Кремнистые минералы Зауралья

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема: Кремнистые минералы Зауралья



ВВЕДЕНИЕ

Мир минералов с его разнообразием форм, цветов и свойств обладает большой притягательной силой. Воздействие его на нашу жизнь огромно. Еще на заре своего существования человек нашел применение камню: строил из него жилища, возводил памятники и изготовлял оружие, орудия труда и даже «книги», которые сохранили рисуночное письмо и передали его содержание последующим поколениям. Минералы во все времена и у всех народов были участниками удивительных событий, поверий, мифов и научных открытий [26].

И на сегодняшний день интерес к минералам не только не уменьшился, но и увеличился. При этом внимание уделяется не только красоте отдельных минералов и горных пород, некоторым их мистическим свойствам, использованию в литотерапии, но и разнообразному применению в хозяйственной деятельности [3].

В рассматриваемую территорию, а именно Зауралье включаются Катайский район Курганской области и Каменский район Свердловской области. На данной территории встречаются кремнистые минералы.

К сожалению, в нашей области недостаточно краеведческого материала, освещающего происхождение и разнообразие минералов. Учителя школ, учащиеся и просто любители камня испытывают потребность в нем. Часто возникает необходимость в описании каменных пород, определении их минерального состава, выяснении происхождения и возможности применения [13].

В связи с актуальностью данной темы цель работы - изучить минералы кремния Зауралья.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Рассмотреть минералы кремния (свойства, разновидности, распространение в земной коре).

2. Выяснить генезис кремнистых минералов.

3. Изучить и выделить особенности кремнистых минералов в лаборатории геологического музея КГУ г. Кургана и в стендах музея имени Ферсмана в г. Каменск-Уральский.

4. Рассмотреть геологическую историю и геологическое строение данной территории.

5. Выделить особенности данных минералов.

6. Выявить основные проявления минералов кремния в Зауралье.

7. Выделить основные направления использования кремнистых минералов.

8. Составить карты рассматриваемой территории Зауралья.

При написании работы были использованы следующие методы: изучение специальной литературы, лабораторный анализ, метод наблюдения, описательный, сравнительно-аналитический, фотосъемка, компьютерный, картографический (составление сборной карты).

Новизна работы: впервые были собраны и обобщены материалы по кремнистым минералам Зауралья, составлены геологическая карта Катайского района и карта проявлений кремнистых минералов рассматриваемой территории Зауралья.

Практическая значимость: результаты работы могут быть использованы для дальнейших исследований минералов кремния Зауралья, в курсах минералогии, геологии Курганской области, а также могут представлять интерес для учителей географии, коллекционеров минералов, работников музея.

Апробация работы: основные положения работы и фотографии были рассмотрены некоторыми коллекционерами города Кургана. А также заинтересовались материалом работники «Центра развития ребенка» № 45 для проведения природоохранных мероприятий и изучения окружающего мира.

Объектом исследования являются кремнистые минералы Зауралья.

Предмет исследования - кремнистые минералы.

Й. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КРЕМНИСТЫХ МИНЕРАЛОВ

Й.1 Распространение

Минералы кремния являются не только самыми распространенными, но и одними из самых востребованных минералов в жизни человека. Соединение кремния и кислорода SiO2 называется кремнеземом. Оба составляющих элемента данной формулы являются наиболее распространенными среди химических элементов земной коры (O2 - 47%, Si - 29,5%) [4].

В чистом виде кремний был получен впервые в 1825 году шведским химиком И. Я. Берцелиусом. Тогда он получил латинское название «силиций». Кремний приобретает большое значение в ЧЧ веке, особенно в области электроники [32].

Кремнезем в соединениях с другими химическими элементами образует большое количество минералов [26], которые входят в состав почти всех горных пород и встречаются практически повсюду (приложение 1).

Силикаты - класс сложных кремнекислородных соединений в виде минералов и горных пород, в который входят минералы кремния (каркасные). Этот класс составляет 80% в составе земной коры (по В.И. Вернадскому), а с природным оксидом кремния - кварцем, кремнекислородные соединения образуют почти 90% массы земной коры.

В число кремнистых минералов входят обычный кварц и его разности: горный хрусталь, аметист, дымчатый кварц (раухтопаз), цитрин, розовый кварц, авантюрин, празем, соколиный, тигровый и кошачий (кварцевый) глаз. К микрокристаллическим разностям кремнезема относятся халцедон, кварцин, карнеол (сердолик), сардер, хризопраз, гелиотроп агат и другие.

яшма агат халцедон кремний



Й.2 Свойства

Каждый минерал обладает совокупностью физических и химических свойств. Состав и строение главных породообразующих минералов определяют их свойства, следовательно, и поведение в массивах горных пород при различных механических, физических и физико-химических воздействиях в естественных условиях залегания и при проведении горных работ [19, 16].

Для минералов кремнезема характерен изоморфизм, проявляющийся особенно широко среди катионов. Вследствие этого в них распространены ряды твёрдых растворов (непрерывные или со значительными пределами замещений), а также изоморфные примеси. Поэтому даже развёрнутый состав соединений кремнезема, учитывающие основные изоморфные замещения, всё же являются неполными вследствие большой сложности состава реальных минералов кремнезема. Распределение изоморфных катионов в их структуре зависит от температуры и устанавливается рентенографически или по мёссбауэровским и инфракрасным спектрам [16, 28].

Координатное число кремния 4. Таким образом, каждый атом кремния находится в окружении четырех атомов кислорода. Если соединить центры атомов кислорода, то образуется пространственная кристаллическая структура - тетраэдр, в центре которого находится атом кремния, соединенный с четырьмя атомами кислорода в вершинах. Такая группировка называется кремнекислородным радикалом [SiO]. Химическая связь Si - O - Si называется силоксановой, природа связи - ковалентная, энергия связи Si - O очень высока и равняется 445 кДж/моль.

Поскольку устойчивое координатное число кремния равно 4, силикатные структуры полимерны. Они представлены различными типами структур - островной, кольцевой, цепочечной или слоистой, каркасной. Рассматриваемые кремнистые минералы относятся к последнему типу [16].

