5. Минералогия
5.1. Классификация минералов
Органические минералы представлены разнообразными соединениями углерода (исключение составляют лишь карбонаты и карбиды).
Неорганические минералы (самородные элементы и природные соединения, кроме органических минералов). Онив основном являются кристаллическими продуктами химических реакций.
В настоящее время известно более 3 000 минералов. Однако лишь около 50 минералов наиболее широко распространены в земной коре и слагают горные породы – главные породообразующие минералы. Другие минералы встречаются в подчиненном количестве (менее 1…5 %) – второстепенные минералы. Некоторые из второстепенных минералов (акцессорные) характерны только для определенного вида горных пород (хромит в дунитах, циркон в щелочных породах). Практическое значение имеют около 300 минералов (рудные), в т. ч. породообразующие и второстепенные.
В основе современной классификации минералов лежит химический состав и кристаллическая структура – кристаллохимическаяклассификация (табл.).
Основные типы и классы минералов
Типы
|
Классы
|
Примеры минералов
|
Кол-во, %
|
Содержание, %
|
Простые
|
Самородные элементы
|
Медь, золото, серебро
|
3,3
|
0,10
|
Сера, графит, алмаз
|
Сернистые
|
Сульфиды и
их аналоги
|
Галенит, сфалерит, халькопирит
|
13,0
|
1,15
|
Пирит, арсенопирит, молибденит
|
Киноварь, антимонит
|
Кислородные
|
Оксиды и
гидроксиды
|
Кварц, касситерит, корунд
|
12,5
|
17,00
|
Браунит, псиломелан, пиролюзит
|
Магнетит, ильменит, гематит, гетит
|
Периклаз, брусит, рутил, бемит
|
Силикаты и
алюмосиликаты
|
Оливин, гранат, берилл
|
25,0
|
75,00
|
Пироксены, амфиболы
|
Слюды, хлориты, тальк, серпентин
|
Полевые шпаты, нефелин, кварц
|
Карбонаты
|
Кальцит, доломит, магнезит, малахит
|
4,5
|
1,70
|
Сульфаты
|
Ангидрит, барит, гипс
|
9,0
|
0,50
|
Фосфаты
|
Апатит
|
17,0
|
0,70
|
Вольфраматы
|
Вольфрамит, шеелит
|
1,0
|
0,15
|
Галои-
ды
|
Хлориты
Фториды
|
Галит, сильвин, карналлит
|
5,7
|
1,50
|
Флюорит
|
1. Силикаты. Наиболее многочисленный класс, включающий до 800 минералов. Они являются важнейшей составной частью большинства горных пород, в особенности магматических и метаморфических. Кристаллическую структуру силикатов составляют кремнекислородные тетраэдры [SiO4]–4.
В соответствии со структурой различают следующие типы силикатов: островные, цепочечные, ленточные, листовые (слоевые) и каркасные.
