не производит такого воздействия на минералы с большим номером. Эталонами послужили следующие минералы:

Шкала твердости Мооса

1. Тальк 6. Ортоклаз

2. Гипс 7. Кварц

3. Кальцит 8. Топаз

4. Флюорит 9. Корунд

5. Апатит 10. Алмаз

Моос прекрасно сознавал, что интервалы твердости в его шкале неравноценны, но он отмечал, что это не должно приуменьшить ее полезность, и практика подтвердила его точку зрения.
К перечню эталонных минералов можно добавить для удобства следующие полезные при практических определениях средства: ноготь большого пальца, который у большинства людей царапает гипс, но не кальцит, хорошего качества острие перочинного ножа, которое слегка царапает ортоклаз, и обычное оконное стекло, которое может царапаться ортоклазом и легко царапается кварцем.
Для определения твердости необходимо иметь в своем распоряжении обломки минералов указанной шкалы. Каждый обломок можно вмонтировать с помощью эпоксидной смолы в конец короткой металлической трубки, т. е. изготовить набор «карандашей» для определения твердости, которыми удобно пользоваться. Для определения твердости нужно выбрать ровную поверхность, что бывает трудно, так как многие минералы являются хрупкими и края их неровных участков могут крошиться, что затрудняет точное определение твердости. Когда царапина или другой отпечаток оставлены на ровной поверхности, то видно, что, несмотря на хрупкость, испытуемый минерал поддается пластической деформации под воздействием острого края эталонного минерала. Царапину следует проводить короткими осторожными движениями, чтобы не испортить образец. Когда проверяемый минерал близок по твердости к стандарту, оставленный след необходимо слегка протереть и рассмотреть под лупой, чтобы убедиться, что царапина действительно была сделана.
Соотношение твердости по шкале Мооса с твердостью, полученной методом микровдавливания.
Существует стандартный метод определения твердости металлов посредством вдавливания в их поверхность под известной нагрузкой пирамидального алмазного наконечника и последующего измерения поперечника образовавшейся вмятины (см. разд. 7.9.2). Этот метод можно с успехом применить к хрупким минералам, которые испытывают пластическую деформацию под локальной нагрузкой, и использовать для сравнения со шкалой твердости Мооса.
Результаты опытов по проведению царапины на металлах показывают, что твердость оставляющего на их поверхности след наконечника должна быть приблизительно в 1,2 раза больше твердости поверхности. Если это так, то по мере возрастания твердости интервалы между стандартами на шкале Мооса будут систематически возрастать, поскольку в идеале каждый стандарт должен иметь твердость по крайней мере в 1,2 раза большую, чем предыдущий. Если результаты определения твердости входящих в шкалу Мо-оса минералов, полученные методом микровдавливания (MB), сопоставить с числами, которые им присвоил Моос, то будет видно, что интервалы действительно увеличиваются закономерно, за исключением чрезвычайно большого интервала между корундом и алмазом (рис. 6.3). Хотя в значениях твердости, найденных методом MB различными исследователями, наблюдается некоторый разброс, можно говорить о том, что каждый стандартный минерал шкалы Мооса вплоть до корунда (№ 9) в 1,6 раза тверже предыдущего.

Рис. 9. Зависимость между шкалой твердости Мооса и результатами, полученными методом микровдавливания.
Это свидетельствует о том, что Моос отбирал свои минералы с большой тщательностью и искусством, чтобы получить не равные, а обоснованные интервалы своей шкалы. Исключение составляет алмаз, который по твердости значительно превышает все остальные стандартные минералы.
Твердость, подобно другим физическим свойствам, зависит от анизотропии структуры минералов и варьирует по разным направлениям. Это справедливо даже для кубических минералов. За исключением нескольких случаев (например, у кианита Тв. = 4 : 5 на плоскости (100), параллельной оси ж, 6 -г 7 на плоскости {100}, параллельной оси у, и 7 на плоскости {010}), разница не настолько велика, чтобы ее стоило учитывать. У алмаза, однако, разница в твердости на различных гранях значительна, что и позволяет осуществлять его огранку посредством шлифовки алмазным порошком.
Твердость различных групп минералов
Представляется полезным привести некоторые обобщенные данные о твердости минералов.
Самородные элементы, не считая ярчайшего исключения, представленного алмазом, обычно являются мягкими. Вместе с тем платина (Тв. = 4 : 4,5) и железо (Тв. = 4,5) достаточно твердые; еще большей твердостью обладает иридосмин (Тв. = 6 : 7). Соединения тяжелых металлов (серебра, меди, свинца, висмута и ртути) являются мягкими (Тв. < 4).
Большинство сульфидов и сульфосолей относительно мягки, хотя у обычного дисульфида железа — пирита — Тв. = 6 : 6,5. Галогениды мягкие.
Карбонаты и сульфаты обычно мягкие. Фосфаты обладают промежуточными значениями твердости (Тв. ~ 5).
Безводные силикаты чаще всего твердые (Тв.= 5,5 : 8), а водные силикаты (слюды, цеолиты) мягче.
Оксиды, как правило, твердые, а гидроксиды, наоборот, относительно мягкие.