Физические свойства характеризуются следующими параметрами:

· спайность (несовершенная, средняя - наиболее встречаемые типы);

· твёрдость чаще всего 5,5 - 7;

· плотность средняя, около 2500-3500 кг/м3;

· цвет большинства определяется ионами железа (Fe2+ - зелёный, Fe3+ - бурый, красный, жёлтый, Fe2+ и Fe3+ - синий и другие), в отдельных группах - ионами Ti3+, V4+, Cr3+, Mn2+, Co2+, Ni2+, Cu2+ и их сочетаниями с ионами железа и другими; в некоторых минералах - электронно-дырочными центрами (в ряде случаев окраска связана с микровключениями окрашенных минералов) [11,19, 24, 28];

· блеск чаще матовый, восковой, а также стеклянный (приложение 2 -5).

При изучении минералов также используются другие характеристики, более подробно описанные в соответствующих главах.

Й.3 Классификация кремнистых минералов

Одной из общеиспользуемых классификаций является деление на разности минералов кремния (агат, хризопраз, кварц, халцедон, яшма, кремень - основные).

Всего около сотни насчитывается кремнистых минералов. Уже на основе их анализа выделяются две основные группы. К первой относятся минералы б-кварца. Которые представлены следующими разновидностями: халцедон (включая кварцин), сам кварц, б-кристобалит (опал), тридимит. Ко второй группе относятся разновидности кристобалита - опала с примесями халцедона и редко криптокристаллического кварца и тридимита. Таким образом, в первую группу входят хризопраз, карнеол, сердолик, плазма, гелиотроп, кремни. Во вторую входят разности опала - опаловый кахолонг и опаловый моховик. Хотя они не являются яркими примерами, так как могут входить и в первую группу [5].

Внутренняя классификация, непосредственно приуроченная к отдельным минералам, определяется свойствами (цвет, текстура, генезис и другие). Также значительное влияние оказывают примеси (какой минерал является примесью, какова его доля и некоторые другие характеристики) (приложение 2).

Существуют классификации и у каждого конкретного минерала. В качестве примера - агат. Выделяют тонкослоистые и грубослоистые, концентрическизональные и параллельно-слоистые (по Барсанову, Яковлевой). А также звездчатые, дендриты, моховые, пейзажные, глазковые, дисковые и другие (по Шевалеву, Здорику) (приложение 3).

Й.4 Разновидности кремнистых минералов

Й.4.1 Кварц

Кварц является один из самых распространенных минералов земной коры (природный кремнезем SiO2). Название происходит, вероятно, от нем. Querklfterz, Quererz - «руда секущих жил» (точная этимология не установлена).

Кварц (SiO2) - двуокись кремния, химический состав которой изменяется в небольших пределах [10].

Минерал обладает следующими свойствами:

· твердость 7 ( по 10-бальной шкале Мооса);

· плотность 2,65-2,66 г/смі;

· хорошо пропускает инфракрасные и ультрафиолетовые лучи;

· плохо проводит электричество;

· термостоек;

· химически стоек (растворяется только в плавиковой кислоте);

· цвет - молочно-белый, серый, золотисто-желтый (цитрин), коричневато-желтый, реже - розовый, коричневый, черный (морион), фиолетовый (аметист), светло-голубой (приложение 4).

Кварц встречается не только в виде красивых кристаллов, но и в виде сплошных скрытокристаллических масс, которые обнаруживают под микроскопом в тонких срезах (шлифах) волокнистое строение. При этом хорошо видно, что кварцевая масса состоит из мельчайших волокон, ориентированных перпендикулярно поверхности выделений. Диаметр их обычно не превышает тысячных долей миллиметра, а длина составляет 0,2--0,5 мм [4, 20, 21, 36].

Прозрачный бесцветный кварц называется горным хрусталем. Раухтопаз - торговое название дымчатого кварца. Кварц с точечными включениями зеленых минералов окрашен в зеленый цвет (празем). Кварц с включениями волокнистых минералов, ориентированных параллельно (обычно крокидолит), приобретает шелковистый отлив - соответственно синий (соколиный глаз) или золотисто-коричневый (тигровый глаз). Прозрачный зеленый кварц, получаемый путем термообработки низкосортного аметиста или желтого кварца, - празеолит [5, 9, 10].

Аметист

Аметисты известны с глубокой древности. Название минерала в переводе с греческого означает «свободный от опьянения». Плиний Старший выдвигал другую версию: «Название, которое носит этот камень, происходит, как говорят, от своеобразной окраски, которая приближается... к цвету вина». Другие утверждали, что фиолетовый цвет камня скорее ближе к цвету пламени. Древние люди называли аметист вдовьим камнем потому, что он символизировал вечность [20].

Аметист (SiO2) - минерал кремния (фиолетовая разновидность кварца), относящийся к ювелирным камням благодаря своей привлекательной окраске (красного вина или пурпурно-фиолетовой) (приложение 4).

Свойства аметиста:

· твердость 7;

· плотность 2,65;

· прозрачен или полупрозрачен;

· показатели преломления весьма постоянны: 1,544 и 1,553;

· не имеет яркого блеска;

· окраска обусловлена незначительными примесями двух- и трехвалентного железа и обычно распределена в кристалле неравномерно [5, 9, 20].

Й.4.2 Халцедон.

Общая характеристика.

Название этот камень получил в честь древнегреческого города Халцедона на берегу Босфора, где камень в свое время в изобилии добывался. Халцедоном собственно называли сплошные однородные просвечивающие камни, сероватые или голубовато-серые [20].

Данное название этого минерала использовалось широко, с некоторых пор его стали относить только к микрокристаллическому (менее 1 мкм) волокнистому кремнезему (по классификации Флорке (1991г.)). Долгое время кварц и халцедон считались идентичными по структуре и отличными лишь по текстуре. Но одни из последних исследований доказали самостоятельность минералов. Это исследования инфракрасных спектров (Фрондел, 1982; Греч, 1985), рентгеновской дифракции (Греч, 1987; Хини и Пост, 1992) и электронной микроскопии в проходящем свете (Хини, 1984).

Халцедоном принято называть волокнистый непрозрачный, но просвечивающий кварц, со слабо-восковым блеском и изобилием красок. Халцедон относится к микрокристаллическому (менее 1 мкм) волокнистому кремнезему. Мельчайшие волокна располагаются перпендикулярно поверхности выделений. Диаметр этих волокон менее 0,001 мм, длина 0,2 - 0,5мм.

