Морфологические особенности минералов

Морфология изучает внешние формы минералов. В большинстве случаев минералы, входящие в состав горных пород, встречаются в виде зернистых скоплений, не имеющих правильных кристаллографических очертаний. Хорошо сформированные кристаллы минералов встречаются сравнительно редко, но по ним можно судить, с каким минералом мы имеем дело, так как их форма является важным диагностическим признаком.

По форме нахождения в природе и внешнему облику кристаллов минералы могут быть:

– изометрическими,т.е. одинаково развитыми во всех трех направлениях в пространстве, например, ромбододекаэдры граната, кубы пирита, галита, октаэдры магнетита и т.д.;

– вытянутыми в одном направлении, т.е. призматические, столбчатые (кристаллы аквамарина, турмалина и др.), шестоватые, игольчатые (асбест, роговая обманка и др.), волокнистые образования и волосистые кристаллы (актинолит, хризотил);

– вытянутыми в двух направлениях при сохранении третьего, сюда следует отнести таблитчатые, пластинчатые, листоватые и чешуйчатые кристаллы (тальк, мусковит, биотит).

Среди основных форм распространены и переходные между ними (дисковидные кристаллы дистена, имеющие промежуточную форму между вторым и третьим типами; боченковидные кристаллы авгита – промежуточная форма между первым и вторым типами). Кроме того, многие кристаллические минералы имеют сложный облик в зависимости от условий образования. Они могут быть в виде двойников и тройников, представляющих собой сростки двух или трех хорошо оформленных кристаллов минерала (гипс, кварц) или сростки множества кристаллов в виде щеток, друз, конкреций, дендритов и др.

Щетки представляют собой большое количество хорошо выраженных кристаллов примерно одинаковых по высоте, наросших на плоскую поверхность (кварц, кальцит, ортоклаз).

Друзы – это группа кристаллов разных по размеру, приросших одним концом к породе. Иногда друзы почти целиком заполняют небольшие пустоты, образуя секреции. Крупные секреции с оставшимися в средине пустотами называются жеодами.

Конкреции представляют собой образования шарообразной формы, формирующиеся в результате отложения минерального вещества вокруг какого-нибудь центра кристаллизации. Они имеют радиально-лучистое строение. Кристаллы нарастают от центра к периферии (кварц, фосфорит, марказит).

Оолиты – сходные по строению с конкрециями округлые образования размером до 10 мм, имеющие концентрическое строение и образующиеся при выпадении из водных растворов вещества в виде скорлуповатых сростков минералов, закрученных в форме спирали (лимонит, известняк, пиролюзит).

В результате быстрой кристаллизации вещества в тонких трещинах или в вязкой среде могут образоваться дендриты, представляющие собой ветвистые древовидные агрегаты (золото, серебро, окислы марганца).

Часто кристаллизация происходит с образованием плотных кристаллических масс, в которых отдельные минералы можно различить только под микроскопом. Визуально масса минералов кажется однородной (магнезит, оливин, кварц).

При выветривании горных пород многие минералы формируют землистые массы, состоящие из мелких, рыхло упакованных кристаллов или представляющих аморфные формы минералов (каолинит, монтмориллонит, лимонит).

Натечные формы характерны в основном для аморфных минералов и образуются путем постепенного натекания нового вещества на уже отложенное вещество минерала. При таком процессе возникают плотные массы (опал). Часто они имеют причудливые очертания – бугорчатые (лимонит), почковидные (малахит). Натеки – образования, свисающие в виде сосулек со сводов пещер, называются сталактитами, а нарастающие им навстречу – сталагмитами. Сталактиты и сталагмиты, срастаясь вместе, образуют сталагматы (кальцит, гипс).

Вкрапления в породу представляют единичные кристаллы минерала, включеные в какую-либо горную породу (пирит в граните, авгит в породе и т.д.).

Тонкие пленки минералов на поверхности горных пород называются налетами, выцветами, примазками.

Формы нахождения минералов в природе зависят от условий их образования, поэтому один и тот же минерал может существовать в разных формах. Так, кварц может быть в виде отдельных кристаллов, секреций, зернистых масс, вкраплений в породу, сростков кристаллов и др.

