Классификация минералов по происхождению

По условиям происхождения минералы делят на эндоген­ные и экзогенные (от греч. «эндон» – «внутри», «генос» – «рождение», «экзо» – «вне, внешние»). Выделяют три группы процессов образования минералов и гор­ных пород.

Экзогенные, или гипергенные процессы совершаются в гидросфере и в зоне осадочных пород, особенно активно в слоях, выходящих на поверхность и близко к ней залегающих. Для зоны экзогенных процессов характерны низкие температуры и низкое давление.

Эндогенные минералы образуются в ре­зультате физико-химических процессов, проходящих в магме вблизи поверхности Земли и приурочены к базальтовому слою земной коры. Здесь господствуют высокие температуры и давление.

С эндогенной зоной земной коры связаны магматичес­кие, пегматитовые, пневматолитовые, гидротермальные и вулка­нические процессы образования минералов. Все эти процессы протекают при остывании магмы. В них участвуют, прежде всего, SiO₂, A1₂O₃, Fe₂O₃, FeO, CaO, MgO, Na₂O, K₂O. В составе магматических очагов находятся раскален­ные газы, пары воды и горячие водные растворы. В раскаленных газах магматических очагов содержатся многие элементы, такие, как В, F, S, Н, О, Р, С, N, As, Sb и др. Часть из них находится в свободном состоянии, а часть — в соединениях, например в виде HF, НО, СО, СО₂. В горячих водных растворах, находящихся в услови­ях высокого давления, содержатся Si, F, Fe, Mg, S, Cu, Zn и др.

Под магматическими процессами минералообразования понимают образование минералов при остывании основного минерального расплава магмы. В зависимости от тем­пературы и давления выкристаллизовываются разные минералы. К минералам магматического происхождения относятся полевые шпаты (лабрадор, микроклин, ортоклаз), слюда биотит, оливин, магнетит, апатит и др (см. табл. 2.4).

Пегматитовые процессы – процессы кристаллизации минерального расплава в последние моменты его остывания. Образующиеся при этом минералы носят название пегматиты (от греч. «пегма» – камень). для них характерна определенная направлен­ность кристаллов; иногда сочетание минералов создает своеобраз­ный рисунок, например письменный гранит. Среди пегматитов могут быть кварц, микроклин, слюда мусковит, флюорит (табл. 2.4), ряд ред­коземельных минералов, а также содержащих уран и радий.

Пневмалитовые процессы (от греч. «пневматос» – пар, дыхание, газ) – это процессы образования минералов при остывании раскаленных газов магматических очагов. При этом совершается ряд химических реакций, которые приводят к образованию минералов. Процессы пневматолиза оказывают зна­чительное влияние на образование слюд. Часто в процессах пнев­матолиза важную роль играет вода, которая вступает в реакцию с летучими соединениями. При этом может образоваться, напри­мер, кварц:

SiO₂ · SiF₄ + 2H₂O = 2SiO₂ + 4HF.

Компоненты раскаленных газов магматических очагов также вступают в реакцию с твердой массой ранее образовавшихся мине­ралов. При этом происходят химические реакции, сопровождае­мые изменением химического состава минералов и образованием новых минералов (эндогенный метасоматоз).

При гидротермальных процессах происхо­дит кристаллизация минералов из горячих водных растворов при их остывании: непосредственно из раствора без побочных реакций, в результате реакций в растворе, и за счет реакций растворенных соединений с минералами боковых пород земной коры (эндогенный метасоматоз).

При образовании в земной коре трещин, обычно разветвлен­ных, гидротермальные растворы устремляются в них под влияни­ем высокого давления, быстро остывают, попадая в область низких температур и давления. Такие минералы, как правило, имеют стекловатую или скрытокристаллическую структуру в отличие от хорошо окристаллизованных минералов, образовавшихся при медленном остывании магматических очагов. Минералы, образо­вавшиеся в трещинах земной коры при остывании гидротермаль­ных растворов, называют жильными. Гидротермальные жилы обычно представлены жильным кварцем SiО₂, халцедоном SiO₂, кальцитом СаСО₃₎ флюоритом CaF₂ (табл. 2.4). Реже жильное тело представлено сидеритом FeCO₃, магнезитом MgCO₃ и другими минералами. Из рудных минералов в гидротермальных жилах встречаются самородные металлы (золото Аи, серебро Ag, медь Си), сульфиды (пирит FeS₂, халькопирит CuFeS₂, галенит PbS, сфалерит ZnS) и др.

Вулканический процесс образования минералов происходит при выбросе магмы на поверхность земной коры при ее прорыве из магматического очага. При вулканизме минера­лы образуются из всех трех компонентов магматических очагов: из минерального расплава, из газов и паров и гидротермальных ра­створов. Эти компоненты остывают на поверхности земной коры очень быстро, поэтому образуются минералы и породы пористой, стекловатой и скрытокристаллической структур. Вулканическое стекло – обсидиан, пемза, базальт и др. У минералов и горных по­род вулканического происхождения имеются аналоги полнокрис­таллической структуры, образовавшиеся при медленном остыва­нии глубоких магматических очагов.