Образует натечные почковидные формы, в которых часто видна слоистость, перпендикулярная волокнам, связанная с различием в составе каждого слоя и характером загрязнений. Обычным видом загрязнения являются включения опала, но бывают железо-окисные, слюдистые и хлоритовые минералы. Отсюда возможна различная окраска халцедона (красные и зеленые тона) [5].

Халцедон широко распространен в поверхностных породах, вследствие чего является важным индикатором ряда геологических процессов. Так, например, Фуринье и Арнорсон (1977 г.) установили, что этот минерал является геотермметром для гидротермальных растворов.

К халцедонам относится более сотни минералов, которые имеют собственные названия.

Разновидности.

Разновидностью халцедона является агат, так как состоит в основном из концентрически-зонального сферолитового волокнистого кварца. Кахолонг - ярко-белый халцедон, напоминающий слоновую кость. Белый цвет кахолонга в большинстве случаев связан с включениями магнезита. К халцедону в ряде случаев относятся зеленые кремнистые породы, иногда это мелкокристаллический кварц, опал или яшма. Плазма - грязно-зеленая, яблочно-зеленая, просвечивающая или совершенно непрозрачная порода, хорошо принимающая полировку. К плазме близки хризопраз - полупрозрачный ярко-зеленый халцедон (мелкозернистый кварц, окрашенный примесью силикатов никеля) и гелиотроп (кровавик) - зеленая яшма или плазма с мелкими ярко-красными пятнами. Зеленые разности халцедона ценятся дороже других агатов и халцедонов. Особенно высока стоимость гелиотропов.

Но разновидность халцедона (агат) и сам минерал отличаются не только внутренней структурой, но и внешне. Халцедон - почковидный или сталактитоподобный, с восковым просвечиванием, мало или совсем не пигментированный. Его разновидность имеет текстуру более сложную [5, 11, 20, 33] .

Существует много разновидностей халцедона, отличающихся по окраске и строению агрегата: розовый и мясокрасный - сердолик (карнеол), коричнево-красный - сардер (сард), яблочно- или изумрудно-зеленый - хризопраз, луково-зеленый или серовато-зеленый - плазма, голубовато-серый - сапфирин. агатом называют разнообразно окрашенные халцедоны с концентрически-полосчатым строением, дендрагатом - халцедон с дендритовыми древовидными включениями [3, 5,20, 37].

Сапфирин.

Сапфирином называется халцедон, окрашенный в голубой или в светло-синий цвет. Используется в качестве ювелирного сырья. Минерал в основном содержит тонкодисперсный циркон или его разновидности синего цвета, которые придают ему голубую окраску. Коллекционеры и любители камня к сапфирину относят халцедон окрашенный в лиловый цвет разной интенсивности.

Сардер, сердолик.

Сардер - равномерно окрашенный полупрозрачный халцедон, у которого преобладают бурый и коричневый цвет или каштаново-бурый.

У сердолика преобладает красный цвет и его оттенки. По текстуре эти два минерала бывают очень схожи и трудно отличимы. В природе четкая окраска и прозрачность встречаются редко. Для сердолика характерно волокнистая микроструктура. Окраска сердолика и сардера связана с окислами и гидроокислами железа.

Кахолонг.

В переводе с монгольского означает «прекрасный камень». В основном нет четкого определения данного минерала. Кахолонг - не прозрачный, фарфорови-дный или эмалевидный, красновато-белый, светло-желтоватый минерал. Для ка-холонга характерно обесцвечивание.

Плазма и гелиотроп.

Плазмой называется зеленый халцедон чаще темного, лукового цвета. Она наименее просвечивает из всех разновидностей халцедона. Гелиотроп отличается от плазмы тем, что в зеленую основную массу вкраплены красивые кроваво-красного цвета точки и пятнышки.

Свойства халцедона.

К свойствам халцедона относятся следующие:

· цвет различен (обычно бледно окрашен в серые, желтоватые буроватые, серовато-голубоватые, серовато-беловатые, желтовато-беловатые тона, реже - бесцветный и густо молочно-белый, а также сиреневатый, розовый, разные оттенки красного, иногда зеленый); вся масса обыкновенно окрашена однородно, или же хотя и слоями, но мало отличающимися один от другого по окраске;

· показатель преломления 1,537 - 1,544;

· текстура часто пятнистая или полосчатая;

· блеск восковой, матовый;

· твердость 6,5-7,0;

· плотность 2,6 г/смі;

· полупрозрачен, но встречается также прозрачный, просвечивающий и непрозрачный -- матовый;

· блеск слабый восковой, тусклый;

· излом неровный раковистый до занозистого;

· спайность отсутствует;

· удельный вес колеблется в пределах от 2 573 до 2,642;

· характерно повышенное содержание воды (до 1,5%).

Морфология - натечные агрегаты в форме сосулек, конкреции, мелкие секреции - миндалины от 2 до 8 см. Кристаллов халцедон не образует. Характерные формы выделения: прожилки, корки, почковидные, гроздевидные формы, выполнения миндалин в вулканических породах. Часто встречаются жеоды, заполненные мелкокристаллическим кварцем. Образует псевдоморфозы по древесине.

Й.4.3 Агат

Название агата известно было в древние времена и, по свидетельству Теофраста, произошло от реки Агатес в Сицилии, где были найдены первые агаты. Называется же агатом разноокрашенный тонкослойный самоцвет с перпендикулярным расположением волокон. Агат является древнейшим поделочным минералом. В более поздние времена появились новые названия.

Ярко окрашенные или узорчатые полупрозрачные камешки издавна соби-рали в речном галечнике. Иногда вода их так отполировывала, что достаточно было просверлить в камнях отверстия, нанизать их на нитку - и ожерелье готово. Конечно, главное, на что обращали внимание умельцы, это цвет и узор. Данные признаки и были уже в древности положены в основу выделения отдельных разновидностей камней [9].

Агатом называется разновидность халцедона, представляющая слоисто-по-лосатые сростки или пятнистую смесь различно окрашенных прозрачных и непрозрачных разностей халцедона, иногда с примесью яшмы, карнеола, кварца, аметиста и других форм аморфной и кристаллической кремнекислоты. Агат состоит из чистой кремневой кислоты с небольшой примесью окиси железа [5, 33].

Агат - скрытокристаллическая разновидность кварца (халцедона), SiO2.