- островные силикатыимеют в основе изолированные [SiO4]–4 -радикалы, соединяющиеся друг с другом через катионы Mg, Fe, Ca. Оливин, гранаты, топаз и др. Оливин (Mg, Fe)2SiO4 зеленый за счет присутствия в составе Fe+2, относительно малостойкий. Под действием горячей (300…400 оС) воды, кислорода и углекислоты он переходит в серпентин с увеличением объема. Оливин образуется только при кристаллизации ультраосновной магмы и слагает соответствующие горные породы;
- цепочечные силикатыпостроены из цепочек кремнекислородных тетраэдров, образующих радикалы [Si2O6]–4 или [Si3O9]–6, которые соединяются через катионы. Наиболее распространенными являются минералы группы пироксенов – авгит, диопсид, отличающиеся таблитчатой формой и темно-зеленым цветом;
- ленточные силикатысостоят из кремнекислородных тетраэдров, соединенных между собой в обособленные полосы, которые соединяются через катионы Mg, Fe, Ca, Na, Al и др. Особо выделяется группа амфиболов(роговая обманка, актинолит, тремолит), отличающиеся вытянутой столбчатой или игольчатой формой кристаллов. Амфиболы имеют темно-зеленый цвет до черного;
- слоевые силикатысодержат целые слои кремнекислородных тетраэдров, соединяющиеся между собой через катионы, из-за чего они имеют пластинчатую и листовую форму, имеют пониженную прочность и стойкость. Среди них особо выделяются слюды– водные алюмосиликаты сложного и разнообразного составов. Наиболее распространенными слюдами являются прозрачный светлый мусковит и черный полупрозрачный биотит. Вблизи поверхности за счет гидратации превращаются в гидрослюды – гидромусковит и гидробиотит (вермикулит);
- каркасные силикатыпредставляет собой алюмосиликаты К, Na и Са, в структуре которых кроме кремнекислородных тетраэдров имеются тетраэдры с алюминием в центре. К ним относятся полевые шпаты(ПШ) составляющие 50 % массы земной коры. Они имеют твердость 6 и достаточную прочность (100…170 МПа). Подразделяются в зависимости от своего химического состава на подсемейства (подгруппы) Ca–Na–ПШ – плагиоклазы (косораскалывающиеся) и K–Na–ПШ – щелочные полевые шпаты. К последним относятся ортоклаз (прямораскалывающийся), микроклин, санидини др. Полевые шпаты отличаются слабой атмосферостойкостью: их структура разрушается и образуются глинистые минералы: каолинит, монтмориллонит, глауконит.
2. Оксиды и гидроксиды включают около 200 минералов. На их долю приходится до 17 % всей массы земной коры. Наиболее часто встречающимися являются кварц и его разновидности, лимонит (бурый железняк) nFe2O3·mH2O, гематит (красный железняк) FeO·Fe2O3, диоксид марганца (пиролюзит) MnO2. Отличаются изоморфизмом, высокой твердостью, тугоплавкостью, химической стойкостью, магнитностью, имеют неметаллический блеск. Для гидроксидов – низкая твердость, неметаллический блеск, высокая дисперсность.
3. Кварц (диоксид кремния SiO2) – один из самых распространенных (12 % по массе), прочных (до 2000 МПа) и стойких минералов. Плотность – 2,5…2,8 г/см3, кислотостойкий, кроме плавиковой кислоты, твердый (7). С основаниями кварц образует силикаты и гидросиликаты, а при нагревании претерпевает полиморфные (модификационные) превращения при 575, 870, 1050 и 1400 оС. Плавится при 1710 оС, при быстром охлаждении расплава образуется аморфный кремнезем с плотностью 2,3 г/см3, который отличается высокой химической активностью. При выветривании кварц образует песок. Скрытокристаллический кварц известен под названием халцедон. Водный кремнезем (опал) содержит 2…14 % воды; халцедон и опал с примесью глины и песка называется кремнем. В известняках или песчаниках встречаются скопления овальной формы различных размеров из кремния – желваки.
4. Карбонаты (углекислые соли) включают более 80 минералов. Они отличаются светлой окраской, стеклянным блеском, средней твердостью 3…4, неводостойкостью. Третье место по распространенности занимает после полевых шпатов и кварца кальцит (известковый шпат) СаCO3, который слагает почти целиком мел, известняки и мрамор, и легко диагностируется в скрытозернистых горных породах по реакции (растворение с шипением) под действием холодной соляной кислоты. Часто вместе с кальцитом встречается доломит MgСа[CO3] 2, который реагирует с HCl только в порошке. С нагретой HCl взаимодействует магнезит Mg[CO3], который используется, прежде всего, как огнеупорный материал. Карбонаты слагают осадочные и некоторые метаморфические и магматические горные породы.
5. Сульфаты (сернокислые соли) составляют до 260 минералов. Наиболее распространенными являются гипсCaSO4·2H2O, возникающий при гидратации ангидрита CaSO4. Возможен и обратный процесс дегидратации гипса и возникновение ангидрита при повышении литостатического давления. Сульфаты отличаются невысокой твердостью, неметаллическим блеском, светлой окраской и хорошей растворимостью. Они являются важнейшими породообразующими минералами одноименных осадочных горных пород.
