Форми прояву мінеральних видів у природі – мінеральні індивіди та мінеральні агрегати

Мінеральний індивід - окремі кристали та зерна певного мінерального виду. Основні характеристики індивиду - морфологія та внутрішня будова.

Сучасне уявлення про мінеральний індивід напрацьовано Д.П.Григор'євим і його школою. Він дав декілька визначень. Одне з них, найбільш повне, виглядає так (Д.П.Григор'єв, 1975):"Індивідами є кожний кристал і кожне зерно. Інди­віди - кристали та зерна - є одиничні об'єкти нашої науки. Індивіди складають все каміння - руди та гірські породи, складають весь мінеральний світ подібно індивідам-організмам, що складають світ тварин і рослин. Вся ін­формація в мінералогії отримується шляхом дослідження мінеральних інди­відів. Мінеральні індивіди являють собою конкретну форму існування міне­ральних видів".

Індивіди існують відокремлено або, що буває значно частіше, організо­вані у зростки, тобтоагрегати . У природі зустрічаються мономінеральні та полімінеральні агрегати. Останні, найчастіше це руди та гірські породи, пере­важають. Мінерали, які ми добуваємо, вивчаємо, використовуємо - це завжди ін­дивіди. Мінеральні індивіди - вихідні (первинні) об'єкти мінералогії, вивчення яких дає матеріал для суджень, побудов і узагальнень - морфологічних, кристалохімічних, генетичних, таксономічних, екологічних, загальномінералогічних.

Мінеральний агрегат - сукупність мінеральних індивідів, що механічно скріплені між собою. Агрегат характеризується структурою та текстурою. Структура та текстура агрегату є відображенням історії її формування. Кожний епізод цієї історії відображається в природі певним мінеральним парагенезисом – сукупністю мінеральних видів, що виникають як продукт одного процесу в невеликому інтервалі фізико-хімічних параметрів.

Утворення гірської породи зумовлене процесами, що спричинюють зміну мінеральних парагенезисів або зміну складу мінералів в існуючих парагенезисах.

Мінерали ранніх парагенезисів можуть зберігатися, як релікти, при наступних змінах завдяки малій швидкості хімічних реакцій порівняно із швидкістю геологічних процесів.

В породі можуть співіснувати різні парагенезиси мінералів, що відповідають різним умовам рівноваги, різним метаморфічним процесам.

Мінералогія - ретроспективна наука. Це означає, що вона покликана за кінцевим результатом, представленим гірською породою чи іншим мінеральним агрегатом, з'ясовувати (відтво­рювати) перебіг процесу, що призвів до виникнення цього продукту, тобто піз­нати історію мінералів, бо саме вона обумовлює всі їх якості і розподіл у надрах Землі чи інших космічних тіл.

Короткий історичний екскурс

Мінералогія - давня наука (за деякими даними їй приблизно 2000 років), хо­ча сам термін "мінералогія" з'явився порівняно недавно - 1636р. і введений іта­лійським натурфілософом Бернардом Цезієм. Про практичне значення нашої науки у певній мірі засвідчує походження терміну "мінерал" - від давнього слова "мінера", що означає руда або камінь, з якого можна вилучити метал. Вважається, що вживання терміну "мінерал" сягає сивої давнини (приблизно 300р. до нашої ери) і спричинене рудокопною та металоплавильною діяльністю кельтських племен.

Рис. 1. Зміна кількості відомих мінеральних видів із часом (в відсотках від актуального значення коло 4000 видів).

Упродовж історії мінералогії ці поняття, з'явившись на певному етапі, потім уточнювались, дискутувались, змінювались, певним чином віддзеркалюючи сту­пінь пізнання природи мінералів і рівень розвитку мінералогії в цілому.

Як наука мінералогія формується наприкінці 18 століття. Це зумовлено ростом наукового спілкування в Європі між математиками, хіміками, фізиками, геологами, оптиками.

Це був час коли появляється наукова періодика і регулярні наукові огляди, зростає взаємопроникнення нових теорій, ідей, наукових технологій.

Це взаємопроникнення дало свої плоди як для розвитку мінералогії так і інших наук (так, мінералогічні дослідження привели до відкриття нових елементів: берилію в 1797, бору в 1807, церію в 1801, ...).

Хронологія мінералогії

Арістотель (348-322 р. до н.е.) розділив мінеральний світ на метали (+ рудні мінерали) і породи (+нерудні мінерали).

Теофраст (372-287 р. до н.е.) опублікував трактат «Про камені».