Для данного минерала характерны следующие свойства:

· окраска разнообразна, обычно выдержана в коричневато-желтой, серой и голубовато-черной гамме, реже - розовая, зеленая, черная (приложение 26, 20, 28, 13, 15);

· твердость 7;

· плотность 2,6;

· показатель преломления 1,537;

· полупрозрачен или просвечивает.

Он встречается в виде миндалин шаровидных сростков, наполняющих поры и пустоты в породах.

Агат - концентрический, тонкослоистый минерал, каждый слой которого сложен разноокрашенным халцедоном с перпендикулярным слою расположением волокон. В обычном агате серо-голубые полупрозрачные слои чередуются с белыми, почти непрозрачными, слоями [5,33].

Может иметь ленточное, полосчатое или пятнистое строение либо однородную окраску с декоративными моховидными, дендритовыми, точечными, звездчатыми и другими включениями. Дендритовые включения характерны, например, для мохового агата (приложение 15), в котором в результате диффузии диоксида марганца образуются включения, которые могут быть черными (окислы марганца), бурыми, буро-красными (окислы железа) или зелеными (вростки хлорита или селадонита). Наиболее ценен моховой агат с зелеными моховыми вростками, черные или коричневые пятна. Параллельно-полосчатый агат с четко выраженным чередованием полос светлой и темной окраски называется ониксом, с чередованием темных красно-коричневых и светлых полос - сардониксом. Другие разновидности агата - руинный (или фортификационный), пейзажный, глазчатый, трубчатый, радужный.

Своеобразный узор агата, где более или менее ровные слои разбиты параллельными линиями и сдвинуты, напоминая крепость, башни и пр., носит название бастионного агата [20,37].

Классификация агата по текстуре.

· Сердолик (считается наиболее ценной разностью агата) - более или менее однородный халцедон, окрашенный в красный или буро-красный цвет.

· Карнеол. Есть расхождение, считать карнеол синонимом сердолика или рассматривать его как отдельную разность, у которой красный цвет более яркий и чистый, чем у сердолика.

· Сардер (сард) - обычно бурый или красно-бурый халцедон, хорошо просве-чивающий.

· Оникс - агат, в котором чередуются бурые или темно-бурые, почти черные, слои с белыми и желтыми. На ониксе обычно вырезают камеи, причем художник использует не только рельеф, но и окраску слоев.

· Сардоникс - агат с чередованием красных и красно-бурых слоев. В природе исключительно редок, поэтому очень часто, особенно в зарубежных странах, применяют искусственное окрашивание.

· Сапфирин - восковой агат ярко-желтый однородный, похожий на воск, хорошо просвечивающий камень (или голубоватый халцедон с ясным голубым отливом).

· Кварцин -- агрегат волокон, внешне похожих на халцедон, но имеющих иную оптическую ориентировку. Встречается крайне редко и как поделочный камень не выделяется.

· Люсатит -- подобные халцедону или агату натечные разности, состоящие из волокон кристобалита, но отличающиеся от кварца плотностью и оптическими свойствами. Если агат целиком сложен люсатитом, то от других агатов его отличить невозможно, но если в обычном агате есть отдельные люсатитовые слои, то они резко выделяются низким светопреломлением [23].

· Перелифт - уральский тип агата. Особенностью его являются довольно эффектные окраски тонких слоев: белые и оранжево-розовые. Кроме того, этот агат выделяется в тонкой трещине среди кристаллических пород, иногда заполняя эту трещину целиком, а иногда лишь нарастая на ее стенки. Трещина с перелифтом протягивается на довольно большое расстояние.

Когда слои агата настолько тонки, что их толщина соизмерима с длиной световой волны, в камне появляется игра цвета, и тогда он носит название иризирующего агата. Такой агат весьма редок и в изделиях почти не встречается. Обрабатывать его очень трудно, так как вставка из иризирующего агата должна быть ориентирована очень строго, иначе не будет видно его игры [1, 5, 10,15, 20,37].

Сердолик.

Считалось, что сердолик является прекрасным средством для остановки кровотечения. Согласно доктору Иоганну Шредеру, «порошок из этих камней полезно пить против дизентерии. Если его носить, он создает радостное настроение, прогоняет страх, придает храбрость, предохраняет от колдовских чар и разрушает их, а также оберегает своего владельца от разных ядов. Он останавливает кровь и помогает выносить дитя».

Сердолик - разновидность халцедона. Цвет красноватый, желтокрасный, оранжевый. Красная окраска обусловлена оксидами железа, входящими в состав минерала. Для сердолика характерна натечная форма, встречающаяся в виде миндалин [20, 41] .

Й.4.4 Хризопраз

Хризопраз является самой ценной разновидностью полупрозрачного кварца - халцедона. Название минерала происходит от греческих слов «chrysos» - «золото» и «рга-sios» - «лук-порей».

Первоначально хризопразом называли разные зеленые скрытокристаллические минеральные образования, состоящие существенно из кремнезема. А. Е. Ферсман называл хризопразом просвечивающую разновидность халцедона и кремня, окраска которого вызвана соединениями никеля.

Окраска хризопраза, яблочно-зеленая, обусловлена рассеянными частицами гидротированного силиката никеля. Содержание окиси никеля в луково-ябло-чном, травяно- и голубовато-зеленом хризопразе колеблется от 0,29 до 0,61%. Также часто в состав хризопраза входит окись железа. Но в отличие от окиси никеля на цвет заметного влияния не оказывает. Микроструктура этого минерала характеризуется неоднородной зернистостью. Таким образом, хризопраз это минеральная смесь, состоящая в основном из тонкокристаллического кремнезема: кварцина, халцедона, кварца, в котором могут присутствовать другие примеси.

Хризопраз ценится в ювелирном деле, особенно минералы густого зеленого цвета.

Самостоятельные зеленые никелевые минералы выделяются из циркулирующих растворов. В ряде мест физико-химические условия, благоприятные для выделения никелевых и кремниевых минералов, совпадают и в трещинках образуются жилки, где одновременно выделяется кварц, опал или чаще всего халцедон и ярко-зеленые никелевые минералы. Халцедон и другие кремниевые минералы бесцветны и прозрачны, зерна их весьма мелкие, и между ними выделяются тончайшие пленки никелевых минералов, придающих всему камню яркий яблочно-зеленый цвет. Такой зеленый халцедон (или мелкий кварц) издавна получил название хризопраза. Простым глазом и даже в оптическом микроскопе строение хризопраза разглядеть невозможно. И только с помощью электронного микроскопа удалось выявить его природу. Но найти хризопраз весьма трудно, чаще попадается кахолонг, внешне схожий с хризопразом (оставляет след на ноже) [23, 39].