6. Сульфиды составляют до 200 минералов. Наиболее часто встречающимся в горных пород различного генезиса является пирит, или серный (железный) колчедан FeS2, который используется лишь для получения серной кислоты. На месторождениях полиметаллических руд пирит является спутником халькопирита (медного колчедана) CuFeS2, галенита (свинцового блеска) PbS, сфалерита (цинковой обманки) ZnS. Сульфиды отличаются металлическим блеском, непрозрачностью, электропроводностью и высокой плотностью. Они входят в состав металлических руд, из них выплавляют металлы, однако их присутствие снижает качество строительных материалов.
7. Галоиды составляют около 100 минералов. Они являются составной частью осадочных горных пород и легко растворяются в воде. Наиболее распространенным является галит (каменная соль) NaCl, карналлит KCl·MgCl2·6H2O, флюорит (плавиковый шпат) CaF2, сильвин KCl, крезолит AlF3·3NaF. У галоидов небольшая твердость, стеклянный блеск, хорошая растворимость.
8. Фосфатыапатит CaCl•Ca4(PO4)3, фосфорит Ca5F(PO4)3, вивианит Fe3(PO4)3}.
9. Самородные элементы (золото, серебро, медь, ртуть, сера, алмаз, графит) встречаются довольно редко – всего около 40 видов.
В инженерной геологии изучаются и искусственные минералы, полученные в результате производственной деятельности человека. Насчитывается более 150 таких минералов. Промышленность получает два вида искусственных минералов: аналоги и технические. Аналогиявляются структурно-химичес-кими аналогами (повторением) природных минералов: алмаза, корунда, горного хрусталя и др. Технические – это вновь созданные минералы с заранее заданными свойствами или продукты деятельности человека, например, различные металлургические шлаки. Такие минералы входят в состав различных строительных материалов: в портландцементе находятся алит 3СаО·SiО2 и белит 2СаО·SiО2, в огнеупорах – силлиманит Al2O3·SiO2, муллит 3Al2O3·2SiO2 и периклаз MgO, в абразивах – карборунд SiC.
5.2. Минеральные агрегаты
В результате кристаллизации или отложения вещества из паров или растворов образуется смесь сросшихся между собой кристаллических зерен, которая носит название минерального агрегата.
Главнейшими минеральными агрегатами являются:
1. Зернистые агрегатысложены кристаллическими зернами, иногда в комбинации с хорошо образованными кристаллами каких-либо минералов. Ими сложены все кристаллические породы. Этот тип минеральных агрегатов является самым распространенным в земной коре.
По величине зерен различают:
- крупнозернистые агрегаты – с размером зерен > 5 мм в поперечнике;
- среднезернистые – с зернами 1…5 мм в поперечнике;
- мелкозернистые – размер зерен < 1 мм.
Форма слагающих минерал зерен также накладывает свой отпечаток на морфологические (внешний вид, строение, форма) особенности агрегатов.
Изометрическая форма – зернистые. Пластинчатая форма – листоватыми или чешуйчатыми. Вытянутые в одном направлении – игольчатые, волокнистые, столбчатые.
Рис. 4. Некоторые формы выделения минеральных агрегатов: а – друзы; б – секреции; в – конкреции; г – оолиты; д – цилиндрическая натечная форма (сталактит); е – почковидная натечная форма; ж – тонкие пленки (дендриты)
Друзы(щетки) – сростки хорошо образованных кристаллов, наросших на стенках каких-либо пусто (друзы кристаллов кварца). Они возникли в свободном пространстве (пустоты, трещины и т.п.). Размеры пустот от мелких пор и кончая пещерами, в которых стенки усеяны крупными кристаллами прозрачного кварца и других минералов. Кварц, кальцит шпаты, топаз, пирит.