Пліній (23-79 р. н.е.) опублікував «Природничу історію» в 37 томах, в останньому – 37 – томі дається компіляція всіх відомих даних стосовно порід, мінералів та руд. Він дав примітивний опис багатьох мінералів із елементами містики. Він ввів в обіг суфікс "ite" в назвах мінералів.

Авіцена (або Ібн Сіна) 980 - 1037 , іранський вчений, що рувізував вчення Арістотеля. В його книзі «Основи медицини» дається поділ мінерального світу на п’ять класів: камені, геми, руди, горючі копалини і солі. Ця класифікація використовувалась аж до 19 ст.

Агрікола (Георг Бауер) (1494-1555 рр.) - батько мінералогії «Про природу викопних», «Про руди металів» заклав основи сучасної гірничої справ та металургії. Він узагальнив величезний матеріал, накопичений за попередні століття і заклав основи для формування мінералогії як науки. Зокрема ним вперше було виділено та систематизовано властивості мінералів, такі як колір, блиск, прозорість, твердість, пластичність та спайність.

Нільс Стенсон (Ніколаус Стено) 1669 р. – встановив постійність кутів між гранями кварцу, чим створив підґрунтя кристалографії

Рене Жюст Гаюі (1743-1822 рр.) - кристалографічні дослідження мінералів, перетворення мінералогії в науку. У своїх роботах 1784-1822 років "Essai d'une theorie sur la structure des cristaux" і "Traite de cristallographie" дав перше визначення мінерального виду і описав відомі на нові мінерали згідно кристаломорфології та хімічного складу. Також від відкрив багато нових мінералів.

В XVIII ст. мінералогія стала викладатись в університетах - перша геологічна дисципліна. Проф. А.Вернер в Фрайбургзькій гірничій академії. його учень - Ф.Моос.

1760 – шведський дослідник Cronstedt використав паяльну трубку для аналізу та класифікації мінералів. Його праці стали загально доступними після перекладу, здійсненого німецьким мінералогом Вернером у 1787 році.

М. Ломоносов. 1775 р. створив гірниче училище в Петербурзі.

Джон Дальтон 1805 р - основи атоміської теорії, мінерали - хімічні сполуки певного складу.

1809 р. - відбивний гоніометр - Воластон.

1810 - Biot вивчає оптичні властивості мінералів

1815 р. Кордне заклав основи імерсійного методу

1819 – Берцеліус Berzelius, узагальнивши роботи інших вчених та ґрунтуючись на власних дослідженнях ввів поняття хімічної формули в мінералогічний та хімічний обіг. Дещо пізніше його учень Е. Мітчерліх продовжив дослідження хімії мінералів і заклав основи хімічної класифікації мінералів

1822 – Моос Mohs ввів в обіг відносну шкалу твердості мінералів.

1824 and 1832 - Beudant публікує багато описів нових мінералів.

1828 р Віл'ям Ніколь використав поляризатори, це є початком оптичної мінералогії, розвиненої пізніше

Деклузо та Генрі Сорбі ,на працях яких виросла петрографія. Мікроскопічний метод досліджень широко розвивається в 2-ій половині XIX ст. - О.Іностранцев, Г.Сорбі, Ф.Ціркель, Г.Розенбуш

Швидко розвивається кристалографія:

1830 – німецький фізик та мінералог Йоган Гессель обґрунтував 32 класи симетрії та описав можливі елементи симетрії в них.

1845 - Haidinger публікує "Handbuch der Bestimmenden Mineralogie" із багатьма описами нових мінералів.

1837-1854 рр. - Джеймс Дена, американський мінералог, публікує першу повну класифікацію та опис всіх відомих на той час мінералів -«Система мінералогії»

1890 р. - Федоров, Шенфліс, Барлоу завершили формулювання теорії симетрії та порядку в кристалах. Виділено 230 просторових груп.

Опис кристаломорфології всіх відомих на той час мінералів здійснив німецький Віктор Ґольдшмідт (1853-1933), що опублікував унікальний дев’ятитомний «Атлас кристалів». Він же вперше висунув ідею що морфологія кристалів, скульптура їх граней залежать від умов формування.

1912 - Макс фон Лауе і його учні В.Фрідріх та Пауль Кніппінг в 1912 р. доказали наявність взаємодії кристалів із рентгенівським випромінюванням. Це стало початком методів рентгенівської дифракції.

1914 р. - батько та син Брегг за даними ренгенівських досліджень розрахували просторове розміщення атомів в кристалах мінералів – перше визначення кристалічної структури мінералу.

1916 –П.Дебай, П.Шерер, Ф.Халл створили метод - порошкова рентгенографія – основний метод вивчення структури та діагностики мінералів.