Данный минерал обладает следующими свойствами:

· обычно имеет зеленоватую или синевато-зеленую окраску, которая неоднородна, с переходами от яркого к бледному или от светлого к темному и наоборот.

· просвечивающий или полупрозрачный;

· твердость 7;

· блеск стеклянный [3].

Й.4.5 Кремень

Кремень также представляет собой халцедон, но в противоположность агату лишен какой-либо структуры. Кремень - непрозрачный халцедон со случайной ориентировкой волокон, собранных в веерообразные, угловатые и неправильные агрегаты.

Образуется среди известняков, слагая неправильные участки -- желваки или стяжения. Кремень чаще окрашен в серо-голубые тона, как поделочный камень он не представляет интереса. В большинстве случаев такой кремень трещиноват, но отдельные плотные желваки хорошо принимают полировку, и изделия из них довольно изящны. Кремень часто можно найти в речной гальке и на пляжах. В желваках кремня в центре или по краям часто встречаются пустоты, в которых выделяются агатоподобные натечники или кристаллы кварца.

Это скрытокристаллический минеральный агрегат, который состоит из зерен кварца, халцедона, опала. Или, по Швецову М.С., это кремнистые включения или конкреции в осадочных породах глинистого или иного состава.

Свойства кремня:

· цвет черный, серый, желтый, зеленоватый, коричневый, голубой, бурый, красный (окраска изменяется от однотонной до многоцветной, пятнистой);

· твердость 7;

· большая вязкость;

· раковистый, занозистый излом с острорежущими краями.

В отличие от других разновидностей кремнистых минералов, сам кремень является равномернозернистой формой микрокристаллического кварца и содержит разные количества аморфного кремнезема, тридимит и кристобалит [5, 20, 35, 37].

Й.4.6 Яшма

Название «яшма» происходит от греч. «яспис» (пестрый), вероятно, производного от араб. «яшб», др.-евр. «ясфе» и персидского «яшм». Некогда на Руси слово «яспис» означало «крапчатый камень».

Долгое время существовала путаница между нефритом и яшмой, связанная со схожестью написания названий. Монгольское название «каш», связанное с «чолонг» (камень), преобразовалось в кахолонг и объединило с настоящим нефритом молочно-серые тона гобийских халцедонов. Название же, по звукам приближающееся к yeschmi, in-chi, широко распространилось на Восток, начиная с древней Халдеи и Иудеи и кончая Грецией и Римом, где нефрит называли яшма - яспис. До конца XVII в. оно сохранялось в этих странах; даже такой крупный знаток камней, как Боэций-де-Боот, не мог в начале XVII в. понять, что под яшмой подразумеваются две разнородные группы камней: восточный нефрит и то, что мы сейчас называем яшмой. Это смешение понятий вносило в литературу множество неверных толкований, ошибок, заблуждений и неясностей. Даже сейчас в ряде изданий по истории культуры или по искусству ошибки в определении камня приводят к неправильным научным выводам. Только после открытия Америки, в 1611 г., впервые появилось слово «lapis nephriticus», а в 1647 г. - название «jade». До настоящего времени удерживалось это название во Франции и в международной торговле самоцветами, лишь изредка сплетаясь со средневековым его наименованием, как бы подчеркивая особую роль этого камня для лечения почек [4].

Яшмой называются кремнистые плотные микрокварцевые или халцедоновые породы, состоящие на 80% из кремнезема. Остальное приходится на глинистые минералы и красящие примеси.

Большинство яшмы образовалось при метаморфизме кремнистых илов, которые состоят из остатков кремнистых скелетов мельчайших морских организмов, и конечно, образование породы происходило под влиянием сильного нагрева [20, 37].

Она очень твердая, непрозрачная, а иногда и непросвечивающая, которая после полировки обладает высокими декоративными качествами [23] (приложе-ние 21).

Настоящих яшм существует два типа: осадочные метаморфизованные породы и продукты гидротермального изменения различных пород [5].

Яшма кремнистая осадочная или осадочно-метаморфическая горная порода, сложенная на 60-95% объема тонкозернистым и микрозернистым агрегатом кварца, иногда с большей или меньшей долей скрытокристаллического халцедона, а также многочисленных второстепенных минералов, в том числе определяющих ее окраску: оксидов и гидроксидов железа и марганца, различных зеленых и голубых минералов (эпидота, актинолита, хлорита, щелочных амфиболов, пренита), глинистых минералов (до 20%), магнетита, пирита и других. В некоторых слабометаморфизованных яшмах сохранились остатки кремневых скелетов морских одноклеточных водорослей - радиолярий. Породы, в составе которых халцедон преобладает над кварцем (вплоть до полного отсутствия последнего), называют яшмоидами [5].

Окраска яшм отличается богатством и разнообразием цветовой гаммы. Известны равномерно окрашенные (однотонные), полосчатые, ленточные, пятнистые и самые удивительные пестроцветные яшмы. Некоторые яшмы имеют сложный узор (пейзажные, рисунчатые и т.п.). Она может быть и красной, и оранжевой, и голубой, и фиолетовой, и зеленой, и коричневой, почти черной и совершенно белой. Иногда эти цвета сочетаются друг с другом, отчего камень делается еще сказочнее. Александр Ферсман так говорил о яшме: «Я не знаю другого минерального вида, который был бы более разнообразен по своей окраске, чем яшма; все тона, за исключением чистого синего, нам известны в яшме, и переплетаются они иногда в сказочную картину. Самыми обычными цветами являются красный и зеленый, к ним присоединяются оранжевый, желтый, бурый, черный, серо-фиолетовый, голубовато-зеленый...» (приложение 21, 22). Яшма отличается большим разнообразием своей окраски, включающей все тона, кроме чисто-синего.

Особый поделочный минерал с бесконечной метаморфозой не только цветов, но и узоров.

Свойства яшмы:

· всегда непрозрачна;

· высокая плотность;

· большой вязкостью;

· довольно высокая твердость - 7;

· плотность около 2,65;

· показателями преломления 1,54-1,55 (у халцедоновых яшмоидов - 1,53).