Спайность.
Наблюдающаяся у многих минералов способность раскалываться по отдельным плоскостям атомов в структуре свидетельствует о том, что вдоль этих плоскостей силы связи оказываются более слабыми, чем вдоль других направлений.
Плоскости спайности всегда обладают высокой плотностью атомов и во всех случаях параллельны возможным граням кристалла. Одновременно они являются кристаллографическими плоскостями и определяются соответствующими индексами Миллера. Спайность выявляют, прослеживая регулярные системы трещин в прозрачных минералах, таких, как флюорит или кальцит, либо ровные отражающие плоскости, образующиеся при раскалывании кристаллов, что наблюдается у полевых шпатов, пироксенов и слюд. Это неизменное и надежное свойство, которое порой оказывается хорошим средством, позволяющим установить симметрию минералов. Следы плоскостей спайности играют важную роль реперных направлений при оптическом изучении ксеноморфных зерен (т. е. не имеющих хорошо выраженных граней) под микроскопом.
В зависимости от легкости, с которой минералы раскалываются по определенным плоскостям, спайность обозначается следующими терминами:
весьма совершенная: крайний случай раскалывания, когда его даже трудно предотвратить — спайность у слюды, параллельная плоскости {001}, или у молибденита вдоль плоскости {0001};
совершенная: раскалывание происходит легко, например у флюорита по {111}, кальцита по {1011}, барита по {110}; средняя: как у ортопироксена вдоль {110}; несовершенная: отмечается у фторапатита и других минералов группы апатита параллельно {0001}.
Другие виды спайности относятся к трудноразличимым.
Отдельностью называют свойство минералов раскалываться по определенным дискретным плоскостям в противоположность спайности, которая проявляется вдоль любой из плоскостей, находящихся на межатомных расстояниях. Отдельность нередко связана с наличием пластинчатых вростков в кристаллах, возникающих в результате экссолюции по определенным кристаллографическим плоскостям в минерале-хозяине. Она наблюдается, например, в некоторых авгитах, которые содержат пластинчатые выделения пижонита или ортопироксена, параллельные {001}
Знание атомной структуры минерала часто позволяет объяснить направление спайности. Это хорошо видно у слюд, где пространственное расположение атомов характеризуется наличием плоскостей, параллельных {001}. Плоскости группируются в сложные слои , состоящие из соединенных угловыми узлами тетраэдров SiO4, которые в свою очередь связаны вершинами со слоем октаэдров AlO6 (или MgO6, или Fe2+O6), имеющих общие ребра. Последовательно расположенные сложные слои соединяются друг с другом посредством слабых связей с K+, который находится в 12-кратной координации. Таким образом, единственный заряд у K+ делится между 12 окружающими его ионами, и поэтому каждая связь является электростатически ослабленной. Отсюда легко понять наличие у слюд спайности вдоль плоскостей с ионами K+.