Значний вплив на мінералогічний світогляд здійснили роботи хіміка Я.Ван-Гоффа, який обгрунтував послідовність кристалізації мінералів при випаровуванні морської води, та металурга І.Фоґта, який вивчаючи металургійні шлаки, показав, що порядок кристалізації мінералів із магматичного розплаву залежить від його складу.

В міжвоєнний період основи кристалохімії були закладені норвезьким вченим Віктором Моріцем Ґольдшмідтом (1888–1947). Він же вперше використав методи фізичної хімії для аналізу умов мінералоутворення. Генетичний принцип в мінералогії в кінці ХІХ – початку ХХ ст.. розвивали В.І.Вернадський, Д.Менделєєв, Є. Ферсман. Пізніше їх ідеї були розвинені Г.Г.Лемлейном, Д.П.Григор'євим, Є.К.Лазаренком.

1950 - Castaing створив перший рентгеноспектральний мікрозонд – основний сучасний метод визначення хімічного складу мінералів.

1960-і роки – винайдено електронний мікроскоп,

70-і - 80-і роки- розвиток методів дослідження складу та властивостей мінералів.

Розвиток мінералогії в Україні

Харківський, Київський, Львівський університети, Катеринославський гірничий інститут (Дніпропетровський гірничий університет). Є.К.Лазаренка у розвитку мінералогії на Україні.

Місце мінералогії серед наук.

Сучасна мінералогія - розгалужена наука, тобто характеризується значним розмаїттям теоретичних і прикладних напрямків. За даними Є.К.Лазаренка, мінералогія нараховує біля 14000 термінів, тобто слів або словосполучень, якими познача­ються наукові поняття.

Мінералогія - фундаментальна наука. Роль мінералогії та методів, що розвиваються в її межах, для розвитку фізики та хімії кристалічних речовин.

Місце мінералогії серед геологічних наук.

Мінералогія сприяє забезпеченню потреб людства у мінеральній сировині та її раціональному використанні.

Література

Скакун Л.З. Мінералогія (Конспект лекцій) Частина 1. 2003

Годовиков А.А. Химические основы систематики минералов. М.:Недра, 1979. С. 261-267.

Лазаренко Є.К. Курс мінералогії. - Київ: Вища школа, 1970. С. 5-20.

Годовиков А.А. Минералогия. - М.:Недра, 1983. С. 3-10.

Годовиков А.А. Введение в минералогию. - Новосибирск.:Наука, 1973

Павлишин В. Вступ до мінералогії, Київ. 1977 (курс лекцій)

Поваренных А.С. Кристалохимическая классификация минеральных видов. – Київ: Наукова думка, 1966. С. 7-30, 67-78.

Хёрблат К., Клейн К. Минералогия по системе Дена. - М.:Недра, 1982. С.8-17 >

БерриЛ., Мейсон Б., Дитрих Р. Минералогия. - М.: Мир,1987. - 592 с.

Nikel E. Definition of mineral. Eur. J. Mineral., 1995, n.5, pp. 1213-1215.

Ключові слова

мінерал

кристал

аморфна речовина

рентгеноаморфна речовина

дискредитація мінералу

мінеральна фаза

рентгенівська дифракція

HRTEM

метаміктність

стехіометричний

біомінерал

синтетичний аналог

мінеральний вид

відміна мінералу

мінеральний індивід

мінеральний агрегат

Контрольні питання

1. Що таке мінерал?

2. Назвіть природні речовини, що дискредитовані як мінерали.

3. Чому лімоніт не можна віднести до мінералів?

4. Назвіть основні критерії, згідно яких речовину можна назвати мінералом.

5. Чи можна назвати мінералом сполуку, що утворилася при плавці чавуну?

6. Яким чином доказати, що мінерал є кристалом?

7. Що таке «рентгеноаморфна речовина»?

8. Як відрізнити кристалічну речовину від аморфної?

9. Що таке метаміктний мінерал?

10. Що таке мінеральний вид?

11. Назвіть ознаки мінерального виду.

12. Назвіть параметри мінерального виду

13. Що таке мінеральний індивід?

14. Назвіть приклади мінеральних агрегатів.

15. Скільки мінеральних видів відомо на даний час?

16. Що таке макродіагностика мінералу?

17. Поясніть чому вираз «Мінерали апатит та кальцит входять в склад людського організму» є неправильним. Сформулюйте його коректно.

18. Назвіть принципи, згідно яких створюються назви мінералів.

19. Назвіть мінерали у вашому щоденному оточенні.

20. Найдіть посилання на мінерали у повідомленнях преси за останні місяці.

21. Які галузі науки і техніки тісно пов’язані із мінералогією?