Происхождение яшм, содержащих скелеты радиолярий, - биогенно-осадочное, а безрадиоляриевых - хемогенно-осадочное. Залегают яшмы в виде линз и пластов, подчас значительной мощности, но всегда небольшой протяженности. Они тесно ассоциируют с толщами зеленокаменных пород, т. е. измененных лав и туфов -- продуктов подводных вулканических извержений, при которых выносились большие массы кремнезема. Кремнезем либо экстрагировался из морской воды радиоляриями, строившими из него скелеты, либо осаждался в виде кремнистого ила химическим путем, а в дальнейшем претерпевал раскристаллизацию. Большинство яшм с вмещающими их породами подверглись метаморфизму [5, 9,20, 27].



ЙЙ. ГЕНЕЗИС КРЕМНИСТЫХ МИНЕРАЛОВ

ЙЙ.1. Общая характеристика происхождения кремнистых минералов

Генезис многих минералов кремния является предметом дискуссий.

Породообразующими минералами являются халцедон и кварц. Соответственно различают халцедоновые, кварцевые и смешанные. Строение микрозернистое и скрытокристаллическое.

По условиям залегания могут быть пластовыми и желваковыми (кремень). По происхождению различают хемогенные (джеспилиты, кремнистые туфы) и органогенные (диатомит, радиолярит, спонголит), криптогенные (опоки, трепел и другие).

В образовании многих кремнистых минералов относительно-существенное значение имеет вулканогенно-осадочный процесс (яшмы, некоторые джеспилиты и другие). Халцедоновые и кварцевые минералы возникают в результате раскристаллизаций опаловых [5,19,22].

Не смотря на единую формулу, минералы кремния, в частности Зауралья, отличаются друг от друга даже в одной группе. Это связано с различиями в происхождении. Одними из исследователей в этой области были Фурнье (1977), и Уолтер и Хелджсон (1977). Они показали, что халцедон более растворим в воде, чем кварц, а кристобалит и аморфный кремнезем - более халцедона. Таким образом, растворы, из которых осаждается халцедон, по-видимому, имеют более высокую концентрацию кремнезема, чем те, из которых осаждается идеальный кварц, и меньшую концентрацию, чем кристаллизующие кристобалит.

Теории генезиса, а именно кристаллизации, халцедона и кварца претерпевают изменения во времени. Выделяют более ранние и поздние модели исследования. В сущности, все более ранние модели кристаллизации халцедона принимали, что предшествующая жидкость по крайней мере частично полимеризована по кремнезему. Очевидно, те модели, что исходили из существования первичного геля, предполагали, что кремнезем существует в своем наиболее полимеризованном состоянии, но даже и те петрогенетические теории, которые не исходят из первичного геля, предполагают некоторую степень полимеризации (например, Сунагава и Охта, 1976; Флёрке и др., 1982). Основание для такого допущения возникает из сферолитовой текстуры халцедона: радиально-волокнистьге сферолиты - доминирующая форма, в которой полимеры кристаллизуются из расплава (Кейт Пэдден, 1984; Бови, 1979).

Физико-химические особенности образования минералов кремния в природных условиях определяются с помощью парагенетического анализа минеральных ассоциаций. При выветривании происходит разрушение большинства с образованием осадочных горных пород, с выщелачиванием основных соединений, освобождением кремнезема, возникновением за счёт алюмосиликатов водных силикатов алюминия, образованием глинистых минералов, нонтронита, гарниерита и других, а также окислов железа, карбонатов и других [5, 19].

ЙЙ.2. Генезис минералов кремния

Минерал молодых отложений (начиная с меловой системы) сложены преимущественно опалом, в юрских и триасовых - халцедоном и кварцем; в палеозойских и более древних - кварцем. В древних породах опал встречается лишь в виде вторичных выделений.

Распространение кремнистых минералов по стратиграфической колонке и в пространстве отражает эволюцию кремнистого осадконакопления. В докембрии (в геосинклинальных и платформенных условиях) отлагались железисто-кремнистые толщи джеспилитов за счёт веществ, поступавших с материков и из вулканических источников. В отложениях моложе кембрия джеспилиты не встречаются. В палеозое существенную роль в образовании приобретают организмы (радиолярии и губки). Основными зонами накопления минералов стали геосинклинали с характерным для них вулканогенно-осадочным процессом. Вулканогенный SiO2 выпадал в осадок химическим и биохимическим путями. Начиная с мелового времени органогенное образование кремнистых минералов стало господствующим в связи с появлением в конце юры диатомей [32].

ЙЙ.3 Генезис яшмы

Настоящих яшм существует два типа: осадочные метаморфизованные породы и продукты гидротермального изменения различных пород. Основу яшм первого типа в большинстве случаев составляют органогенные осадки. Особенно интенсивное накопление остатков кремнистых организмов идет в вулканических областях. Вулканический пепел, падающий в воду, разлагается, насыщая ее окисью кремния, которая и служит материалом для построения скелетов кремнистых организмов [37].

После образования осадочные кремнистые породы становятся весьма пористыми и не могут служить поделочным материалом. Уплотнение осадочных кремнистых пород и превращение их в яшмы происходит при метаморфизме, т. е. перекристаллизации в условиях высоких температур и давлений (после захоронения пород под мощной толщей более молодых осадочных пород). При этом величины данных параметров играют важную роль. Если погружение первоначальных кремнистых осадков было очень большим, то изменение будет весьма сильным и кристаллы крупные. Осадочная кремнистая порода хотя и потеряет свою пористость, но приобретет крупнокристаллическое строение, тогда ее скорее можно назвать кварцитом, а не яшмой. Яшма все же совершенно однородная по своему строению порода, в которой не различаются отдельные кристаллические зерна [4].

Для образования яшмы наиболее благоприятно изменение кремнистой породы в условиях верхов так называемой зеленокаменной фации. В попавших сюда породах полностью уничтожается пористость, возникают новые, достаточно плотные минералы, но еще крайне мелкие по своим размерам. Их кристаллы можно увидеть лишь при самых больших увеличениях оптического микроскопа, а еще лучше -- под электронным микроскопом.

То, что яшмы до метаморфизма были во многих случаях нормальными осадочными породами, доказывается неоднократными находками в них окаменелостей. Особенно хорошо сохранившуюся раковину орюцераса нашел в юрских яшмах уральский геолог А. Е. Малахов.

