Минералы и горные породы

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНЕРАЛЫ И ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

§ 1. ПРОЦЕССЫ ОБРАЗОВАНИЯ МИНЕРАЛОВ И ГОРНЫХ ПОРОД

Минералы и горные породы образуются в результате эндогенных (внутренних), экзогенных (внешних) и метаморфических процессов.

Эндогенные (внутренние или глубинные) процессы протекают в недрах земной коры за счет внутренней тепловой энергии Земли. Источником эндогенных образований является магма, состоящая из тугоплавких составных частей (более 90% всего состава) и летучих веществ. На различных стадиях развития магматического процесса, в зависимости от охлаждения магмы роль тугоплавких и летучих ее компонентов бывает различна. Роль давления при эндогенных процессах заключается в том, что благодаря нему в расплаве или растворе задерживаются летучие компоненты, и это обуславливает возможность образования определенных минеральных соединений. Среди эндогенных процессов выделяют магматические, пегматитовые, пневматолитовые, гипротермальные.

Магматические процессы. Минералообразование при магматических процессах происходит за счет магмы (силикатного расплава) при остывании ее и кристаллизации. По мере охлаждения из магмы первыми образуются отдельные кристаллы минералов, имеющих высокую температуру плавления - это, главным образом железомагнезиальные силикаты, бедные кремнекислотой. В дальнейшем количество образующихся из магмы минералов прогрессивно возрастает, отдельные кристаллы уже не могут развиваться свободно, и форма их определяется формой кристаллов, выпавших из расплавов раньше.

По условиям образования магматические породы делятся на:

интрузивные, застывшие на глубине и имеющие полнокристаллическую структуру;

эффузивные, излившиеся на поверхность земли в виде лавы и, вследствие ее быстрого остывания, не полностью раскристаллизованные.

Принято считать, что температура кристаллизации в интрузивных условиях лежит в пределах 700 - 900°С и в лавах 1000 - 1200°С.

Пегматитовые процессы. После кристаллизации основного объема магмы и образования интрузивных магматических пород сохраняется небольшая часть жидкого силикатного расплава, обогащенного летучими компонентами (остаточный силикатный расплав). Летучие компоненты снижают вязкость и температуру кристаллизации богатого ими расплава. В конце застывания магматических масс такой расплав под давлением летучих веществ проникает в оболочку интрузии или за ее пределы в окружающие интрузию породы, где и происходит его кристаллизация. Таким образом, возникают пегматитовые жилы. Пегматиты приурочены, как правило, к верхней части магматических массивов, и их минералы кристаллизуются в своей главной массе в температурном интервале 500 - 700°С.

Пневматолитовые процессы происходят за счет избыточного накопления летучих веществ в расплаве. При этом начинается выделение минералов за счет летучих веществ в газовой фазе, которые реагируют между собой с ранее обязывавшимися минералами. В последнем случае часто происходит замещение одного минерала другим иного химического состава. Такой процесс замещения носит название метасоматоза. Замещение может происходить в ходе реакции твердого тёла с расплавом, газовым веществом или раствором.

Пневматолитовые процессы протекают в температурном интервале от 200 - 500°С.

Гидротермальные процессы протекают при участии горячих водных растворов, восходящих из магматических очагов. Циркуляция таких растворов происходит по трещинам, и разломам, где при постепенном снижении температуры и давления формируются гидротермальные жилы. Различают высокотемпературные (200 - 300°С) и низкотемпературные гидротермы (менее 100°С).

Метаморфические процессы связаны с изменением; ранее образовавшихся минералов и минеральных ассоциаций в результате изменения физико-химических условий. Главными факторами, влияющими на изменение минералов, являются давление и температура, а также газообразные и летучие вещества.

Экзогенные (внешние) процессы или гипергенные (поверхностные) происходят на поверхности земли при относительно низких температурах и давлении. Продукты экзогенных процессов являются вторичными, образовавшимися за счет разрушения ранее существовавших пород и минералов, при этом возникают осадочные минералы и породы.

Различают следующие формы экзогенных процессов.

Физическое выветривание состоит в постепенном раздроблении первичного материала (горных пород) под влиянием колебаний температуры, замерзания воды и кристаллизации долей, кроме того разрушение происходит при вымывании частиц горной породы текучими водами или выдувания их ветром, размыве берегов морскими волнами, перетирания пород при движении ледников и т. д.

Химическое выветривание происходит главным образом под влиянием кислорода, углекислоты, воды и органических соединений на горные породы и минералы. Многие легкорастворимые соединения (соли калия, натрия, кальция, магния) в результате разложения выносятся текучими водами. Труднорастворимые соединения кремния, железа, алюминия накапливаются, образуя кору выветривания.

Продукты выветривания захватываются поверхностными водами, ветром и переносятся. Труднорастворимые продукты выветривания переносятся механическим путем во взвешенном состоянии. Перенос сопровождается непрерывным дополнительным разрушением, истиранием частиц. Длительный неоднократный перемыв продуктов разрушения ведет к концентрации наиболее устойчивых минералов в россыпях. В частности, таким путем образуются месторождения многих полезных ископаемых (золото, платина, алмазы, касситирит и т. д.).

Легкорастворимые соединения переходят в растворы (истинные или коллоидные) и переносятся в растворенном состоянии. В заключение происходит осадконакопление - отложение материала разрушенных горных пород в морях, озерах, реках. В зависимости от природы осаждения - механического осаждения взвешенных частиц, коагуляции коллоидных растворов кристаллизации из насыщенных истинных растворов и при участии организмов и бактерий различают механические, химические и биохимические осадочные процессы и соответствующие осадки.

Диагенетические процессы - это процессы преобразования осадка в породу (литификация). Процессы диагенеза происходят сразу после отложения осадка и его уплотнения и состоят главным образом в обезвоживании гидроокислов, раскристаллизации коллоидных осадков, замещении органических остатков карбонатом кальция, кремнеземом, сульфидами железа и т. п.

§ 2. ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Изучаемая человеком часть твердой оболочки Земли (литосфера) состоит из различных горных пород, которые в свою очередь состоят из минералов, отличающихся друг от друга по химическому составу и физическим свойствам (цвету, блеску, плотности, твердости и т. д.).

