4. Минералы. Формы минералов и агрегатов. Свойства минералов.

Однородные по составу и строению природные химические соединения или однородные элементы, возникающие в результате разнообразных физико-химических процессов, называются минералами. В настоящее время известно около 3000 различных минералов и их разновидностей. Каждый из их характеризуется какими-либо особыми постоянными физическими и химическими свойствами или признаками. Основными отличительными признаками минерала являются:

а) природное происхождение;

б) однородность состава;

в) индивидуальность.

В природе минералы встречаются в твердом, жидком и газообразном состоянии. Основную массу составляют твердые минералы. Большинство твердых минералов встречается в природе в кристаллическом состоянии. Их элементарные частицы – атомы, ионы располагаются для данного минерала в определенном порядке – в постоянных для данного минерала точках (узлах) кристаллической решетки.

Формы нахождения минералов в природе разнообразны и зависят главным образом от условий образования (Приложение В).

Чаще всего минералы встречаются в виде скоплений, называемых минеральными агрегатами, реже – отдельных кристаллов или их сростков.

Наиболее характерными минеральными агрегатами являются зернистые и землистые агрегаты, натечные формы, оолиты, конкреции, секреции, друзы и дендриты.

Зернистые агрегаты представляют собой скопления неправильно сросшихся зерен одного или нескольких минералов.

. Величина зерен зависит от условий кристаллизации и изменяется от крупных до землистых.

По форме зерен минеральные агрегаты делятся на:

а) зернистые (кварц, кальцит, галенит), имеющие изометричную форму зерен;

б) волокнистые (асбест), столбчатые (селенит), шестоватые (роговая обманка), имеющие вытянутую форму;

в) чешуйчатые (графит, тальк), пластинчатые (гипс, слюда), имеющие плоскую форму.

По величине зерен различаются минеральные агрегаты:

а) крупнозернистые – размеры зерен более 5 мм,

б) среднезернистые – размеры зерен 2 – 5 мм,

в) мелкозернистые – размеры зерен 0,5 – 2 мм;

г) скрытокристаллические, образующие плотные либо землисто-рыхлые массы.

Землистые агрегаты характерны для порошковатых рыхлых минералов и для осадочных горных пород (глин, бокситов и др.). Такие агрегаты обычно пачкают руки, легко распадаются на мелкие комочки, состоящие из мельчайших зернышек.

Оптические свойства минералов

Цвет. Окраска минералов обусловлена особенностями химического состава, структурой минералов, наличием в них механических примесей. Цвет черты – это цвет тонкого слоя порошка минерала, остающегося на поверхности неглазурованной фарфоровой пластинке, если по ней провести минералом. Цвет черты является более надежным признаком по сравнению с окраской минерала. Чаще цвет черты отличается от цвета минерала.

Блеск. При отражении световых лучей от поверхности минерала последние приобретают характерный для них блеск, который определяется показателем преломления минерала и коэффициентом поглощениях им света. По характеру блеска минералы делятся на две группы. 1. Минералы с металлическим блеском, напоминающим блеск полированной поверхности металла. Такой блеск характерен для непрозрачных минералов с высокой отражательной способностью. 2. Минералы с неметаллическим блеском.

Прозрачность. Прозрачностью называется способность минералов пропускать через себя световые лучи.

Механические свойства минералов. Спайность – свойство минералов раскалываться по определенным направлениям с образованием ровных блестящих плоскостей.

Излом. Изломом называются неровные поверхности раскола минерала.

Твердость. Под твердостью минерала подразумевается степень его сопротивляемости внешним механическим воздействиям. Твердость определяется царапанием по свежей, невыветрелой поверхности испытуемого минерала другим минералом или предметом, твердость которых известна. Эталонами твердости приняты десять минералов, входящих в шкалу Мооса: 1 – тальк, 2 – гипс, 3 – кальцит, 4 – флюорит, 5 – апатит, 6 – ортоклаз, 7 – кварц , 8 – топаз, 9 – корунд, 10 – алмаз.

Плотность. По плотности минералы делятся на три группы:

легкие – плотность менее 2-2,5 г/см³, (гипс, сера, галит);

средние – плотность от 2,5 до 4,0 г/см³ (силикаты, карбонаты, кварц);

тяжелые – плотность более 4,0 г/см³ (барит, гематит, самородные металлы).

Магнитность. Магнитность минерала определяется путем притягивания магнитом или его способностью воздействовать на магнитную стрелку компаса.

Кроме физических свойств минералов, для их определения в полевых условиях используются и некоторые химические свойства, к которым можно отнести: растворимость в воде (галит, сильвин), вскипание под действием разбавленной соляной кислоты (кальцит, доломит в тонком порошке) и др.

5. Генезис и парагенезис минералов. Геологические процессы образования минералов. Типы минералообразования: магматический, пегматитовый, пневматолитовый, гидротермальный, гипергенный, метаморфический. Реакционный ряд Боуэна.