Есть яшмы, образованные в месторождениях агата и халцедона. Халцедоновое вещество цементирует залегающие рядом глинистные минералы, включает их в свой агрегат, в результате чего становится непрозрачным и приобретает окраску яшмы. Выделение минералов железа, в первую очередь гематита, одновременно с халцедоном ведет к образованию красных яшм. Зеленые яшмы возникают тогда, когда халцедоном цементируются не глины, а зеленые минералы: селадонит или хлорит. Кровавик (гелиотроп) - очень редкая яшма зеленая яшма с ярко-красными пятнами. Образуется когда хлоритовая порода, содержащая пирит, перед цементацией ее халцедоном окисляется. При этом золотистое сернистое железо - пирит - переходит в ярко-красную окись железа - гематит [20, 37].

Яшмы, встречающиеся вместе с халцедоном и агатом, не образуют больших залежей, обычно это отдельные крупные куски, реже - яшмовые жилы. Встречается яшма и в речном галечнике [3, 4].

ЙЙ.4 Генезис агата

Агат - минерал водного, гидрохимического происхождения. Образуется путем осаждения на стенках пор и пустот концентрических слоев аморфной кремнекислоты из содержащих ее растворов. «Различно окрашенные слои агата отличаются чрезвычайной нежностью и часто так тонки», - Брюстер мог насчитать их 17000 на куске толщиною в 1 дюйм [5].

Образуются во всех областях любого происхождения в магматических и осадочных породах, независимо от размеров этих полостей от миллиметровых до метровых. В магматических породах как основного состава (базальты, андезитовые порфириты), так и кислого (риолиты), в осадочных (известняки), в метаморфических породах, в корах выветривания. При этом само образование происходит в широком диапазоне физических условий: при температурах от поверхностных до +400-420?С и давлениях от нескольких десятков до 0,1Мпа. Но всё же большее количество месторождений приурочено к вулканогенным комплексам. Процесс образования довольно длительный и многостадийный.

Существует необходимость трех условий:

· наличие пустот в горной породе, образование которых происходит различным путем (например, в тектонических трещинах, от выщелачивания и усыхания пород);

· циркуляция термальных вод;

· источник кремнезема (SiO2) [33].

Агаты обычно встречаются в виде круглых или миндалевидных жеод в газовых пузырях в вулканической вмещающей породе, и в поперечном разрезе обнаруживают концентрическую кристаллическую текстуру. Хотя агаты впечатляют текстурным разнообразием, последовательность кристаллизации обычно выражается следующим образом: сферолиты халцедона зарождаются в отдельных точках вдоль стенки пустоты, и микрокристаллические волокна тянутся к центру пузыря. При росте эти сферолиты соединяются, образуя единый слой, параллельный стенке пустоты; такой тип халцедона известен как выстилающий. За этими слоями радиально-волокнистого кремнезема может следовать мелкозернистый кварц (менее 1 мкм), собранный в горизонтальные слои, известный в народе как оникс. И выстилающий халцедон, и горизонтальный кварц могут быть сильно пигментированы такими оксидами, как гематит и пиролюзит. Наконец, выстилающий халцедон и горизонтальный кварц часто уступают грубозернистому друзовому кварцу. Эта последовательность текстур может повторяться в одной жеоде несколько раз, и любая из них может отсутствовать в данной последовательности. Однако почти у всех агатов один общий признак: когда присутствуют и волокнистый, и друзовый кварц, волокнистый почти всегда обволакивает друзовый [3, 5, 33] .

В Зауралье существовали все вышеописанные условия, необходимые для образования агатов: в раннем и среднем триасе активно проявляются процессы вулканизма, в основном трещинного типа; лава основного и кислого состава; чередование эффузивов, состоящих из базальтов и липаритов.

Выделялось большое количество газов в жидких базальте и липарите. Постепенно газовые полости заполняются гелевым раствором (существуют разные точки зрения на природу этого раствора). Сам раствор, конечно, включал в себя различные примеси.

Форма газовых пузырей определяется количеством летучих компонентов и вязкостью лавы, в которой они образуются, а также состоянием потока: его течением или покоем. Так более круглая форма свидетельствует, что лава была подвижна, но двигалась очень медленно. Поток лавы постепенно остывал с поверхности. Газовые компоненты, заполняющие полости, находились под большим давлением. Под действием нижележащей магмы в остывающем потоке появляются новые трещины, ведущие в газовые полости. Через них из магмы постоянно поступал жидкий кремнезем в виде коллоида, основным компонентом которого были пары воды. Дальнейшее остывание потока лавы и полостей, заполненных флюидным раствором, приводили к образованию миндалин халцедона и агата [2, 33].

Доводы в пользу относительно высоких температур кристаллизации халцедона обычно исходят из допущения, что растворы, из которых осаждается халцедон, возникают во время отделения летучих из глубоких магм (Супагава и Охта, 1976; Флёрке и другие, 1982; Бурхардт, 1986). Считается, что эти растворы текут импульсами, как гейзеры, и отлагают халцедон равномерными слоями внутри газовых пузырей в ответ на падение давления при поступлении растворов в открытые полости. Из этой гипотезы следует, что повторное отложение, характерное для выстилающего халцедона, происходит от гидроротермальной пульсации.

В подтверждение высоких температур приводятся экспериментальные синтезы халцедона: Уайт и Корвин (1961) при 400ъ°С и 340бар; Олер (1976) - при 100 - 300°С; Кастнер (1980) - при 150 - 240°С. Блакенбург и Бержкер (1981) предполагают температуры образования агатового халцедона выше 375°С, основываясь на геотермометре кристаллитного размера [30].

Часто в центре полости долго оставалась газовая камера, и создавались условия для кристаллизации кварца. В зависимости от химического состава оставшихся полостей и даже мельчайших примесей в них выделялись кристаллы кварца разного цвета. Если в газовой камере преобладают соединения алюминия, то образуются черные (морион) или дымчатые (раухтопаз) кристаллы. Соединения железа окрашивают кварц в сиреневый цвет (аметист), железа с алюминием - в желтый (цитрин). Если же примесей содержится небольшое количество, то образуются кристаллы горного хрусталя. Кроме кристаллического кварца центральные участки миндалин заполняются и натечными формами халцедона. При определенных условиях формируются также сердолики и сердоликовые агаты. Так в течение многих миллионов лет шел процесс формирования агатов, сердоликов, кристаллического кварца [2].