Минералы представляют собой природные химические соединения (или элементы), однородные по составу и строению и являющиеся составной частью горных пород и руд. Встречаются они в природе преимущественно в твердом состоянии (кварц, слюда, кальцит), в жидком (самородная ртуть) и газообразном (сероводород). Они возникают в результате различных физико-химических процессов, происходящих в земной коре, включая и продукты жизнедеятельности организмов.

В природе известно около 2000 минералов, но очень немногие из них имеют широкое пространственное распространение и играют существенную роль в строении горных пород. Таких минералов известно около 50. Именно они называются породообразующими минералами. Без знания их происхождения, состава и свойств нельзя приступить к изучению горных пород.

Породообразующие минералы в подавляющем большинстве представляют собой вещества кристаллические, т. е. обладающие кристаллической структурой. Твердые вещества, характеризующиеся отсутствием закономерного расположения атомов (беспорядочной структурой), называются аморфными. Это изотропные вещества, обладающие по всем направлениям одинаковыми физическими свойствами.

2.1 Основные физические свойства минералов

Все минералы как физические тела обладают разнообразными свойствами: обликом кристаллов, твердостью, плотностью, спайностью, изломом, цветом, цветом черты и др. В зависимости от химического состава и кристаллической структуры эти свойства у различных минералов проявляются по-разному, и каждый; минерал характеризуется какими-либо особыми признаками, по которым его можно отличить от других. Физические свойства минералов используются для определения минералов и дают возможность, в свою очередь, судить о свойствах горных пород.

1. Форма кристаллов.

В природе большинство минералов распространено в виде зерен неправильной формы. Гораздо реже встречаются минералы, имеющие более или менее выраженную форму многогранников. Но и те и другие обладают внутренним кристаллическим строением.

Одним из основных характерных свойств большинства кристаллических минералов является их свойство самоограничения, т. е. - способность принимать многогранную форму. Каждому минералу свойственна своя кристаллическая форма, которая зависит от химического состава, строения вещества и условий его образования.

Кристаллами называются природные или искусственно созданные тела, которые имеют форму многогранников. Пространственное расположение составляющих частиц характеризует структуру кристалла.

Плоскости, ограничивающие кристаллы, называются гранями, линии пересечения граней - ребрам, точки пересечения ребер - вершинами (рис. 1). Установлено, что углы между соответствующими гранями кристаллов одного и того же минерала одинаковы и постоянны. Этот закон постоянства гранных углов дает возможность по этим углам точно определять, минералы. При постоянстве гранных углов величина и форма граней минерала может значительно меняться, в связи с чем будет меняться общий вид кристаллов, но структура кристаллов при этом остается неизменной. Закон постоянства гранных углов вытекает из того, что при росте кристаллов грани его перемещаются параллельно самим себе.

Рис. 1. Формы кристаллов

Кристаллы, как правило, имеют симметричное строение, выражающееся в повторении элементов его ограничения: граней, ребер и вершин.

Штриховатость. Нередко грани кристаллов бывают покрыты штрихами. Для ряда минералов это свойство является весьма постоянным и служит одним из диагностических признаков. Так, например, поперечная, параллельная штриховка на призматических гранях кварца; долевая штриховка на гранях турмалина, взаимно перпендикулярная штриховка на гранях пирита (рис. 4).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.4. Штриховка на гранях кристаллов

2. Твердость. Под твердостью подразумевают степень сопротивления механическому воздействию другого, более прочного тела или особость минерала сопротивляться царапанию других минералов. Твердость обусловлена силой сцепления частиц.

В минералогической практике применяется наиболее простой способ определения твердости царапанием одного минерала другим, т.е. устанавливается относительная твердость. Для оценки этой твердости применяется шкала Мооса, состоящая из десяти эталонных минералов, из которых каждый последующий своим острым концом царапает все предыдущие.

За эталоны приняты следующие минералы в порядке твердости от.1 до 10:

1 - тальк,

2 - гипс,

3 - кальцит,

4 - флюорит,

5 - апатит,

6 - ортоклаз,

7 - кварц,

8 - топаз,

9 - корунд,

10 - алмаз.

Минералы с твердостью 1 и 2 - мягкие, царапаются ногтем; с твердостью 3 - 5 - средние, не оставляют царапины на стекле; с твердостью 6 и 7 - твердые, не оставляют царапины на кварце и с твердостью 8 - 10 очень твердые, царапают кварц. В практике полевых работ при отсутствии шкалы Мооса - нередко прибегают к определению твердости при помощи распространенных предметов. Так твердость карандаша - 1, ногтя -^: 2 - 2,5; бронзовой монеты - 3 - 3,5; железного гвоздя - 4, стекла - 5; стального ножа - 6; напильника - 7. Главная масса природных минералов обладает твердостью от 2 до 6. Это свойство является одним из важнейших признаков, характеризующих различные минералы.

При определении твердости по свежей поверхности минерала царапают эталонным минералом и устанавливают, какой минерал оставляет царапину. Если определяемый минерал царапается кварцем, а сам царапает ортоклаз, то это значит, что его твердость заключена между 6 и 7.

3. Плотность Большое значение при определении минералов имеет плотность.

Плотность - это отношение массы минерала к его объему.

Плотность колеблется в широких пределах от 0,8 (жид. битумы) до 23 (минералы группы осмистого иридия). Главная масса природных органических соединений, окислов, солей легких металлов (верхняя часть таблицы Менделеева) обладает плотностью от 1 до 3,5 (галит - 2,1, гипс - 2,3, кварц - 2,65, алмаз - 3,5); лишь некоторые имеют большую плотность: (барит - 4,3 - 4,7, корунд - 4). Соединения тяжелых металлов (нижняя часть таблицы Менделеева) характеризуется средней плотностью от 3,6 до 9 (сидерит - 3,7 - 3,9, галенит -_: ,7,3, киноварь - 8,0). Наибольшие плотности характерны для самородных металлов, более 9 (медь - 9,0, серебро - 10 - 11, ртуть - 13,6, золото - 15 - 19, платина - 14 - 20).

Определение плотности производится на специальных приборах; на практике для приблизительного определения плотности пользуются взвешиванием на руке, устанавливая принадлежность минерала к легким (до 2,5), средним (до 4) или тяжелым (больше 4), причем необходимо различать тяжелые и легкие минералы среди металлов и неметаллов.

4. Спайность. Спайностью называется способность кристаллов и кристаллических зерен раскалываться или расщепляться по определенным кристаллографическим направлениям, образуя ровные поверхности, называемые плоскостями спайности.