Минералы, образовавшиеся из компонентов магмы, называют первичными. В результате тектонических движений земной коры отдельные ее области в течение геологического времени поднима­ются и происходит горообразование.

Первичные минералы, ока­завшись на поверхности Земли, подвергаются воздействию воды, кислорода, диоксида углерода, живых организмов. Совер­шающиеся сложные химические процессы приводят к образова­нию новых минералов, называемых вторичными или эк­зогенные минералами. Образование экзогенных минералов происходит также в рыхлых приповерхнос­тных слоях земной коры, в гидросфере и атмосфере.

Экзо­генные минералы делят на глинистые, образующиеся при вы­ветривании в мелких соленосных водоемах и при кристаллиза­ции (гипс, сульфит, сильвинит), и биогенные, образующиеся в результате разложения органических остатков (калиевая се­литра, сера, иногда пирит, марказит).

Рисунок 2.4. Классификация кристаллов по происхождению

Физические свойства минералов.При изучении минералов исследуют их химический состав, строение кристаллов. При этом используют современные химические, химические и физические методы исследования. Однако физические свойства минералов можно определять и в полевых условиях, используя восемь внешних при­знаков, основанных на физических свойствах: цвет, цвет черты, прозрачность, блеск, твердость, плотность, спайность и излом.

Цвет зависит от химического состава и строения кристаллической решетки минерала и от микропримесей. У одного и того же минерала цвет чаще всего более или менее постоянный, но оттенки могут варьировать в широких пределах

Цвет черты – цвет минерала в раздробленном состоя­нии – обычно определяют на шероховатой поверхности фарфо­ровой чашки. Он может отличаться от цвета самого минерала.

Прозрачность – способность минерала пропускать свет. Различают прозрачные (хрусталь, кальцит), полупрозрачные, просвечивающие (опал) и непрозрачные (авгит, лимонит, бок­сит) минералы.

Блеск – способность минерала отражать свет. Различают блеск металлический (пирит, железо), стеклянный (кварц, по­левой шпат), жирный (графит, тальк), шелковистый (волокни­стый гипс, асбест), матовый; землистые минералы не имеют блеска.

Твердость – способность противостоять разрушению при царапании одного минерала о другой. Различают десять степеней твердости, для установления которых используют набор минералов шкалы Маоса. Твердость минерала выражается циф­рой, обозначающей принадлежность его к той или иной группе шкалы твердости (табл. 2.3).

Таблица 2.3. Шкала твердости минералов по Маосу.

При определении твердости на невыветренной стороне ми­нерала чертят последовательно каждым образцовым минералом до тех пор, пока не обнаружится царапина. Твердость искомого минерала будет находиться между твердостью двух последних образцовых (из шкалы Маоса) минералов: последнего, не даю­щего царапины, и первого, образующего царапину на испытуе­мом минерале; при равной твердости минералы царапин не об­разуют.

Твердость можно определять предметами, находящимися под рукой, например мягким карандашом, который имеет твер­дость 1, ногтем — 2, бронзовой монетой – 3,5– 4,0, стеклом – 5, перочинным ножом – 6, напильником – 7.

Плотность определяют в лаборатории. При полевом ис­следовании минералы по плотности разделяют на легкие, сред­ние и тяжелые. Легкие (до 2,5 г/см³) – графит, сера; средние (2,5– 4,0 г/см³) — кварц, полевой шпат; тяжелые (более 4 г/см³) – гематит, магнетит и очень тяжелые – свинцовый блеск.

Спайность – свойство минералов колоться по плоскостям, имеющим строго ориентированное направление по осям и гра­ням. При расколе по направлению плоскостей спайности возни­кают ровные блестящие поверхности. Таких поверхностей мо­жет быть от одной до трех. Различают спайность весьма совер­шенную, если минерал расщепляется на тонкие листочки или волокна (асбест, слюды); совершенную – минералы раскалы­ваются на пластинки с блестящими плоскостями в трех направ­лениях и несовершенную – минералы раскалываются с образо­ванием блестящей поверхности в одном направлении, а в других образуют излом. У значительного числа минералов образуется излом, т.е. спайность отсутствует.

Излом – характер поверхности, образующейся при раска­лывании минерала. Различают изломы ровный, неровный, ра­ковистый, занозистый, землистый.

Основные минералы и их свойства.Из 4 тысяч минералов около 20 имеют наибольшее распространение, участвуя в обра­зовании горных пород и почв. Наиболее распространенными по­родообразующими минералами являются полевые шпаты (60% всех минералов), кварц (около 10%), пироксены, оливин, слюды. В почвах наиболее часто встречаются кварц, полевые шпаты, гидроокислы железа, кальцит, монтмориллонит, каолинит и др. Ниже приводится краткое описание минералов, наиболее рас­пространенных в почвах и породах (табл. 2.4).

Таблица 2.4. Основные минералы и их свойства