Рис.10. Весьма совершенная спайность слюды

Рис. 11. Совершенная спайность каменной соли

Излом.
Если минерал раскалывается не вдоль плоскости спайности, а по другим направлениям, то поверхность излома может обладать характерными особенностями.
Наиболее распространенную разновидность представляет собой раковистый излом. Исследуемый минерал при ударе раскалывается по вогнутым поверхностям с характерными гребнями, располагающимися приблизительно концентрически вокруг места удара, причем вся поверхность напоминает створку раковины моллюска. Такой излом наблюдается у стекол и наиболее ярко проявляется у вулканического стекла — обсидиана (рис. 6. 4), который является породой, а не минералом. Раковистый излом легко дает скрытокристалличе-ский кварц в виде кремня1, и первобытные люди использовали это его свойство для изготовления орудий труда с острыми режущими краями, которые образуются пересекающимися поверхностями излома. Среди известных минералов раковистый излом наблюдается у кварца и оливина.
Из других, менее известных видов излома следует упомянуть ровный, неровный и занозистый Последний термин применяется к поверхностям с небольшими, но острыми и зазубренными неровностями.

Рис 12. Раковистый излом у обсидиана

Рис.13.Раковистый излом обсидиана

Физические и оптические признаки.
Цвет.

Цвет является важным диагностическим признаком при определении минералов, однако им нужно пользоваться осторожно, так как кроме собственной окраски, присущей данному веществу, цвет может меняться от примесей и целого ряда других причин.

1.Фиолетовый - аметист
2.Синий - азурит
3. Зеленый - малахит
4.Желтый - аурипигмент
5.Оранжевый - крокоит
6.Красный - киноварь (в порошке)
7. Бурый-пористые - разности лимонита
8. Желто-бурый-охристые - разности лимонита
9.Оловянно белый - арсенопирит
10.Свинцово-серый - молибденит
11.Стально-серый - блеклая руда
12.Железно-черный - магнетит
13.Индигово-синий - ковеллин
14.Медно-красный - самородная медь
15.Латунно-желтый - халькопирит
16.Металлически золотистый - золото

Блеск.

Блеск минералов зависит от различной силы отражения, поглощения или преломления света. Различают блеск металлический, когда минерал по блеску и внешнему виду похож на металл; металлический блеск присущ металлам, соединениям тяжелых элементов с серой, окислам железа. Эти минералы совершенно непрозрачны, даже в осколках, и имеют черную или темно окрашенную черту на фарфоровой пластинке. Металловидный или полуметаллический блеск имеют темноокрашенные минералы, дающие, однако, более слабую темную или цветную густо окрашенную черту (например хромит, лимонит). Неметаллический блеск имеют прозрачные, бесцветные или светлоокрашенные минералы. Они дают белую или светлоокрашенную черту. Различают следующие разновидности неметаллического блеска: стеклянный (кварц, кальцит, гипс), алмазный (алмаз, сфалерит, киноварь) жирный (элеолит), перламутровый (слюда, тальк) и шелковистый (малахит, асбест).

Прозрачность.

Прозрачностью называется свойство вещества пропускать сквозь себя свет. Хотя абсолютно непрозрачных тел не существует, однако многие минералы, особенно металлы (даже в тонких пленках), видимые лучи пропускают в столь малых количествах, что практически кажутся совершенно непрозрачными. Точно так же не существует и абсолютно прозрачных материальных сред, т. е. таких, которые совершенно не поглощали бы пропускаемого через них света. Одна из самых прозрачных сред - чистая вода - в толстом слое имеет явно голубой цвет, что свидетельствует о существенном поглощении лучей красного конца спектра видимого света.
Одна часть падающего на данное тело светового потока отбрасывается, или отражается, а другая-вступает внутрь среды.
Как известно, вступивший в данную среду луч света меняет свою скорость, преломляется и по мере проникновения вглубь постепенно расходует свою энергию на превращение ее в другие виды энергии (преимущественно тепловую), благодаря чему количество света постепенно уменьшается, т. е. происходит поглощение (абсорбция) света.
Таким образом, интенсивность вышедшего из данной среды света (I) будет более ослабленной по сравнению с интенсивностью вступившего света (IO). Иначе говоря, отношение I: IO = а будет всегда правильной дробью. Величина а называется коэфициентом прозрачности данной среды при толщине слоя, равной единице (1 см). Она зависит от химической природы вещества и длины волны света (но не от силы света). Чем ближе эта величина к единице, тем более прозрачен минерал, и наоборот.
В зависимости от степени прозрачности все минералы, наблюдающиеся в крупных кристаллах, делят на следующие группы:
прозрачные - горный хрусталь, исландский шпат (рис. 19), топаз и др.;
полупрозрачные - изумруд, сфалерит, киноварь и др.;
непрозрачные - пирит, магнетит, графит и др.