Это свойство кристаллических минералов связано исключительно с их внутренним строением и не зависит от внешней формы кристаллов. Поэтому данный признак является одним из важных при определении минералов.

По степени совершенства различают следующие виды спайности:

а) Спайность весьма совершенная.

Минерал легко расщепляется на тонкие листочки, получить другие поверхности иначе как по спайности весьма трудно. Такой спайностью обладают слюды, тальк, гипс, хлорит.

б) Спайность совершенная.

Минералы, обладающие этой спайностью, при ударе раскалываются по определенным направлениям и дают ровные блестящие поверхности спайности, причем всегда получаются выколки по спайности, внешне очень напоминающие настоящие кристаллы. При разбивании галита получаются мелкие правильные кубики, кальцита - правильные ромбоэдры. Получить излом по другим направлениям очень трудно.

в) Средняя спайность.

Такой спайностью обладают минералы, у которых при раскалывании наблюдаются как плоскости спайности, так и неровные изломы по случайным направлениям, например полевые шпаты, роговая обманка и др.

г) Спайность несовершенная.

Она обнаруживается с трудом, ее приходится отыскивать на обломках минерала, причем большая часть обломков ограничена неровными поверхностями излома. Такая спайность наблюдается у апатита, оливина, самородной серы.

д) Спайность весьма несовершенная, т.е. практически отсутствует или обнаруживается в исключительных случаях, например у кварца, корунда и др.

Спайность у минералов может наблюдаться по одному направлению (слюда), двум (полевые шпаты), трем (кальцит, каменная соль).

5. Излом. Минералы, у которых отсутствует спайность, при раскалывании характеризуются образованием неровных поверхностей, называемых изломом.

Различают следующие виды излома:

1) раковистый, похожий на внутреннюю поверхность раковины, например у кварца, халцедона, опала;

2) занозистый, когда на поверхности излома заметны мелкие, ориентированные в одном направлении занозы, как например, асбеста, селенита (волокнистый гипс), роговой обманки;

зернистый, встречающийся у минералов, имеющих зернистое мелкокристаллическое строение, например гипс, ангидрит;

землистый, поверхность излома матовая, шероховатая и как бы покрытая пылью, например у каолинита, лимонита.

6. Цвет. При первом знакомстве с минералами невольно в глаза бросается их окраска, которая бывает самой различной: белой, розовой, красной, синей, фиолетовой, зеленой, черной, всевозможных оттенков. Минералы могут быть и бесцветными. Для некоторых минералов цвет является постоянным и характерным признаком, например, малахит всегда зеленый, галенит свинцово-серый, пирит латунно-желтый. Недаром ряд названий дан минералам именно по этому признаку, хлорит ("хлорос" по-гречески "зеленый"), рубин ("рубер" с латинского "красный"), альбит ("альбус" с латинского"белый"), меланит ("мелас" по-гречески "черный"). И наоборот, некоторые названия минералов вошли в наш лексикон как стандартные цвета красок, указывая, что эти цвета постоянны для данных минералов, например киноварь, малахитовая зелень.

Однако для многих минералов цвет нельзя считать основным признаком. Один и тот же минерал бывает окрашен в различные цвета в зависимости от весьма разнообразных причин, например, кварц, флюорит, гипс и др. Окраска минералов может быть обусловлена разными причинами:

наличием в составе, самого минерала красящего элемента - хромофора. К числу их следует отнести хром, ванадий, марганец, железо, кобальт, никель и др. Так, окись хрома Сr₂О₃, содержащаяся в минералах даже в очень незначительном количестве, окрашивает их в интенсивный красный цвет - рубин, либо в зеленый - изумруд (зеленый берилл);

окраска некоторых минералов бывает связана с изменением однородности строения кристаллической решетки, например цветная каменная соль при облучении катодными лучами становится синей, под воздействием лучей радия розовый кварц становится бурым, дымчатый - черным, при нагревании дымчатый кварц, сапфир становятся бесцветными,

для минералов, имеющих различную окраску, последняя нередко бывает связана с тонкорассеянными механическими примесями. Эти красящие вещества могут быть как неорганическими, так и органическими соединениями.

Кроме основной окраски минерала иногда тонкий поверхностный слой имеет дополнительную окраску, этo явление называется побежалостью и объясняется явлениями интерференции света в тонких пленках, образующихся на поверхности минерала в результате различных реакций. Побежалось бывает радужной, из нескольких цветов - халькопирит. С этим же явлением связана игра цветов прозрачных минералов иризация (отражение падающего света от внутренних поверхностей, трещин спайности - синие переливы Лабрадора).

При определении цвета минерала необходимо обращать внимание на то, является ли он прозрачным (просвечивающим в краях) или непрозрачным. К прозрачным минералам можно отнести гипс, кварц, кальцит, флюорит и др., к непрозрачным - пирит, гематит, лимонит и др. Многие минералы в тонких шлифах являются, прозрачными, а в крупных обломках и кристаллах кажутся непрозрачными.

Рис. 5. Двойное лучепреломление у кальципа

Некоторые прозрачные минералы обладают свойством двойного лучепреломления (рис. 5). Это свойство минералов образовывать на просвет двойное изображение предметов. Оно особенно хорошо выражено у разностей кальцита, называемых, исландским шпатом.

7. Цвет черты. Под этим термином подразумевается цвет тонкого порошка минерала, остающегося на поверхности фарфоровой пластины при царапании последней минералом.

Этот признак по сравнению с окраской минералов является более постоянным и более надежным, при диагностике. Цвет черты в ряде случаев совпадает с окраской самого минерала. У киновари окраска и цвет черты красные, у лазурита - синие, у магнетита - черные. У других минералов цвет черты резко отличается от цвета минерала, и в таком случае имеет важное значение при определении. Например, у гематита - цвет минерала стально-серый, черный, а черта вишнево-красная, у пирита - цвет минерала латунно-желтый, а черта черная с зеленоватым оттенком.

Большинство прозрачных и полупрозрачных минералов обладают бесцветной или слабо окрашенной чертой, поэтому наибольшее диагностическое значение цвет черты имеет для непрозрачных и резко окрашенных природных соединений. Минералы, обладающие твердостью больше 6, черты не дают.