3. Секреции. Образуются в результате заполнения обычно округлой формы пустот кристаллическим или коллоидным веществом. При этом отложение вещества идет по направлению от стенок к центру. Отдельные слои отличаются цветом и часто составом. Мелкие пустоты обычно нацело заполняются минеральным веществом. Иногда центральная часть бывает выполнена радиально-лучистыми агрегатами какого-либо минерала, например, цеолита. В крупных же пустотах в центре нередко наблюдается полость, стенки которой устланы друзами кристаллов или натечными образованиями.
Мелкие пустоты (до 10 мм в поперечнике) называются миндалинами ( цеолит, халцедон, кальцит), крупные – жеодами.
Конкреции– шаровидные или не совсем правильной формы сферические стяжения (желваки). Возникают в рыхлых осадочных породах (глины, пески и землистые продукты разрушения пород). Размеры конкреций колеблются от миллиметров до десятков сантиметров, иногда метров. Разрастаясь и соединяясь вместе, они образуют сложные по форме крупные тела. Конкреции, в отличие от секреций, разрастаются вокруг какого-либо центра. Фосфориты, пирит, марказит, сидерит, барит и другие минералы.
5. Оолиты по способу образования во многом аналогичны конкрециям. По внешнему виду они напоминают агрегаты скорлупок. Это такие же сферические образования, но малых размеров (от десятых долей миллиметра до 5…10 мм). В зависимости от их величины различают гороховые, икряные и другие виды оолитов. Возникают в водных средах вокруг взвешенных посторонних тел (песчинок), обломков раковин, или тел бактерий и даже пузырьков воздуха. Характерной особенностью оолитовых стяжений является их ярко выраженная, довольно правильная концентрическая слоистость, иногда скорлуповатость. Аналогичные по форме, но не обладающие концентрической слоистостью образования называются псевдоолитами или бобовинами. Железная и марганцовистые руды, халцедон, бокситы.
6. Натечные формы. Возникают за счет коллоидов-гелей. Постепенно теряя испаряющуюся в открытое пространство воду, они густеют и под влиянием силы тяжести свисают с верхних частей пустот в виде сталактитов, почковидных, гроздевидных и прочих форм. В таком виде они, в конце концов, затвердевают. В нижних частях пустот за счет падающих капель возникают поднимающиеся кверху конусообразные сталагмиты. При соединении сталактитов и сталагмитов возникают сталагнаты (сталактоны).
Размеры могут быть от микроскопических и до толстых столбообразных сталактитов и сталагмитов арагонита и кальцита в больших пещерах. В натечных формах могут встречаться самые различные минералы: лимонит, гидроксиды марганца, опал, малахит, гипс, кальцит, сульфиды.
7. Землистые массы представляют собой мягкие мучнистые образования. В этой массе даже невозможно различить какие-либо кристаллы. Землистые массы наблюдаются в виде корок или скоплений. Возникают аще всего при химическом выветривании пород. В зависимости от цвета такие массы иногда называют сажистыми (черного цвета) или охристыми (желтого и бурого цвета). Гидросиликаты никеля, марганца и железа.
Налеты и примазки встречаются в виде тонких пленок (дендритов) на поверхности кристаллов. Они могут представлять собой различные по составу вещества. Гидроксиды железа на кристаллах горного хрусталя, примазки медной зелени в горных породах, вмещающих меднорудные месторождения, серебро, золото, марганцовистые минералы.
Выцветы – периодически появляющиеся на поверхности руд, горных пород, сухих почв и в трещинах рыхлые пленки и корочки или спорадически рассеянные моховидные и пушистые образования каких-либо солей, чаще всего легкорастворимых водных сульфатов. В дождливые периоды года они, как правило, исчезают, а в сухую погоду вновь появляются.
Встречаются минералы, которые имеют не свойственную им форму. Подобные образования называются псевдоморфозами (чужая форма). Лимонит, пирит. Если псевдоморфозы образуются по каким-то другим минералам, то они носят название параморфозы (гипс, малахит, фосфорит).
5.3. Процессы минералообразования
Все минералы возникли в результате 3-х геологических процессов.