Этот вышеописанный путь - первый вариант формирования агата (а также кварца кристаллического и сердолика). Есть и другой вариант, как бы продолжение событий - агаты метаморфического происхождения. Когда происходит перекристаллизация пород и осадков.

Осадочные породы имели высокую степень минерализации и были частично расплавлены от действия высокой температуры на поверхности Земли. При этом локально образовывались определенные химические соединения. Кремнезем излившихся лав вступал с ними в реакции. В результате такого взаимодействия образуются различные разновидности кремнистых пород и минералов: яшма, хризопраз, кремень, миндалины кальцита и гидротированного гематита [20, 37].

Термальные воды (растворы) наиболее легко проходили по слоям туфа, изменяли его, а в слои и жилы лавы воды проникали только по трещинам и ослабленным зонам. Вдоль этих путей образовывалась глина. Как долго ни шел данный процесс, все же часть крупных лавовых потоков не успела измениться до того, как источник тепла, порождавший термальные воды, иссяк. Сейчас среди мощных глиняных толщ, которые представляют собой полностью измененные и превращенные в глину лавы и туфы, стоят глыбы лавы, не успевшие измениться.

Сохранение неизмененной лавы - самый важный фактор образования агатов. На первых этапах превращения лавы в глину процесс идет с выделением излишков окиси кремния. Поскольку на первых порах в растворе окиси кремния оказывается очень много и она выделяется крайне быстро, то это обычно ведет к кристаллизации халцедона. Всякая пустота в глине близ сохранившихся неизмененных пород и в лавах выполняется халцедоном. Отсюда те цементированные халцедоном глинистые частицы (например, с сочетанием бурой яшмы). Но если пустота большая, и ее края уже оделись корочкой халцедона, то раствор проникает в пустоты медленнее. Соответственно образующиеся кристаллы становятся крупнее, и внутри жеоды появляются агатовые и кварцевые кристаллы [30].

ЙЙ.5. Генезис халцедона

Большинство исследований происхождения халцедона сосредоточено на температуре кристаллизации и химии осаждающей жидкости. Последние исследования халцедона с использованием порошковой рентгенодифракции (Граетч, 1987; Хеаней, 1992) обнаружили разнообразие и плотность дефектов, необычные для идеального б-кварца. Эти дефекты можно интерпретировать как скрученные структурные состояния - последствия быстрого роста. Как таковые, они могут строго ограничивать механизм образования халцедона, и по ним можно предположить характер предшествующей жидкости.

Структурные различия, отличающие халцедон от макрокристаллического кварца, предполагают, что во время роста этих двух форм кремнезёма действовали разные механизмы кристаллизации. Хотя парагенезис халцедона вызвал отчетливые расхождения исследователей, более ранние исследования показывают, что халцедон может осаждаться из слабо насыщенных растворов при относительно низких температурах (менее 100?С). Эти условия отложения предполагают модель кристаллизации с участием сборки короткоцепных линейных полимеров через мостиковые мономеры кремнезема. Эта сборка происходит по механизму спирального роста [30].

Опыт [5]. Немного обычного канцелярского клея (это и есть окись кремния) разводится водой, чтобы он потерял густоту. Затем добавляют в этот раствор кислоты, после чего выпадает студенистый или хлопьевидный осадок (гель окиси кремния). Такой гель встречается в природе. Возможно, при формировании халцедона в пустотах осаждался первоначально именно такой бесструктурный гель, который впоследствии раскристаллизовывался в тонковолокнистый. Тогда полосы халцедона (агата) будут представлять собой последовательное отложение геля с разным содержанием воды и других примесей. Примеси сохраняются на месте, захватываясь халцедоновыми волокнами.

Высказывалось предположение, что кристаллизация халцедона шла непосредственно из раствора окиси кремния, проникавшего в пустоты. Однако американские ученые Уайт и Корвин, в 1961 г. искусственно получившие халцедон, считают, что прямая кристаллизация его из раствора невозможна. Опыты показали, что халцедон кристаллизуется только из твердого геля. В конце этого процесса кристаллы начинают выделяться медленнее, и тогда вместо халцедона в центре пустот появляются крупные кристаллы кварца. В других случаях в таких пустотах могут кристаллизоваться более мягкие минералы -- цеолиты и кальцит. Но в гальках они не сохраняются: полностью разрушаются при транспортировке. Халцедон как очень прочный минерал сохраняется и в гальке.

Сохранность камня зависит от его твердости: относительно слабый и мягкий порфирит дробится и истирается гораздо легче, чем твердый и очень вязкий халцедон. В результате галечник относительно легко обогащается халцедоном, некоторые участки которого не окатаны совсем. Некоторые гальки имеют миндалевидные формы - это фактически весь халцедон, выполнявший пустоту в лаве. Яшмовидные красные и зеленые обломки - краевые части выполнения пустот, где халцедон окрашен примесями [23].

Халцедон растет в газовых пузырях как в кислых, так и в основных извержениях. Он заполняет швы и пустоты в интрузивных и метаморфических породах; и замещает предшествующие минералы в осадочных породах. Это разнообразие условий роста почти не ограничивает его парагенезис. Аналогично, попытки синтезировать халцедон оказались успешными многими различными путями. Основные дискуссии об отложениях халцедона обычно связывались с температурой происхождения и свойствами предшествующей жидкости. Экспериментальные синтезы халцедона, как правило, выполняются при повышенных температурах для того, чтобы сократить длительность процесса. Таким образом, эксперименты не исключают возможности образования халцедона в более холодной обстановке. Таким образом, хотя даже лабораторньне синтезы халцедона обычно проводились при температурах выше 150?, множество прямых аналитических данных указывает, что, по крайней мере, в некоторых случаях халцедон образуется из жидкостей, состоящих частично или главным образом из «метеорной воды» [30].

Халцедон растет по механизму спирального роста (винтовая дислокацией). При этом винтовые дислокации создают в кристаллах постоянный выступ для присоединения растворенного вещества растущей гранью; как следствие, спиральный рост обеспечивает кинетически предпочтительный механизм для роста кристалла из растворов при низких пересыщениях (Франк, 1949; Верма и Кришна, 1966). Этот относительно простой механизм роста успешно объясняет ряд дефектов, свойственных халцедону.

...