8. Блеск. Большинство минералов в отраженном свете обладает блеском. Блеск обусловлен, во-первых, показателем преломления у прозрачных минералов и коэффициентом поглощения у непрозрачных.

Вещества, обладающие большим коэффициентам поглощения, характеризуются металлическим блеском, этот сильный блеск свойственен металлам. Они обычно непрозрачны, черта их черная или очень темная, например пирит, галенит, магнетит. Минералы с меньшим коэффициентом поглощения и более светлой чертой обладают полуметаллическим или металловидным блеском, например гематит, графит.

У прозрачных минералов по интенсивности блеска различают:

алмазный блеск (характерен для минералов с показателем преломления 1,9 - 2,6). Он свойственен таким минералам, как алмаз, сфалерит (цинковая обманка).

Стеклянный блеск свойственен очень многим минералам с показателями преломления 1,3 - 1,9, например кварц, флюорит, карбонаты, сульфаты, корунд, гранат.

Все рассмотренные виды блеска характерны для гладких поверхностей (плоскостей спайности, граней кристаллов). Для неровных шероховатых поверхностей, с которых отраженный свет частично рассеивается, различают жирный блеск (сера, нефелин, размытый кусок каменной соли), некоторые минералы обнаруживают перламутровый блеск, вызванный явлениями интерференции света от тонких пластинок или трещинок спайности (слюды, тальк). При параллельно-волокнистом строении минерала можно видеть шелковистый блеск (асбест, селенит).

9. Прочие свойства. Существует очень немного минералов, обладающих магнитными свойствами, т. е. они действуют на магнитную стрелку или сами притягиваются к магниту. Такими свойствами обладает магнетит, никелистое железо, некоторые разности ферроплатины. Так как магнитных минералов немного, то магнитность является для них важным признаком, позволяющим сразу установить данный минерал.

Для некоторых минералов характерна реакция со слабой соляной кислотой НСl, при которой происходит выделение углекислого газа, сопровождающееся шипением. Эта реакция характерна для карбонатов, причем в куске с соляной кислотой активно реагирует кальцит, в порошке - доломит, при нагревании - сидерит и магнезит. К прочим свойствам следует также отнести вкус (галит), ковкость (галенит), гигроскопичность (каолинит), упругость (слюды), горючесть (сера) и др.

химический структура минерал порода

2.2 Формы нахождения минералов в природе

В зависимости от условий образования и химического состава минералы образуют весьма характерные скопления зерен или кристаллов, называемые минеральными агрегатами. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся агрегаты.

1) 3ернистые агрегаты сложены кристаллическими зернами. Эти агрегаты имеют наибольшее распространение. Примером могут служить каменная соль, гипс, апатит.

Если зерна имеют пластинчатый облик, то такие агрегаты называются листоватыми, или чешуйчатым (слюды, хлорит, тальк).

Агрегаты, состоящие из вытянутых в одном направлении зерен, носят название игольчатых или волокнистых (гипс-селенит, асбест)

2) Очень мелкие рыхлые агрегаты, растирающиеся пальцами, называются землистыми (каолинит). От них необходимо отличать плотные агрегаты, когда нельзя различить контуры отдельных зерен (халцедон).

3) Друзы представляют собой сростки хорошо образованных кристаллов, прикрепленных одним концом к общему основанию. Друзы часто образуются на стенках каких-либо пустот горных пород. Примером могут служить часто встречающиеся друзы горного хрусталя (рис. 6).

Рис. 6. Друза горного хрусталя

4) Секреции образуются в результате заполнения пустот, обычно округлой формы, кристаллическим или коллоидальным веществом. Характерной особенностью секреций является послойное отложение минерального вещества по направлению от стенок пустот к центру. При этом отдельные слои отличаются нередко по цвету и часто по составу. Мелкие секреции (до 10 мм) называются миндалинами и обычно нацело заполнены. Крупные секреции нередко имеют полость внутри и называются жеодами (рис.7).

Рис. 7. Схема строения секции (а) и конкреции (б)

5) Конкреции - шаровидные образования иногда с радиально-лучистым строением. Конкреции образуются в пористых осадочных породах, где происходит стяжение минерального вещества к отдельным точкам - центрам. Примерами могут служить конкреции фосфоритов, марказита, кремней и других минералов, образующихся среди осадочных пород (см. рис. 7б) Оолиты представляют небольших размеров шарики, имеющие концентрическое скорлуповатое строение. Оолиты по способу образования близки конкрециям. Эти сферические образования возникают в водной среде вокруг взвешенных частиц. Оолиты бывают либо сцементированы плотной основой, либо находятся в рыхлом состоянии. Примерами могут служить бурый железняк (лимонит) оолитового строения, боксит, оолитовый известняк (кальцит).

6) Натечные формы (сталактиты, сталагмиты, натеки). Натечные формы минеральных образований возникают за счет, коллоидных растворов при их испарении. Они так же, как и друзы кристаллов, наблюдаются в пустотах породы. В пещерах часто сверху спускаются сосульки (сталактиты), состоящие из выделившегося из раствора минерального вещества. Другая часть выделившегося из раствора вещества образует на дне пещеры выступ округлой формы, на которой раствор поступает в виде капель. Такой выступ называется сталагмитом. Размеры таких образований самые различные: от очень мелких почти микроскопических форм до многометровых столбов арагонита и кальцита в крупных пещерах. В натечных формах встречаются самые различные минералы: лимонит, малахит, опал, арагонит, кальцит, гипс.

7) Дендриты (греч. дерево) - древовидные агрегаты кристаллов, образующиеся в результате быстрой кристаллизации м-лов в тонких трещинах или в вязкой среде, а также на поверхности пород. Они характерны для самородных Au, Ag, Cu и гидроксидов Mn.

2.3 Описание минералов

Классифицируются минералы по химическому составу и кристаллической структуре. Все известные минералы подразделяются на несколько классов, важнейшими из которых являются: самородные элементы сульфиды, окислы, галоиды; соли кислородных кислот.

1) Самородные элементы

Минералы этого класса состоят из одного элемента, преимущественно химически инертного (золото, платина, медь, графит, сера, алмаз). Роль их в общем составе земной коры незначительна, многие из лих являются важными полезными ископаемыми

Минералы этого класса характеризуются некоторыми общими свойствами. Для металлов характерна высокая электро- и теплопроводность, сильный металлический блеск, высокая отражательная способность и наибольшая плотность. Для многих минералов характерен полиморфизм (несколько структурных разновидностей), например, углерод в виде графита и алмаза, сера ромбической и моноклинной сингонии и аморфная.