а) эндогенный процесс связан с внутренними силами Земли и проявляется в ее недрах. К эндогенным процессам относятся тектонические движения земной коры, землетрясения и магматизм. Минералы формируются из магмы. В результате кристаллизации магмы образуются кварц и различные силикаты, характеризующиеся высокой плотностью, твердостью, стойкостью к воде, кислотам и щелочам.
По условиям образования различают две группы магматитов:
интрузивные (глубинные), застывшие на значительной глубине под высоким давлением и представляющие полнокристаллические минералы;
эффузивные (излившиеся), образовавшиеся вблизи поверхности Земли или на земной поверхности, содержащие кроме кристаллов достаточное количество аморфного вулканического стекла.
б) экзогенный процесс свойствен поверхности земной коры. Этот процесс происходит на суше и на море.
На море минералы формируются в процессе выпадения химических осадков из водных растворов (галит, сильвин и др.) Ряд минералов образуется за счет жизнедеятельности различных организмов (опал и др.).
На суше выделяют 4 группы (стадии) экзогенных процессов: выветривание, денудация, аккумуляция и диагенез.
- выветривание (нем. погода) – процесс глубокого изменения горных пород и минералов, оказавшихся неустойчивыми в условиях земной коры. Изменение происходит на месте залегания эндогенных минералов в результате физического действия, химического и биологического воздействия воды, кислорода, углекислого газа, различных минеральных и органических кислот, колебаний температуры, солнечной радиации;
- денудация (лат. обнажение) – совокупность процессов удаления продуктов выветривания с места их образования и непосредственного разрушения горных пород агентами денудации (силы гравитации, воды континентов, морей и океанов, ветер, ледники) с последующим накоплением в понижениях рельефа;
- аккумуляция (лат. накопление) – геологические процессы, в результате которых рыхлые продукты разрушения первичных горных пород накапливаются в понижениях рельефа – речных долинах, озерах, болотах, морях и океанов;
- диагенез(перерождение) – сложный процесс преобразования продуктов экзогенной деятельности (осадков) в осадочные горные породы под влиянием гравитационных сил и изменения физико-химических условий в приповерхностной части земной коры.
Все экзогенные процессы связаны друг с другом. Они могут идти параллельно и последовательно. Происходит формирование почвы и полезных ископаемых. Однако, они разрушают берега водоемов, вызывают обвалы, оползни, снежные лавины, происходит размыв и разрушение склонов, рост оврагов и заболачивание территорий.
Свойства минералов экзогенного происхождения весьма разнообразны, в основном малая твердость, высокая химическая активность.
в) метаморфический процесс происходит под воздействием высоких температур и давлений, а также магматических газов и воды на некоторой глубине в земной коре. Преобразуются минералы, ранее образовавшиеся в эндогенных и экзогенных процессах. В зависимости от глубины протекания метаморфического процесса различают:
* региональный метаморфизм – наиболее распространенный тип. Степень изменения горных пород находится в прямой зависимости от степени изменения термодинамических условий среды:
- в верхней зоне (эпизоне): невысокая температура и давление, на которые накладывается сильное односторонне давление) возникают хлоритовые и тальковые сланцы.
- в средней зоне (мезозоне): более высокие температуры и давление – слюдяные сланцы, амфиболиты, некоторые гнейсы, мраморы и кварциты.
- в нижней зоне (катазоне): наиболее высокие температура и давление) – пироксеновые, биотовые и силиманитовые гнейсы, эклогиты, кварциты
* контактовый метаморфизм происходит на контактах магматических расплавов, внедряющихся в земную кору, с вмещающими породами:
– термоконтактовый метаморфизм выражается в чисто термальном воздействии магмы на вмещающие породы, что приводит к перекристаллизации, образованию новых минералов, но не сопровождаются изменением химического состава (известняк – мрамор, песчаник – кварцит); Разновидностью является пирометаморфизм – обжиг и спекание горных пород под воздействием лав. Зона занимает всего несколько см;
– контактово-метасоматический метаморфизм. К температурному воздействию остывающего интрузива присоединяется воздействие выделяемых им газовых и жидких минерализованных растворов. Происходит процесс замещения одних минералов другими (скарны и грейзены). Скарны – известково-магнезиальные железистые силикаты. Грейзены – из кварца и светлых слюд (топаз, берилл);
– автометаморфизм – процесс изменения изверженных горных пород в процессе их формирования (застывания и кристаллизации) под влиянием химически активных компонентов, выделяемых самой магмой, в результате падения температуры (серпентизация ультраосновных пород, хлоритизация базальтов, грейзенизация гранитов).