Рис. 14. Двупреломляющий прозрачный исландский шпат (CaCO3)
Многие минералы, кажущиеся в больших кристаллах или обломках непрозрачными, просвечивают в тонких осколках или тонких шлифах (биотит - черная слюда, рутил и др.).

Цвет черты.

Под этим термином подразумевается цвет тонкого порошка минерала. Этот порошок легко получить, если мы будем проводить испытуемым минералом черту на матовой (неглазурованной) поверхности фарфоровой пластинки, называемой бисквитом. Порошок получается в виде следа на пластинке, окрашенного в тот или иной, характерный для данного минерала цвет.
Этот признак по сравнению с окраской минералов является горазда более постоянным, а следовательно и более надежным диагностическим признаком.
Цвет черты или порошка в ряде случаев совпадает с цветом самого минерала. Например, у киновари окраска и цвет порошка красные, у магнетита - черные, у лазурита - синие и т. д. Для других минералов наблюдается довольно резкое различие между цветом минерала и цветом черты. Из числа известных в природе минералов такое различие мы наблюдаем, например, у гематита (цвет минерала стально-серый или черный, черта - красная), у пирита (цвет минерала латунно-желтый, черта - черная) и т. д.
Большинство прозрачных или полупрозрачных окрашенных минералов обладает бесцветной или слабоокрашенной чертой. Поэтому наибольшее диагностическое значение цвет черты имеет для непрозрачных или полупрозрачных резко окрашенных соединений.
В природе нередко один и тот же минерал встречается то в плотных, то в порошковатых разностях. Цвета их в ряде случаев сильно отличаются друг от друга. Примерами могут служить: лимонит (гидроокись железа) - в плотных массах черный, в порошковатых (в виде охры) - желто-бурый: гематит (безводная окись железа) - в кристаллической разновидности почти черный, а в порошковатых разностях - яркокрасный и т. д. В других случаях цвет минерала в плотных кристаллических массах и в диспергированном состоянии одинаков; например, у малахита он и в том и в другом виде зеленый, у азурита - синий, у киновари - красный, у аурипигмента - ярко-желтый и т. д.
Следует упомянуть, что аллохроматическая окраска многих полупрозрачных минералов, вызванная примесями в виде дисперсной фазы тех или иных соединений, в сущности отвечает цвету этих соединений в порошковатом состоянии. Таковы, например, желто-бурые и бурые опалы, окрашенные гидроокислами железа, красные яшмы, густо проникнутые тонкораспыленной безводной окисью железа и т. д.

Плотность.

Плотность минералов изменяется от 0,8–0,9 (у природных кристаллических углеводородов) до 22,7 г/см3 (у осмистого иридия).
Плотность определяется формулой  p = m/V, где m – масса тела (m=F/g), V – объем.
При макроскопическом определении минералов  она оценивается приблизительным сравнением в руке, на основании чего минерал можно отнести к одной из условных групп плотности:
легкие – < 2,5 (гипс);
средние – 2,5–4,0 (кварц, полевые шпаты);
тяжелые  – 4,0–8,0 пирит, халькопирит);
очень тяжелые – > 8,0 (киноварь).
Преобладают минералы с плотностью 2,5–4,0 г/см3.
Плотность минералов возрастает:
с ростом компактности кристаллической структуры;
с увеличением атомного номера слагающих его химических элементов;
с уменьшением их ионных радиусов.
Минералы переменного химического состава имеют непостоянную плотность.
Минералы обладают и другими свойствами, такими как магнитность, люминесценция, ковкость, хрупкость, упругость, радиоактивность, растворимость и др.

Химические признаки.

Растворимость в воде.