Ниже приводится описание неметаллических самородных минералов графита и серы, широко распространенных в природе.

Графит С. Название графита происходит от греческого слов "graphite" - "писать". Твердость I. Плотность 2,2. Блеск металловидный. Цвет серый, черта серая, черно-серая, блестящая. Жирный на ощупь, пачкает руки. Спайность весьма совершенная в одном направлении.

Образует тонкочешуйчатые агрегаты, кристаллы графита очень редки.

Происхождение: метаморфическое, реже магматическое.

Разновидностью графита является шунгит - аморфная разновидность с твердостью 3,5.

Применяется в литейном деле, для изготовления электродов смазок, красок, производства карандашей.

Сера S. Латинское (sulfur).

Твердость 1 - 2. Плотность 2,1. Блеск жирный, на поверхности кристалла стеклянный и даже алмазный. Цвет желтый; зеленоватый. Черта белая, с желтоватым оттенком. Спайность несовершенная. Кристаллизуется сера в ромбической, моноклинной, тригональной сингониях. Образует землистые, плотные агрегаты, натечные формы, налеты, корочки. Очень хрупкая. Горит, выделяя удушливый сернистый газ.

Происхождение: гипергенное и вулканогенное.

2) Сульфиды

Минералы этого класса представляют собой сернистые соединения металлов, которые являются породообразующими минералами многих месторождений цветных металлов. Для минералов

Пирит FeS₂ (серный или железный колчедан).

Название происходит от греческого слова "pirite" - "огонь" (народное называние "золото дураков"). Твердость 6 - 6,5 (единственный минерал из сульфидов, который царапает стекло). Плотность 4,9 - 5,2. Блеск металлический. Цвет латунно-желтый. Черта черная с зеленоватым оттенком. Спайность весьма несовершенная (отсутствует). Излом неровный. Образует часто кристаллы кубической, реже октаэдрической формы. Кристаллы имеют характерную штриховку на гранях. Минеральные агрегаты: пирит встречается в виде вкраплений отдельных кристаллов; широким распространением пользуются плотные агрегатные массы; встречаются конкрекции пирита.

Происхождение. Образуется пирит в самых различных геологических условиях: в гидротермальных жилах совместно с другими сульфидами; в осадочных породах (конкреции и включения) при разложении органического вещества без доступа свободного кислорода; в глубоких участках бассейнов; в метаморфических породах образует хорошо ограниченные кристаллы, возникшие во время метаморфизма; в виде вкраплений в магматических горных породах.

В зоне окисления пирит не устойчив, постепенно переходит в лимонит. Используется как сырье для получения серной кислоты побочно получают медь, цинк, селен и другие элементы. Руды, содержащие кобальтпирит (0,5 - 1%), служат источником получения кобальта

Марказит FeS₂ (лучистый колчедан) (markcfsite-арабский) Твердость 5 - 6. Плотность 4,6 - 4,9. Блеск металлический. Цвет латунно-желтый с сероватым или зеленоватым оттенком. Черта темная, зеленовато-серая. Спайность несовершенная. Хрупок. Встречается в природе реже пирита в виде кристаллов таблитчатой и копьевидной формы, а чаще в виде конкреций.

Происхождение: в осадочных угленосных породах, преимущественно в виде конкреций, псевдоморфоз по органическим остаткам; гидротермальное (образуется в последние стадии минерализации); при выветривании рудных месторождений (пирротина).

При наличии больших масс марказит разрабатывается в тех же целях, что и пирит.

Халькопирит CuFeS₂ (медный колчедан).

Название происходит от двух греческих слов "chalcos" - "медь", "piros" - "огонь". Твердость 3 - 4. Плотность 4,1. Блеск металлический. Цвет латунно-ярко-желтый с пестрой побежалостью. Черта черная с зеленоватым оттенком. Спайность несовершенная. Довольно хрупкий.

Встречается обычно в сплошных массах ив виде вкраплений неправильной формы, кристаллы редки.

Происхождение: гидротермальное, магматическое, реже осадочное.

Применение: руда на медь (промышленное содержание меди 2-2,5%).

Галенит РЬS (свинцовый блеск).

Название происходит от латинского слова "galena" - "свинцовая руда".

Твердость 2 - 3. Плотность 7,4 - 7,6. Блеск металлический Цвет свинцово-серый. Черта серовато-черная. Хрупкий. Спайность совершенная по кубу.

Встречается в виде зернистых масс или вкраплений неправильной формы. Кристаллы галенита редки и встречаются в друзовых пустотах.

Происхождение гидротермальное.

Основная руда на свинец, попутно получают серебро, реже висмут. Промышленное содержание свинца в рудах 5 - 6%. Также используется для получения свинцовых препаратов (красок, глазури и т.д.).

Сфалерит ZnS (цинковая обманка).

От немецкого blenden - обманывать, ослеплять, т.к. сфалерит часто напоминает галенит. Встречается в виде плотных кристаллических агрегатов, а также часто образует кристаллы тетраэдрической формы. Цвет бурый, иногда от примесей железа черный, редко бесцветный. Черта - желтая или бурая. Твердость - 3 - 4. Плотность - 4. Блеск алмазный, жирный, полуметаллический. Спайность - совершенная в шести направлениях, параллельных граням ромбического додекаэдра.

Происхождение гидротермальное. Характерен парагенезис с галенитом, халькопиритом. Разновидности: клейофан, марматит и др.

Используется как руда на цинк.

3) Окислы (оксиды)

К классу окислов и гидроокислов относятся простейшие соединения металлов и металлоидов с кислородом и гидроксилом. Среди них известно большое количество минералов (около 150), составляющих около 17% земной коры и имеющих важное практическое значение. Все минералы этого класса устойчивы в условиях земной коры и слабо поддаются выветриванию. Они имеют повышенную твердость, высокий показатель преломления. Содержание воды в гидроокислах всегда значительно, но непостоянно.

Основная часть окислов и гидроокислов сосредоточена в верхних слоях земной коры, где содержится свободный кислород.

Минералы кремния

Кварц SiO₂.