* динамометаморфизм (дислокационный) проявляется главным образом в верхних частях земной коры, в зонах развития тектонических движений дислокационного характера. В породах появляется полосчатость, выражающаяся в чередовании слоев различных по форме зерен и окраске минералов, возникает кристаллизационная сланцеватость. Брекчии, хлориты.
Рассматривая вышеперечисленные процессы минералообразования, следует уточнить их особенности. Они могут проходить последовательно, параллельно, а также совместно.
5.4. Диагностические признаки минералов
1. Прозрачность – свойство вещества пропускать сквозь себя свет. Абсолютно непрозрачных тел не существует. Однако многие минералы, даже в очень тонких пластинках, пропускают столь малое количество света, что кажутся практически непрозрачными. Точно так же не существует и абсолютно прозрачных минеральных тел, т. е. таких, которые совершенно не поглощали бы пропускаемый сквозь них свет. Одна из самых прозрачных сред – чистая вода, которая в тонком слое имеет голубой цвет, что свидетельствует о существенном поглощении лучей красного конца спектра видимого света.
Многие минералы, которые кажутся в крупных кристаллах или обломках непрозрачными, просвечивают в тонких осколках или тонких шлифах (биотит, рутил).
Если тело состоит из множества маленьких частиц (зерен), различно ориентированных, то в такой среде лучи света не могут проложить себе прямых длинных путей. Свет в таких средах, многократно преломляясь в различных направлениях, рассеивается, отражается и поэтому кажутся непрозрачными.
В зависимости от степени прозрачности все минералы, которые наблюдаются в крупных кристаллах, делят на три группы:
- прозрачные – горный хрусталь, исландский шпат, топаз;
- полупрозрачные – изумруд, сфалерит, киноварь;
- непрозрачные – пирит, магнетит, графит.
2. Цвет. Окраска минералов является одним из важнейших диагностических признаков. Многие названия минералов связаны с характерной для них окраской. Лазурит (лазурный), хлорит (зеленый), родонит (розовый), рубин (красный), гематит (кровавый), альбит (белый). Киноварь (красный), малахитовая зелень и другие вошли в наш язык как стандартные цвета красок.
Окраска нередко зависит от наличия в минерале хромофора (химического компонента, придающего окраску) – Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu. Самым ярким представителем хромофоров является Cr, дающий красную окраску (рубин), ярко-зеленую (изумруд), фиолетовую (аметист).
Иногда один и тот же минерал окрашен в различные цвета. Это связано с наличием в них примесей. Прозрачный бесцветный кварц – горный хрусталь, фиолетовый кварц – аметист, золотистый – цитрин, дымчатый – раухтопаз, черный – морион.
В некоторых минералах наблюдается игра цвета, обусловленная интерференцией падающего света в связи с отражением его от внутренних поверхностей трещин (иризация). Лабрадор имеет иризацию в синих и фиолетовых тонах.
Иногда по минералу развивается пестро окрашенная пленка, ничего общего не имеющая с природой самого минерала. Такие пленки называются побежалостью (радужная побежалость халькопирита – медного минерала).
3. Цвет черты. Под цветом черты понимается цвет тонкого порошка минерала. Этот порошок легко получить, если провести испытуемым минералом черту по матовой (неглазурованной) поверхности фарфоровой пластинки.