С физико-химической и геологической точек зрения минералы могут образоваться:

– при остывании сложного силикатного расплава (магмы) – эндо-генный процесс;

– под действием повышенных давлений и температур и следу-ющей за ними перекристаллизации – метаморфогенный процесс;

– под воздействием изменения термодинамических условий существования минералов на поверхности Земли (различные процессы выветривания, осадконакопления и диагенеза) – экзогенный процесс.

Все процессы образования минералов тесно связаны взаимными переходами и оказывают влияние друг на друга. При этом протекают процессы взаимодействия химических элементов между собой (изоморфизм, псевдоморфизм, полиморфизм, парагенез), влияющие на условия распространения и нахождения минералов.

Изоморфизм. Под изоморфизмом понимают способность хими-ческих элементов замещать друг друга в кристаллических структурах минералов родственного состава без нарушения их строения. В основу современного определения изоморфизма заложено свойство веществ образовывать смешанные кристаллы с непрерывным измене-нием состава и свойств в определенном интервале. Так, при изо-морфном замещении ионов у сидерита и магнезита образуется брей-нерит:

FeCO₃ + MgCO₃ → (MgFe)CO₃

^{сидерит магнезит брейнерит}

Изоморфную смесь молекул форстерита (Mg₂SiO₄) и фаялита (Fe₂SiO₄) представляет собой минерал оливин (MgFe)₂SiO₄. Примеров изоморфного замещения в природе очень много.

Псевдоморфизм (ложноформие) – минеральные образования, внешняя форма которых не соответствует их минеральному составу и внутреннему строению. Псевдоморфизм возникает в результате заме-щения вещества одного минерала другим с сохранением внешней формы замещаемых кристаллов. При определении псевдоморфозы указывают название прежнего вещества и замещающего его мине-рала, сохраняющего его форму (лимонит по пириту, халцедон по дереву и т.д.). Различают: псевдоморфозы превращения или изме-нения, в которых сохраняется связь между новым минералом и прежним, за счет которого возникла псевдоморфоза (лимонит по сидериту, малахит по лазуриту); псевдоморфозы вытеснения или замещения (кварц по бариту, халцедон по дереву и т.д.); псевдоморфозы заполнения, возникающие в результате заполнения пустоты, образовавшейся при растворении какого-либо минерала.

Полиморфизм (многоформие) – способность (свойство) некоторых веществ, как простых, так и сложных, образовывать в различных термодинамических условиях две или несколько модификаций минералов, сохраняя одинаковый химический состав, но с различными физико-химическими свойствами, в том числе с различной кристаллографической структурой. Примером могут служить кристаллические кубы алмаза (С) и гексагональные отдельности графита (С), ромбический марказит (FeS₂) и кубы пирита (FeS₂).

Парагенезис– совместное нахождение минералов или горных пород, связанных генетически. Парагенетическими являются закономерные ассоциации минералов и горных пород, характеризующиеся общностью источника материала и близкими геотектоническими условиями формирования. Так, золото образуется совместно с кварцем, серебро со свинцом, драгоценные камни – топазы, изумруды – приурочены к богатым слюдами пегматитам, алмазы образуются в бескварцевых породах – кимберлитах и т.д.

1.2.2. Физические свойства минералов

Для диагностики минералов одних только внешних признаков недостаточно, необходимо знание их физических свойств. К физи-ческим свойствам относят: цвет минералов в куске, цвет черты (цвет порошка), блеск, твердость, спайность, излом, плотность, прозрач-ность, магнитность и особые свойства, присущие некоторым минера-лам (растворимость, двойное лучепреломление, вкус, взаимодействие с кислотами, запах). Следует иметь в виду, что у различных мине-ралов отдельные физические свойства могут быть одинаковыми, поэтому при определении необходимо установить возможно большее число свойств.

Цвет минерала в куске – свойство очень разнообразное. Для некоторых минералов это постоянный признак. Так, малахит имеет всегда зеленый цвет, киноварь – красный или малиновый, сера – желтый. Некоторые минералы названы по цвету, например, сапфир – голубой, рубин – красный, гематит – кроваво-красный.