Кварц является одним из наиболее распространенных минералов в земной коре. Твердость 7. Плотность 2,5 - 2,8. Блеск стеклянный. Цвет кварца может быть самый разнообразный, но обычно встречаются бесцветные, молочно-белые и серые разности. Прозрачные или полупрозрачные окрашенные разности носят особые названия: горный хрусталь - прозрачный кварц; аметист-фиолетовый; раухтопаз - дымчатый; морион - черный; цитрин - золотисто-желтый. Черты кварц не дает. Спайность отсутствует, излом раковистый. Образует хорошо ограненные кристаллы часто с поперечной штриховкой на гранях призмы. Встречается в виде плотных зернистых масс, вкраплений отдельных кристаллов друз.

Разновидностью кварца является халцедон - скрытокристаллическая форма кварца. Халцедон имеет ту же, что и кварц твердость и плотность. Блеск восковой или матовый. Цвет может быть самый разнообразный, чаще голубоватый, сероватый, светло-коричневый, розовый, желтый, черный. Полосчатая разновидность халцедона называется агатом, желтовато-розовая - сердоликом. Иногда слабо просвечивает. Черты не дает. Спайность отсутствует. Излом раковистый, с острыми режущими краями.

Встречается в виде жеод, миндалин, плотных масс, натеков. В зависимости от окраски имеет следующие названия: сердолик - красный, корнеол - красно-коричневый, сардер - каштановый, оранжевый, хризопраз - зеленый, маторолит - изумрудно-зеленый, сапфирин - голубой, синий, плазма - яблочно-зеленый с включением хлоритов, волокон амфиболов, селадонита, гелиотроп или кровавик - плазма с яркими красными пятнами окислов железа.

Разновидность халцедона, загрязненная глинистыми примесями носит название кремня. Кремни чаще всего встречаются бурого, серого или черного цвета.

Происхождение: кварц является основной составной частью многих различных по генезису горных пород: магматических, метаморфических и осадочных. Хорошо образованные кристаллы Кварца образуются в гидротермальных жилах, где часто встречается и халцедон. Кремни, как правило, осадочные образования. Применение кварца и халцедона: горный хрусталь используется в оптике и радиотехнике; халцедон - в точной механике (опорные призмы); в стекольно-керамической промышленности; для изготовления химической посуды; как поделочные камни (аметист, раухтопаз, горный хрусталь, сердолик и др.).

Опал SiО₂*nН₂О. Опал - аморфная разновидность кремнезема, с непостоянным химическим составом. Содержание воды меняется от 1 - 13% до 34%, часто вода теряется при обычной температype. Твердость 6 - 5,5. Плотность 1,9 - 2,5. Блеск восковой, стеклянный, в пористых разностях матовый. Цвет очень разнообразен: белый, бурый, желтый, красный, голубой, радужный. Полупрозрачный, опалесцирующий опал является благородным камнем. Цвет опала зависит от примесей и содержания воды. Черты не дает. Спайность отсутствует. Излом раковистый.

Образует натечные формы, желваки, ноздреватые накипи, плотные агрегаты.

Происхождение: отлагается из гидротермальных источников и гейзеров (туф, гейзерит); осадочным путем в результате осаждения Кремнезема в прибрежных зонах морских бассейнов.

Минерал неустойчив, переходит в халцедон и кварц, поэтому в древних отложениях неизвестен.

Некоторые разнести опала используются как поделочные камни.

Минералы алюминия.

Корунд А1₂О₃.

Название от старого индийского термина каурунтака.

Твердость 9. Плотность 3,9 - 4,1. Блеск стеклянный. Цвет корунда обычно синевато- или желтовато-серый (для полупрозрачных разностей). Встречаются прозрачные разности корунда различной окраски: бесцветный, синий (сапфир), зеленый (изумуд восточный), красный (рубин), желтый (восточный топаз), спайность отсутствует. Образует кристаллы боченковидной столбчатой формы, достигающие иногда больших размеров (до 10 см поперечнике). Минеральные агрегаты в виде сплошных пестро окрашенных зернистых масс называются наждаком.

Происхождение: встречается, в глубинных магматических породах (корундовые сиениты); в контактово-пневматолитовых жил (прозрачные разности); в результате метаморфизма.

Корунд используется как абразив, а прозрачные разности поделочные и драгоценные камни.

Бокситы Al₂O₃ nH₂O.

Назван по месту находки Боксе (Франция). Сложная смесь гидроксидов алюминия, железа и глинистых минералов. Цвет белый, желтый, красно-бурый. Обычно представлены рыхлыми глинистыми массами бобового или оолитового строения, состоящими из гидроокислов алюминия и железа, уплотненные породами.

Минералы железа.

Гематит Fe₂O₃ (железный блеск или красный железняк).

Название происходит от греческого слова "гематикос" - "кровавый". Твердость 5,5 - 6. Удельный вес 5 - 5,3. Блеск полуметаллический. Цвет железно-черный; землистые разности красноватые даже ярко-красные. Черта вишнево-красная. Хрупкий. Спайность отсутствует. Излом землистый.

Часто образует кристаллы пластинчатой и таблитчатой формы Обычно встречается в виде сплошных плотных масс (крупнокристаллических, листовых чешуйчатых).

Происхождение: метаморфическое, гидротермальное, реже осадочное. Применение: руда для получения чугуна и стали. Промышленными считаются руды с содержанием железа 50 - 65%. Чистые порошкообразные разности гематита употребляются для получения красок.

Магнетит Fе₃О₄ (FeO*Fe₂O₃) (магнитный железняк).

Твердость 5,5 - 6. Плотность 4,9 - 5,2. Блеск полуметаллический. Цвет - черный, желто-черный. Черта черная. Хрупкий. Сильно магнитен. Спайность отсутствует. Излом зернистый. Образует кристаллы октаэдрической формы, чаще в пустотах в виде друз Обычно встречается в сплошных зернистых массах.

Происхождение: метаморфическое, гидротермальное реже магматическое.

Магнетит - важнейшая руда для выплавки чугуна и стали (содержание железа 60%).

Лимонит FеОз*nH₂O (болотная руда, бурый железняк) Название происходит от греческого слова "лемон" - "луг". Твердость 4,5 - 5 до 1 - в зависимости от физического состояния. Плотность 3,3 - 4. Блеск от полуметаллического до матового. Цвет от бурого до почти черного. Цвет черты - бурый. Излом землистый. Образует натечные, почковидные формы, сплошные плотные массы, оолиты, конкреции, жеоды.