Водорастворимых минералов очень немного. Кроме хлоридов — минералов соляных месторождений (галита, сильвина, карналлита и др.), можно назвать еще нашатырь NH4C1 (типичный минерал вулканических возгонов), бишофит MgCl2*6H2O, ряд сульфатов (тенардит, мирабилит, полига лит и др.), карбонатов (таких как содовые минералы: трона, натрон, термонатрит) и нитратов (селитры), некоторые бораты (в том числе бура и сассолин — природная борная кислота, в холодной воде растворяющаяся слабо, но в теплой — очень хорошо). Некоторые минералы медленно растворяются в воде в естественных условиях; к их числу относятся прежде всего кальцит и гипс, растворение которых дождевыми и текучими водами приводит к развитию карста (образованию карстовых воронок, провалов, пещер и т.п.), а также фториды виллиомит NaF и криолит Na3AlF6, довольно быстро полностью или частично выщелачиваемые дождями и талыми водами из поверхностного слоя содержащих их горных пород, так что на месте этих минералов остаются лишь пустоты характерной формы. В частности, растворимость криолита при комнатной температуре (25°С) составляет 0,042%, а при 50°С 0,079%. Многие водорастворимые минералы (в основном хлориды, сульфаты, карбонаты, осаждающиеся из воды соляных озер и лагун), а также нитраты образуют на суше, в районах с аридным климатом, различные эфемерные выделения — выцветы, налеты и т.п., исчезающие в периоды дождей. Хорошая растворимость в воде в сочетании с испытанием раствора на вкус (с помощью языка) — ценный диагностический признак. Стоит заметить, что большинство минералов, хорошо растворяющихся в воде, в той или иной степени гигроскопичны и на влажном воздухе просто расплываются.

Взаимодействие с соляной кислотой.
Только карбонаты могут взаимодействовать с соляной кислотой.Например - кальцит, доломит, магнезит. Взаимодействие с HCl приводит к выделению пузырьков газа.

Магнитность.
Магнитность - способность минерала притягивать железо. Этот признак характерен для магнетита, природной железосодержащей платины.

Вкус.
Этот признак характерен для сильнорастворимых в воде минералов: галит - солёный, квасцы - кислые, мирабилит - холодящий.

Дегидратация.
Дегидратация характерна для гипса и заключается в потере воды при нагревании образца или воздействие высоких давлений. Процесс протекает с уменьшением объёма образца (до 30 %). Обратный процесс - гидратация (присоединение воды) характерна для ангидрида (увеличение объёма образца).

Запах.
Это свойство появляется при трении, ударе, горении минералов.

Отредактировано Виктория Ефтене (2011-11-09 16:46:23)

Скальные грунты
Их типы устанавливаются по их петрографическому составу на основании качественных характеристик (минеральный состав, структурно-текстурные признаки).
Вид скальных грунтов устанавливается также по качественным показателям-структурно-текстурным признакам, составу цемента и примесей. Так, например:
По структуре выделяются грунты- крупно-,средне и мелкокристаллические; по текстуре-массивные, полосчатые, слоистые, сланцеватые; по составу цемента- кремнистые, железистые, карбонатные, глинистые, гипсовые и др.;
По составу примесей-окаменелые, ожелезененные, глинистые и др.
А так же все разновидности скальных грунтов различаются по количественным критериям, характеризующим прочность, степень засоленности, размягчаемость и растворимость в воде, температуры и содержания льда в грунте.
Приведем классификации скальных грунтов по этим признакам.
  Грунты различаются по пределу прочности в водонасыщенном состоянии:
Очень прочные - более 120;
Прочные - от 120 до 50;
Средней прочности - от 50 до 15;
Малопрочные - от 15 до 5;
Пониженной прочности - от 5 до 3;
Низкой прочности - от 3 до 1;
Весьма низкой прочности - менее 1;
  Как видно, все грунты от очень прочных до малопрочных относятся к категории скальных по инженерно-геологической классификации горных пород, а менее прочные - к полускальным по той же классификации.
   По степени засоленности полускальные грунты подразделяются на: незасоленные - содержание легко- и среднерастворимых солей менее 2% от массы абсолютно сухого грунта; засоленные - содержание таких солей 2% и более от массы абсалютно сухого грунта.
   По степени размягчаемости в воде, характеризуемой коэффициентом размягчаемости:
Неразмягчаемые - более или равно 0,75;
Размягчаемые - менее 0,75;
  По степени растворимости в воде (г/л) грунты подразделяются на;
Нерастворимые - растворимость менее 0,01;
Труднорастворимые - от 0,01 до 1;
Среднерастворимые - от 1 до 10;
Легкорастворимые - более 10.
   По температуре грунта и содержанию льда;
Немерзлые, талые - 0 и более;
Мерзлые, содержащие в трещинах и пустотах включения льда - менее 0;
Морозные, не содержащие включение льда - менее 0.
Приведенные классификации разновидностей скальных грунтов по количественным значениям указанных показателей основаны на изучении отдельных образцов грунта.