Этот признак по сравнению с окраской минералов является гораздо более постоянным и более надежным диагностическим признаком. Цвет черты в ряде случаев совпадает с цветом самого минерала. Например, у киновари окраска и цвет порошка красные, у магнетита – черные, у азурита – синие. Длядругих минералов наблюдается довольно резкое различие между цветом минерала и цветом черты. У гематита – цвет от стально-серого до красного, черта – вишнево-красная; у пирита – цвет латунно-желтый, цвет черты – черный.
Большинство прозрачных и полупрозрачных окрашенных минералов обладают бесцветной (белой) или слабо окрашенной чертой. Поэтому наибольшее диагностическое значение цвет черты имеет для непрозрачных или полупрозрачных резко окрашенных природных соединений.
4. Блеск минералов (9):
- стеклянный блеск. К этой группе принадлежат лед, флюорит, кварц, а также многие галоидные соединения, карбонаты, сульфаты, силикаты;
- алмазный блеск: циркон, сфалерит, алмаз;
- полуметаллический блеск: характерен для прозрачных и полупрозрачных минералов (киноварь, некоторые разновидности гематита);
- металлический блеск. В порядке возрастания отражательной способности сюда относятся следующие минералы: молибденит, антимонит, галенит (свинцовый блеск), халькопирит, пирит;
- жирный блеск наблюдается у минералов, которые в изломе имеют бугорчатую или ямчатую поверхность. Отраженный цвет теряет свою упорядоченность, подвергаясь рассеянию. Самородная сера;
- восковой блеск возникает на поверхности с ярко выраженной неровностью. Он присущ скрытокристаллическим массам (кремни);
- матовый блеск характерен для тонкодисперсных минералов, которые обладают тонкой пористостью. В этих условиях падающий свет полностью рассеивается в самых различных направлениях. Каолинит, охры;
- шелковистый отлив наблюдается у минералов, которые обладают явно выраженной ориентировкой элементов строения в одном или двух направлениях в пространстве. Асбест, селенит (разновидность гипса);
- перламутровый отлив встречается у прозрачных минералов, которые обладают слоистой кристаллической структурой и хорошо выраженной совершенной спайностью. Мусковит, гипс, тальк.
5. Спайность и излом. Спайностью называется способность кристаллов и кристаллических зерен раскалываться по определенным кристаллографическим плоскостям, которые параллельны действительным или возможным граням.
Спайность весьма совершенная встречается в слюдах, хлоритах, каменной соли. Кристаллы способны расщепляться на тонкие листочки (у слюд). При раскалывании каменной соли образуются мелкие правильные кубики.
Спайность совершенная. При ударе молотком всегда получаются выколки, которые внешне напоминают настоящие кристаллы. При раздроблении кальцита образуются правильные ромбоэдры, галенита – кубы. Получить спайный излом по другим направлениям достаточно затруднительно.
Спайность средняяв кристаллах полевого шпата, роговой обманки. На обломках минеральных зерен наблюдаются как плоскости спайности, так и неровные изломы по случайным направлениям.
Спайность несовершеннаяприсуща апатиту, самородной сере. Спайность обнаруживается с трудом.
Спайность весьма несовершенная (отсутствует) – корунд, золото, магнетит, кварц.
Ряд кристаллов при раскалывании обнаруживает раковистый излом (кварц). Для некоторых самородных металлов (медь, серебро) характерен занозистый, крючковатый излом.
Обычным же для многих минералов является неровный излом, а для агрегатов, сложенных кубическими кристалликами (галенит) возможен ступенчатый излом.
6. Плотность минерала зависит от атомной массы частиц, которые слагают кристаллическое вещество. Существенную роль играют размеры ионных радиусов. Их возрастание может компенсировать увеличение плотности иногда настолько, что плотность даже снижается. Например, несмотря на то, что атомная масса калия в 1,7 раза больше, чем натрия, плотность КCl (1,98) меньше, чем NaCl (2,17). Это связано с тем, что ионный радиус К+ (1,33) больше ионного радиуса Na+ (0,98), что сильно сказывается на объеме кристаллического вещества.