Происхождение: осадочные - бобовые руды; за счет окисления сульфидных месторождений; среди осадочных пород, за счет изменения других минералов. Применение: сырье для металлургической промышленности (при содержании железа 35 - 40%).

4) Галоиды.

Класс галоидов объединяет соли галоидных кислот HF, HCl, НВr и HJ, водород которых замещается щелочными или щелочноземельными металлами, а также Сu, Ag и др. Наиболее распространенными из них являются хлориды и фториды (в водах морей и океанов, водах нефтяных месторождений и т.п.).

Большинство минералов кристаллизуется в высшей сингонии. Хлориды хорошо растворимы в воде, имеют горько-соленый вкус, небольшую плотность и твердость. Более твердыми являются фториды (флюорит - твердость 4).

Галоиды имеют важное практическое значение, многие из них. Являются сырьем для химической, металлургической, стекольной промышленности.

Галит NaСl (каменная соль).

Название происходит от греческого слова "галос" - "море", "соль". Твердость 2. Плотность 2,1 - 2,2. Блеск стеклянный, цвет - бесцветный и разнообразноокрашенный в зависимости от примесей. Кристаллы минерала прозрачны. Черта белая. Спайность совершенная по кубу. Соленый на вкус, хорошо растворяется в воде, хрупкий.

Образует кристаллы кубической формы. Самосадная соль наблюдается в виде рыхлых или плотных кристаллически-зернистых масс.

Происхождение: осадочное. Образуется из насыщенных растворов в усыхающих водоемах и лагунах. Применение: галит - пищевой продукт, используется также для получения металлического натрия, который, в свою очередь широко применяется в химии и электротехнике.

Сильвин КСl. Минерал получил название в честь химика Сильвия де Баш.

Твердость 2. Плотность 2. Блеск стеклянный. Цвет очень Разнообразный - белый, синий, красный. Черта белая. Спайность совершенная по кубу. Горько-соленый на вкус, растворим в воде.

Обычно встречается в виде сплошных зернистых масс, иногда слоистой текстуры. Очень редко образует (кристаллы кубической формы.

Происхождение: осадочное, выпадает из рассолов одним из последних, поэтому встречается в верхах соленосных толщ. Используется сильвин в основном для изготовления удобрений, в химической промышленности, в пиротехнике, фотографии.

Флюорит СаF₂ (плавиковый шпат).

Название происходит от латинского названия элемента фтора - "флюорум".

Твердость 4. Плотность 3,18. Блеск стеклянный. Цвет - редко бесцветный, чаще окрашен в желтый, зеленый, голубой, фиолетовый, розовый, иногда фиолетово-черный в ассоциации с окислами урана. Хрупкий. Черта белая. Спайность совершенная по граням октаэдра. Образует кристаллы кубической, реже октаэдричесской формы. Агрегаты: зернистые, реже землистые. Происхождение: гидротермальное и осадочное.

Применение: в металлургии (для получения легкоплавких сплавов); получения плавиковой кислоты; прозрачные разности - в оптике.

5) Сульфаты.

Класс сульфатов составляют соли серной кислоты. Минералы этого класса широко распространены в природе. Характерным для них является светлая окраска, небольшая твердость (ниже 4) большинство минералов легкие (кроме барита), кристаллизуются главным образом в моноклинной и ромбической сингониях.

По происхождению сульфаты являются преимущественно экзогенными образованиями.

Барит BaSO₄ (тяжелый шпат).

"Барас" - по-гречески "тяжелый".

Твердость 3 - 3,5. Плотность 4,3 - 4,7. Блеск стеклянный Цвет белый, серый, желтый, бурый, реже бесцветный. Черта белая. Хрупкий. Спайность совершенная. Образует кристаллы таблитчатой формы. Встречается в виде зернистых масс, иногда плотных, реже землистых.

Происхождение: гидротермальное, встречается с сульфидными, марганцовыми и железистыми рудами. Редко встречается в осадочных породах в виде желваков и конкреций.

Барит используется в резиновой и бумажной промышленности как наполнитель и утяжелитель; в химической и лакокрасочной промышленности; а также как утяжелитель глинистых растворов при бурении.

Гипс CaS0₄*2Н₂0 (легкий шпат).

От греческого "штукатурка".

Твердость 1,5 - 2. Плотность 2,3. Блеск стеклянный у кристаллических разностей, шелковистый у волокнистых (селенит). Цвет белый, серый, розовый, синий, бесцветный. В кристаллах бывает прозрачный. Черта белая. Спайность совершенная в одном направлении. Весьма хрупкий. Образует кристаллы таблитчатой формы, часто двойники - "ласточкин хвост".

Встречается в виде сплошных зернистых или тонкокристаллических масс (алебастр), тонковолокнистых масс (селенит), многочисленные друзы.

Происхождение: гипергенное, в результате выпадения из растворов морей и озер; при гидратации ангидрита под влиянием вaдозных вод. Применение: в строительстве, в цементной промышленности, для получения отливок, гипсовых слепков; в хирургии, в бумажной промышленности.

Ангидрит CaSO₄ (безводный гипс).

От греческого "без воды".

Твердость 3 - 3,5. Плотность 2,8 - 3. Блеск стеклянный. Цвет белый, голубой, розоватый, серый. Чёрта белая. Спайность средняя, наблюдается у кристаллических разностей. Излом зернистый. Образует кристаллы призматической формы, хорошо огранённые кристаллы редки.

Наблюдается обычно в сплошных зернистых массах.

Происхождение: осадочное - в результате выпадения из растворов морей и озер. Совместно с гипсом образует мощные пласты. Редко образуется в гидротермах. Используется для получения цементов.

6) Карбонаты.

Минералы этого класса представляют собой соли угольной кислоты, многие из них являются породообразующими и пользуются широким распространением в природе (особенно кальцит). Карбонаты часто образуют хорошо ограненные кристаллы, характеризуются невысокой твердостью, повышенной растворимостью в разбавленных кислотах, хорошей спайностью, слабой окраской.

По происхождению большинство карбонатов являются экзогенными образованиями.

Кальцит СаСОз (известковый шпат).

От лат. известь (calx).