Отредактировано Сергей Киселев (2011-11-08 21:04:41)

Осадочные горные породы
Осадочные горные породы  (ОГП) — горные породы , существующие в термодинамических условиях, характерных для поверхностной части земной коры, и образующиеся в результате  переотложения  продуктов выветривания и разрушения различных горных пород, химического и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности организмов

        Горные породы, возникшие путём осаждения вещества в водной среде, реже из воздуха и в результате деятельности ледников на поверхности суши, в морских и океанических бассейнах. Осаждение может происходить механическим путём (под влиянием силы тяжести и изменения динамики среды), химическим (из водных растворов при достижении ими концентраций насыщения и в результате обменных реакций), а также биогенным (под влиянием жизнедеятельности организмов). В зависимости от характера осаждения О.Г.П. разделяются на  обломочные, химические и биогенные.
         Источником вещества для образования  горных пород  являются : продукты выветривания магматических, метаморфических и  более древних осадочных пород, слагающих земную кору; растворённые в природных водах компоненты; газы атмосферы; продукты, возникающие при жизнедеятельности организмов; вулканогенный материал (твёрдые частицы, выброшенные вулканами, горячие водные растворы и газы, выносимые вулканическими извержениями на поверхность Земли и в водные бассейны). В современных океанических осадках (красная глубоководная глина, ил и др.) и в древних осадочных породах встречается также космический материал (мелкие шарики никелистого железа, силикатные шарики, кристаллы магнетита и т.п.). Кроме того, в составе осадочных горных пород  как правило, присутствуют органические остатки (растительного и животного происхождения)
        О.Г.П. образуют пласты, слои, линзы и др. геологические тела разной формы и размера, залегающие в земной коре нормально-горизонтально , наклонно или в виде сложных складок. Внутреннее строение этих тел, обусловливаемое ориентировкой и взаимным расположением зёрен (или частиц) и способом выполнения пространства, называется  текстурой О.Г.П.  Для  большинства этих пород  характерна слоистая текстура; типы текстуры зависят от условий их образования (главным образом от динамики среды).
         Образование О.Г.П. происходит по следующей схеме: возникновение исходных продуктов путём разрушения материнских пород, перенос вещества водой, ветром, ледниками и осаждение его на поверхности суши и в водных бассейнах. В результате образуется рыхлый и пористый насыщенный водой осадок, сложенный разнородными компонентами. Он представляет собой неуравновешенную сложную физико-химическую (и частично биологическую) систему, с течением времени постепенно превращающуюся в осадочную породу.
         Классификация О.Г.П. основана на их составе и генезисе. В связи с тем, что большинство пород  полигенно, т. е. одна и та же осадочная порода может образоваться при различных процессах (например, известняки могут быть обломочными, хемогенными или органогенными), при выделении основных групп пород учитывается их состав. Различают свыше десяти групп О.Г.П. : обломочные, глинистые, глауконитовые, глинозёмистые, железистые, марганцевые, фосфатные, кремнистые, карбонатные, соли, каустобиолиты и др. Кроме основных групп, существуют породы смешанного состава — переходные между обломочными и карбонатными, карбонатными и кремнисгыми и т.п., а также Вулканогенно-осадочные породы, представляющие собой смесь обломочно-осадочного материала и твёрдых продуктов выбросов вулканов Пирокластические породы). Более детальное подразделение в пределах выделенных трупп проводится по структуре (размеру зёрен), минеральному составу и генезису.
         По химическому составу О.Г.П. отличаются от магматических пород гораздо большей дифференцированностью, широким диапазоном колебаний в содержании породообразующих компонентов, повышенным содержанием воды, углекислоты, органического углерода, кальция, серы, галоидов.
         Среди О.Г.П. преобладают глинистые (глины, аргиллиты, глинистые сланцы — около 50%), песчаные (пески и песчаники) и карбонатные (известняки, доломиты и др.) — примерно поровну, в сумме около 45%; на остальные типы приходится менее 5%.
         Образование и размещение на поверхности Земли О.Г.П. определяется главным образом климатическими и тектоническими условиями. Так, в областях гумидного климата (влажного и тёплого) образуются глинозёмистые, железистые, марганцевые породы и  различные каустобиолиты; для  аридных (засушливых) областей характерны отложения доломитов , гипса, галита, калийных солей, красноцветных пород; для нивальных областей (полярных и высокогорных) — продукты физического выветривания, представленные различными обломочными породами.
         Влияние тектонического режима не менее важно. В геосинклиналях накапливаются мощные толщи О.Г.П. , которые, как правило, характеризуются изменчивостью в пространстве и пёстрым (многокомпонентным) составом обломочного и др. материала, наличием пластов вулканогенно-осадочных пород и т.п. Наоборот, на платформах залегают небольшие по мощности толщи О.Г.П., часто с пластами, выдержанными в пространстве, с однородным (однокомпонентным) составом обломочного материала и т.п.