Под генезисом минералов понимается образование минералов различными способами и в разных условиях в результате каких-либо геологических процессов.

Геологические процессы образования минералов. В условиях земной коры образование минералов может происходить несколькими способами, различающимися характером среды минералообразования:

Путем кристаллизации природных силикатных расплавов, магм, при понижении их температуры ниже точки плавления.

Путем отложения минерального вещества из водных растворов.

Вследствие различных превращений, протекающих в твердом состоянии и имеющих диффузионный характер. Происходит глубокое преобразование ранее сформировавшихся минералов и пород вследствие изменения физико-химических условий (температуры, давления, концентрации химически активных компонентов).

Парагенезис минералов в агрегате – это явление закономерного сонахождения минералов, обусловленное их совместным образованием на одной стадии минералообразующего процесса в одинаковых физико-химических условиях. ( Вернадский)

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

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

2. Пегматитовый тип проявляется на последних стадиях остывания магмы, при температурах 500 – 700° С, когда в расплавленном виде остаются лишь самые легкие фракции, обогащенные кислотами и щелочами и насыщенные газами. На данной стадии возникают многие драгоценные камни, рудные и радиоактивные минералы.

3. Пневматолитовый тип заключается в кристаллизации перенасыщенного газами вещества магмы, поднимающегося по трещинам земной коры. Из летучих соединений формируются руды висмута, вольфрама, молибдена, мышьяка и др.

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

5. Гипергенный тип минералообразования проявляется на земной поверхности в воздушной или водной среде, или на небольших глубинах в земной коре. Здесь неустойчивые ко внешним воздействиям минералы разрушаются и переходят в устойчивые соединения. Основополагающее значение принадлежит процессам выветривания, осаждения веществ из водных растворов, деятельности подземных вод.

6. Метаморфический тип обусловлен воздействием на горные породы высоких температур, давления, а также магматических газов и растворов.

6. Петрография. Горные породы. Моно- и полиминеральные породы. Породообразующие, второстепенные, акцессорные, первичные и вторичные минералы. Общая классификация горных пород. Понятие структуры и текстуры пород.

Петрография– изучает закономерности минерального состава и строения рыхлых и твердых горных кристаллических пород, слагающих земную кору, формы их залегания, их геологическое и географическое распространение.

Горными породами называются минеральные агрегаты определенного состава и строения, образовавшиеся в результате природных физико-химических процессов.

Горные породы сложены относительно небольшим числом минералов, иногда одним минералом. Соответственно различают полиминеральные и мономинеральные породы. Относительно небольшая группа минералов, слагающая основную, подавляющую часть массы горных пород и определяющая их химический состав, называется породообразующими минералами. Второстепенные минералы называются акцессорными минералами, или акцессориями. Кроме того, в породах, испытавших наложенные преобразования, выделяют наряду с первичными минералами вторичные, или эпигенетические, минералы.

Важное классификационное и диагностическое значение имеют структура и текстура горных пород. Структурой называются особенности внутреннего строения пород, определяемые формой, абсолютным и относительным размером слагающих их кристаллов, а текстурой – особенности сложения горных пород, определяемые взаимным расположением их составных частей, а также характером и способом заполнения занимаемого пространства минеральным веществом.

Наиболее распространенными структурами являются полнокристаллическая (порода полностью сложена кристаллическими зернами), скрытокристаллическая (кристаллы в породе различимы только под микроскопом), стекловатая (порода состоит из нераскристаллизовавшегося стекловатого вещества), обломочная (порода состоит из обломком минералов и горных пород), порфировая (порода состоит из стекловатой или скрытокристаллической основной массы и отдельных кристаллов, называемых порфировыми вкраплениями).

Среди текстур различают следующие основные виды: массивная (в породе не наблюдается закономерной ориентации минералов); ориентированная (минералы в породе располагаются параллельно друг другу), разновидностями которой являются слоистая (порода состоит из слоев разного состава или структуры) и сланцеватая (порода имеет тонкую делимость, обусловленную расположением в одном направлении чешуйчатых, листоватых минералов), полосчатая (в породе наблюдаются полосы различного состава или окраски), пористая (в породе имеются пустоты, поры), миндалекаменная (пустоты и поры в породе заполнены вторичными минералами); такситовая (в породе отдельные участки отличаются друг от друга по составу или структуре) и др.

По происхождению горные породы подразделяются на три крупные природные ассоциации: осадочные, магматические и метаморфические.

Осадочными называются горные породы, образующиеся на поверхности Земли за счет накопления некоторого преобразования продуктов разрушения ранее существовавших пород, а также при химическом осаждении в водных бассейнах с участием или без участия организмов.

Магматические, или изверженные горные породы образуются в результате кристаллизации жидкого силикатного расплава, называемого магмой (или лавой).

Метаморфические горные породы образуются в результате преобразования (метаморфизм) исходных магматических или осадочных пород под воздействием температуры, давления и химически активных веществ.