Твердость 3. Плотность 2,6 - 2,8. Блеск стеклянный, перламутровый. Цвет белый, прозрачный, но бывает слабо окрашен примесями в различные оттенки серого, желтого, розового, бурого цвета. Черта белая. Спайность совершенная по ромбоэдру. Минерал хрупкий. Бурно реагирует с соляной кислотой. Образует кристаллы призматической, ромбоэдрической формы. Встречается в виде плотных скрытокристаллических и кристаллических масс, друз, натеков.

Происхождение: осадочное (осаждение кальцита в морях и образованиё биогенных кристаллических и оолитовых известняков); при процессах выветривания (в виде новообразований часто встречается в трещинах и пустотах) и гидротермальное (обычно крупнокристаллические образования).

Используется в химической промышленности, в сельском хозяйстве, в металлургии, прозрачные разности в оптике.

Арагонит CaCO_3.

Назван по месту находки Арагон, Испания.

Твердость 3,5 - 4. Плотность 2.95. Блеск стеклянный. Цвет бесцветный, желтоватый, синий, зеленый, розоватый. Черта белая. Спайность средняя. Реагирует с HCl. Кристаллы призматические, игольчатые, пластинчатые. Агрегаты: коралловидные - железные цветы, почковидные, чешуйчатые, пизолиты с радиально волокнистым и концентрически зональным строением - ктипеит и гороховый камень, сталактиты, сталагмиты. Входит в состав жемчуга, раковин. Образуется из горячих источников, из грунтовых вод, в море.

Арагонит является неустойчивым минералом и переходит в кальцит.

Доломит Са Mg(CO₃)₂.

Назван по имени Доломье - французского минералога, открывшим доломит.

Твёрдость 3,5 - 4. Плотность 1,8 - 2,9. Блеск стеклянный. Цвет белый, желтоватый, бурый, серый, розоватый и др. Черта белая. Спайность совершенная по ромбоэдру. Реагирует с НС1 в порошке.

Образует кристаллы ромбоэдрической формы. В природе встречается в виде сплошных зернистых (кристаллических) масс, реже натеков.

Происхождение: осадочное; гидротермальное, образуются крупнокристаллические массы в ассоциации с магнезитом.

Применение: как строительный материал; для получения цементов; как огнеупорный материал и флюс в металлургии; в химической промышленности.

7) Фосфаты.

Минералы этого класса представляют собой соли фосфорной кислоты. Физические свойства этой группы минералов варьируют в широких пределах, твердость их обычно невысока, минералы легко растворяются в кислотах.

По происхождению могут быть экзогенными эндогенными.

Апатит Са₅[РО₄]₃ (С1, F).

Название происходит от греческого слова "апатио" - "обманывать". Апатит часто принимали за другие минералы - диопсид, турмалин. Твердость 5. Удельный вес 3,2. Блеск стеклянный, жирный. Цвет белый, чаще зеленоватый. Черта белая. Спайность несовершенная. Излом неровный, раковистый. Очень хрупкий. Образует кристаллы в виде шестигранных призм. Встречается в виде сплошных зернистых масс, вкраплений и друз.

Происхождение: магматическое (в сравнительно редких случаях образует крупные скопления зернистых масс среди нефелиновых сиенитов) и гидротермальное.

Фосфорит близок к апатиту по химическому составу и. физическим свойствам (скопления апатита в осадочных породах).

Встречается в виде конкреций радиально-лучистого строения и псевдоморфоз по костям животных.

Образуется в морских осадочных породах биохимическим путем. Апатит и фосфорит являются сырьем для получения фосфатных удобрений.

8) Силикаты.

К этому классу относятся соли различных кислот кремния. В отличие от всех других классов силикаты имеют сложное строение кристаллических решеток и очень разнообразны. Этот класс подразделяется на несколько подклассов.

Основной группой является тетраэдрическая группа [SiO₄] _, нередко часть ионов кремния бывает замещена другими ионами Al, Тi, Zr, Be и др).

По своему происхождению силикаты связаны с эндогенными процессами и особенно с магматическими.

Силикаты - самый распространенный в природе класс минералов. На долю них приходится одна треть всех минеральных видов. По подсчетам А.Е. Ферсмана, силикаты составляют 75% земной коры. Если прибавить еще 12% свободного кремнезема (главным образом в виде кварца и опала), то станет ясна та исключительная роль, которую играют силикаты в составе литосферы.

Многие из них являются породообразующими минералами и входят в состав почти всех магматических, метаморфических и осадочных пород.

Группа полевых шпатов.

Полевые шпаты являются наиболее распространенной из силикатов в природе группой минералов и составляютоколо50% отвеса земной коры.

Среди них выделяются калиевые и кальций-натриевые полевые шпаты или плагиоклазы.

Калиевые полевые шпаты.

Ортоклаз K(AlSi₃O₈) или К₂О А1₂Оз 6SiO₂.

Ортоклаз - по-гречески "прямораскалывающийся". Действительно угол между плоскостями спайности равен 90°.

Твердость 6. Плотность 2,4. Блеск стеклянный. Цвет у обычных непрозрачных ортоклазов белый, розовый, серый, красный ил редко прозрачный. Черты не дает. Только у выветрелых ортоклазов черта белая. Спайность совершенная в двух направлениях. Сингония моноклинная. Облик кристаллов призматический. Образует сплошные зернистые агрегаты.

Происхождение: магматическое при образовании кислых и частью средних изверженных пород.

Микроклин K(AlSi₃O₈) (Na) или К₂О- А1₂О₃ * 6SiO₂(Na). Микроклин - по-гречески "незначительню отклоненный". Угол между плоскостями спайности 'немного отличается от прямого, угла (89°41ґ).

Твердость 6. Плотность 2,5.. Блеск стеклянный. Цвет, белый, зеленоватый, розовый. Зеленый микроклин называется амазонитом. Черты не дает. У выветрелых разностей черта белая. Спайность совершенная в двух направлениях. Сингония триклинная. Форма кристаллов призматическая.

Происхождение: магматическое. Распространен шире ортоклаза в кислых и средних интрузивных породах, в пегматитовых образованиях.

От ортоклаза отличается только под микроскопом в шлифах характерному решетчатому строению или при помощи точных оптических исследований.

Плагиоклазы (кальций-натриевые полевые шпаты).

Плагиоклаз - по-гречески "косораскалывающийся". Угол между плоскостями спайности 86°.

...