Минералы.

МИНЕРАЛ (от ср.-век. лат. minera — руда), природное тело, приблизительно однородное по химическому составу и физическим свойствам, образующееся в результате физико-химических процессов в глубинах и на поверхности Земли.

В настоящее время известно около 3000 минералов, и ежегодно ученые открывают все новые и новые их виды. Но лишь около 100 минералов имеют сравнительно большое практическое значение: одни — в силу их широкой распространенности, другие — благодаря особым, ценным для человека свойствам. И только четверть из них играют существенную роль в составе горных пород.

Происхождение и строение-Минералы могут образовываться по-разному. Такие широко известные минералы, как полевой шпат, кварц и слюда, кристаллизуются из огненножидких расплавов и газов преимущественно в недрах Земли, реже — из лав, излившихся на земную поверхность. Некоторые минералы образуются из водных растворов или возникают при участии организмов, некоторые — путем перекристаллизации уже существующих минералов под воздействием больших давлений и высоких температур.Все кристаллические минералы имеют решетку, и только внутреннее строение аморфных веществ лишено закономерной упорядоченности.

                                                             Свойства минералов

Минералы обладают широким разнообразием физических свойств, знание которых необходимо для точной диагностики, изучения типоморфизма, условий образования, геофизических и геохимических методов поиска и разведки месторождений, разработки эффективных методов извлечения минералов из руд и использования их в промышленности.

                                                                      Спайность

Многие минералы обладают способностью раскалываться только по определенным направлениям, это свойство называется спайностью. Спайность весьма совершенная — у слюд; совершенная — у кальцита, галенита, каменной соли (галита); средняя — у полевых шпатов; несовершенная — у апатита, кварца.

                                                                        Плотность

Плотность (в г/см3) минералов сильно меняется, выделяют минералы легкие ( от 1 до 3,5): янтарь, битумы, гипс, кварц; со средней плотностью (от 3,5 до 6,0): сидерит, малахит, пирит; тяжелые (более 6,0): церуссит, касситерит, галенит, медь, золото, минералы платиновой группы (17-23).

                                                                       Применение

Используется около 15% всех минеральных видов. Минералы служат источником всех металлов (руды черных и цветных металлов, рудных и рассеянных элементов) и других химических элементов (горно-химическое сырье), строительных материалов, природных красителей; ряд минералов является драгоценными и поделочными камнями.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

                                     
                 Минералогические музеи

Хранение, изучение и экспонирование минералов осуществляется в минералогических и отделах геологических музеев. В мире известно свыше 400 таких музеев. В России самые крупные коллекции минералов хранятся в Геологическом музее им. Ф. Н. Чернышева в Санкт-Петербурге и Минералогическом музее им А. Е. Ферсмана в Москве. Крупнейшие зарубежные минералогические коллекции известны в Австралии (Музей Министерства минерального сырья и энергетики в Канберре), в США (Национальный музей естественной истории — филиал Смитсоновского института; Геологическом музее Колорадской школы горняков в Голдене), в Великобритании (Британский музей).

МИНЕРАЛО́ГИЯ (от минерал и logos — слово, учение), наука о минералах, их составе, свойствах, особенностях и закономерностях физического строения (структуры), условиях образования, нахождения и изменения в природе.

Возникла в древности, связана с развитием горного дела. Как самостоятельная наука минералогия оформилась в эпоху Возрождения (Г. Агрикола). Термин «минералогия» введен в 1636 итальянским ученым Б. Цезием (Цезиусом).