Главная масса природных органических соединений, оксидов и солей легких металлов, расположенных в верхней части таблицы Менделеева, обладает плотностью от 1,0 до 3,5 г/см3: янтарь, твердые битумы (1,0…1,1); галит – 2,1…2,5; гипс – 2,3; кварц – 2,65; алмаз (3,5). Лишь некоторые минералы имеют большую плотность: корунд и его разновидности – 4,0. Среди сульфатов особо выделяется барит – BaS04 (4,3…4,7).
Соединения типичных тяжелых металлов, которые занимают нижнюю часть таблицы Менделеева, характеризуются средней плотностью от 3,6 до 9 г/см3. Примеры: сидерит – FeC03 (3,9), сфалерит – ZnS (4,0), пирит – FeS2 (5,0), магнетит – Fe304 (4,9…5,2), гематит – Fe203 (5,0…5,2), галенит – PbS (7,5), киноварь – HgS (8,0).
Наибольшую плотность имеют самородные тяжелые металлы: медь – 8,9; серебро (10…11), ртуть (13,6), золото (15…19), минералы группы самородной платины (14…20, минералы иридия (17…23).
7. Твердость – способность минералов сопротивляться проникновению в него более твердого тела. Оценка производится по шкале Мооса
Шкала твердости (шкала Ф. Мооса)
Класс
|
Эталонный минерал, химическая формула
|
Группа твердости
|
Визуальные
признаки*
|
Микротвердость, МПа
|
Твердость
шлифования
|
1
|
Тальк,
3MgO4·SiO2·H2O
|
Мягкие
|
Легко чертится
(режется) ногтем
|
24
|
0,03
|
2
|
Гипс, СaSO4·2H2O
|
Чертится ногтем
|
360
|
1,25
|
3
|
Кальцит,
СаСО3
|
Средней твердости
|
Легко чертится стальным ножом. Царапается медной монетой
|
1090
|
4,50
|
4
|
Флюорит,
CaF2
|
Чертится стальным ножом под нажимом
|
1890
|
5,00
|
5
|
Апатит,
Ca5(PO4)3·(F,ОН,Cl)2
|
С трудом царапается стальным ножом
|
5360
|
6,50
|
6
|
Ортоклаз, K2O·Al2O3·6SiO2
|
Твердые
|
Царапает стекло при сильном нажиме. Царапается напильником
|
8000
|
37
|
7
|
Кварц, SiO2
|
Царапает стекло
|
11200
|
120
|
8
|
Топаз, Al2O3·SiO2·H2O
|
Очень
твердые
|
Режет стекло
|
14270
|
175
|
9
|
Корунд, Al2O3
|
Чертит топаз
|
20600
|
1 000
|
10
|
Алмаз, С
|
Чертит корунд.
Не царапается
|
100600
|
140 000
|
* На практике часто используются следующие эталоны твердости: мягкий карандаш – 1; ноготь – 2,5; медная монета – 3,5; стекло – 5; лезвие ножа – 5,5; напильник – 7
8. Прочие свойства минералов. Некоторые минералы обладают ярко выраженными магнитными свойствами (магнетит, магнитный колчедан, пирротин и некоторыеразновидности хромитов). Так как число минералов, которымприсущи магнитные свойства, невелико, то этот признак имеет важное диагностическое значение. Некоторые минералы, особенно в порошке, легко узнаются на ощупь. Тальк на ощупь кажется жирным.
При определении качества некоторых полезных ископаемых, которые употребляются в пищу, прибегают к вкусовым ощущениям.Этим свойством пользуются при поиске иразведке поваренной соли, артезианских питьевых вод. Галит – соленый. Сильвин (калийная соль) – горько соленый.
Отдельные минералы реагируют с HCl (карбонаты). Кальцит СаСО3 легко вскипает от капли HCl при комнатной температуре (на холоде). Доломит CaMg(CО3)2 с HCl реагирует с трудом и только в порошке. В то же время магнезит MgCO3 с HCl при комнатной температуре не взаимодействует даже если его раздробить в порошок.
Каолинит при прочерчивании ногтем дает блестящую черту.
|