Большинство минералов имеет непостоянный цвет. Так, кварцобычно встречается в виде бесцветных, часто совершенно прозрач-ных кристаллов (горный хрусталь), бывает окрашен в фиолетовый цвет (аметист), золотистый (цитрин), серый или дымчатый (раух-топаз), густо-черный (морион), молочно-белый, розовый. Празем – зеленоватый, авантюрин – буровато-красный с мерцающим золотис-тым отливом, кошачий глаз – зеленоватый с шелковистым отливом, соколиный глаз– синеватый и т.д.

Цветзависит от химического состава и примесей (механических и химических), которые могут изменять окраску, не изменяя других свойств. Иногда, кроме основной окраски, тонкий поверхностный слой минерала имеет дополнительную – побежалость, отличающуюся от основного цвета минерала. Из-за побежалости поверхность минерала как бы переливается различными цветами (синий, красноватый, пестрый, золотистый и др.).

Цвет черты – цвет тонкого порошка минерала, полученного при проведении испытуемым минералом по матовой, неглазурованной поверхности фарфоровой пластинки или с помощью ножа и чистой белой бумаги. Этот признак по сравнению с окраской является более постоянным, а следовательно, и более надежным диагностическим признаком, особенно для непрозрачных или полупрозрачных минералов. Цвет черты или порошка в ряде случаев совпадает с цветом самого минерала. Например, у малахита окраска в куске и цвет порошка зеленые, киновари – красные, магнетита – черные и т.д. Для других минералов наблюдаются резкие различия между цветом минерала и цветом черты. Так, у пирита цвет минерала латунно-желтый, а черта черная, у гематита цвет минерала стально-серый или черный, черта – вишнево-красная и т.д. Некоторые (твердые) минералы цвета черты на фарфоровой пластинке не оставляют.

Прозрачность – свойство вещества пропускать свет. По проз-рачности все минералы делятся на прозрачные (горный хрусталь, топаз, исландский шпат и др.); полупрозрачные – частично поглоща-ющие световой луч, они прозрачны лишь в тонких краях (изумруд, халцедон и др.); непрозрачные – поглощающие полностью световой луч (гранат, пирит, магнетит и др.).

Блеск является одним из важнейших диагностических признаков минерала и зависит от показателя преломления света и способности отражать его от своей поверхности.

Практическим путем установлены следующие градации блеска: металлический, полуметаллический и неметаллический.

Металлический – сильный блеск, свойственный металлам и мно-гим рудным минералам (золото, медь, пирит, магнетит, гематит и др.).

Полуметаллический и металловидный – характерен для мине-ралов, имеющих блеск потускневшей поверхности металла (графит, цинковая обманка, авгит и др.).

Неметаллическийблеск. В этой группе выделяют следующие виды: стеклянный – распространен среди прозрачных минералов (флюорит, кальцит, кварц и др.), алмазный – очень яркий, с игрой граней, как у алмаза (касситерит, алмаз, сфалерит и др.), шелковистый – наблюдается у минералов с параллельно-волокнистым строением поверхности (асбест, волокнистые разновидности гипса), перламутровый – характерен для минералов с весьма совершенной спайностью (слюда, пластинчатый гипс, тальк), жирный – поверхность как бы покрыта пленкой жира (сера, нефелин, кварц на изломе), матовый блеск – имеют минералы с пористой, неровной, землистой поверхностью (каолинит, некоторые разновидности лимонита). При определении минералов прежде всего определяют их блеск, а затем все остальные показатели.

Твердостьпредставляет степень сопротивления, которое мине-рал оказывает какому-либо внешнему механическому воздействию (царапанию, вдавливанию, резанию, истиранию). В минералоги-ческой практике для определения твердости используется способ царапания одного минерала другим. Твердость одного и того же минерала постоянна, и поэтому является важным диагностическим признаком. Обычно твердость минералов определяется по сравнительной шкале, предложенной немецким минерологом Ф. Моосом. В ней каждый последующий минерал своим острым концом царапает предыдущий (табл. 2). В полевых условиях для определения твердости можно пользоваться такими эталонами:

– твердость графита в карандаше – 1;

– твердость ногтя – около 2;

– твердость бронзовой монеты – 3–4;

– твердость стекла – 5;

– твердость стального перочинного ножа – 5,5–6.

Таблица 2