2.2 Лабораторна робота № 2

Мета: навчити студента розрізняти окремі відомі мінерали та корисні копалини, знати їх можливе місцерозташування в природі.

Теоретичні відомості Мінеральний склад Землі

Мінерали — це природні утворення, з яких складаються гірські породи на Землі та всі тверді тіла у Всесвіті, які сформувалися в надрах Землі або на її поверхні в результаті різноманітних геологічних процесів. Вивчення мінералів допомагає нам зрозуміти походження й еволюцію Землі та інших планет. Більшість мінералів мають тверду кристалічну ґратку, що складається з атомів, розміщених у чіткому повторюва­ному порядку, що надає мінералові його кристалічної структури та форми. Деякі мінерали, наприклад скло, не мають такої впорядкованої кристалічної структури і є аморфними твердими тілами. Незважаючи на те, що нині відомо понад 4000 мінералів, лише 30 з них (породотвірні мінерали) поширені на поверхні Землі.

Кожен мінерал має специфічні сполуки хімічних елементів та будову атомної ґратки, що формується при кристалізації якогось газу чи рідини у тверде тіло. Утворена структура є правильною тривимірно-періодичною укладкою атомів — кристалічною ґраткою. Вона зростає завдяки приєднанню атомів і зберігає ту саму форму й хімічний склад. Деякі мінерали мають чітку кристалічну форму, однак більшість із них є агрегатами, тобто сукупністю кристалічних зерен з різною текстурою та властивостями. Подібні за розміром мінерали мають зернисту - текстуру; мінерали без кристалічних граней - прихованокристалічну.

Первинні мінерали сформувалися з первинною гірською породою; вторинні – внаслідок вивітрювання чи метаморфізму.

Кристалом називають тверде тіло, що, подібно до мінералу, має правильну періо­дичну атомну структуру. За умов росту без обмежень він набуває геометричної форми з гранями, які часто симетрично розміщені. Грані є зовнішнім виявом правильної внутрішньої структури атомів мінералу і лежать під певним кутом одна до одної, залежно від типу кристалографічної системи, до якої належить мінерал. За ступенем симетрії виділяють 6 головних кристалографічних систем (сингоній) — кубічну, гексагональну/тригональну, моноклінну, ромбічну, тетрагональну та триклінну. Незначне відхилення в структурі під час росту часто зумовлює появу кристалів-двійників. Серед них вирізняють «сланцюваті» (тонкі, таблитчасті кристали) і «призматичні» (об'ємні).

Кристалічні системи визначають за про­порціями осей та кутами між гранями криста­лу. Кристали будь-якої сис­теми можуть набувати різних форм.

Упродовж 2,6 млн років люди та їхні вимерлі родичі використовували окремі мінерали та гірські породи для виготовлення різноманітних речей — від кам'яних знарядь до мечів, лемешів, космічних кораблів та вишуканих ювелірних виробів. Для того, щоб якнайкраще використати мінерали, слід спочатку визначити їх індивідуальні властивості. Упродовж тисячоліть відомо, що багатьом мінералам притаманні специфічні поєднання фізичних властивостей, таких як колір, твердість, густина, які дають змогу виявляти їх навіть тоді, коли вони перебувають серед інших мінералів у гірській породі. Деякі властивості, такі як форма кристала, твердість, густина, спайність, залежать від форми кристалічної структури, а відтак, є про­гнозованими. Наприклад, питома вага такого мінера­лу як графіт, більша, ніж в алмаза, що має такий самий хімічний склад, але щільнішу структуру. Експерти з мінералогії можуть розпізнавати сотні різних мінералів часто лише за їх зовнішнім виглядом та за допомогою деяких тестів з використанням сталево­го вістря й ручної лупи. Однак детальне вивчення мінералів потребує оптич­ного, хімічного, рентгенографічного та інших видів аналізу.

Основні діагностичні властивості мінералів. Коли мінерал руйнується не вздовж площини спайності, утворюється злам, що часто набуває характерних форм, як-от склоподібний округлий злам в опалу чи неправильний злам у каолініту. Розрізняють дзеркально-рівний злам, сходинковий, нерівний, мушлеподібний, скалкоподібний.

Густина мінералу залежить від структури та складу мінералу і пов'язана з вагою його атомів. Густина золота вища, ніж галіту, тому що його атоми важчі. Визначають густину шляхом порівняння ваги мінералу з вагою еквівалентного об'єму води.

Спайність - ця ознака вказує на існування в кристалі площини зі слабким зв'язком між атомами, вздовж якої кристал може розщепити­ся. Є досить досконала спайність, досконала, середня, малопомітна. У кальциту - 3 площини спай­ності, які утворюють ромбо­видні фрагменти спайності У мусковіту є одна яскраво виражена площина спайності.

Сила хімічних зв 'язків мінералу визначає його твердість. У 1822 р. Фрідріх Моос (табл. 2.1) розробив шкалу, за якою визначають твердість ма­теріалів (від 1 до 10), зважаючи на їх стійкість до подряпин. Найм'якший мінерал (тальк) має твердість 1, а найтвердіший (алмаз) -10.

Колір мінералу залежить від його складу, атомної структури, наявності мікроелементів, а також від вибіркового поглинання світла. Синій колір азуриту пояснюється атомами міді в ньому. Мінерали, які не поглинають світла, безбарвні або білі, як-от молочний кварц.

Ступінь поглинання або і відбивання мінералом світла визначає, його блиск, який не залежить від кольору мінералу. Блиск може бути характерною ознакою, як у димчастого кварцу зі скляним блиском та в галеніту, в якого він металевий. Розрізняють блиски: скляний, алмазний, напівметалевий, металевий.

Таблиця 2.1 - Шкала Мооса і її основні показники

Відносна твердість	Назва мінералу-еталона	Основні показники мінералів-еталонів
1	Тальк	Залишає сліди на папері, дереві, шкірі
2	Гіпс	Дряпається нігтем
3	Кальцит	Дряпається мідною голкою
4	Флюорит	Дряпається залізною голкою
5	Апатит	Дряпається сталевою голкою
6	Ортоклаз	Слабо дряпає скло при сильному натисканні
7	Кварц	Добре дряпає скло при сильному натисканні
8	Топаз	Ріже скло при сильному натисканні
9	Корунд	Ріже скло при несильному натисканні
10	Алмаз	Добре ріже скло

Якщо подрібнити мінерал до порошку, то риска від нього часто відрізняється від кольору поверхні мінералу, особливо у деяких рудних мінералів. Наприклад, колір гематиту може бути різним, однак його риска завжди червона.

Прозорість залежить від ступеню проникнення світла крізь міне­рал. Її діапазон - від прозорості чистої води, як у гірського криш­талю, що складається з криста­лів кварцу, до повної непрозорості у залізовмісних мінералів, як-от в магнетиту. Розрізняють: прозорі, напівпрозорі і непрозорі.

Форми знаходження мінералів у природі. Порожнини у гірській породі часто заповнюються кристалічними утвореннями концентричної чи радіально-променистої форми внаслідок проникнення мінералізованих розчинів.

За мінеральним складом серед зернистих агрегатів виділяють мономінеральні, які складені кристалічними індивідами од­ного мінерального виду, і полімінеральні, які складені кристалічними індивідами декількох мінеральних видів.

Друзи - скупчення кристалічних індивідів, які мають спільну ос­нову зростання (рис. 2.2).

До форм заповнення порожнин належать конкреції та секреції. Конкреції - це близькі за формою до кулеподібних утворення кри­сталічних агрегатів з радіально-променевою будовою, в яких ріст кри­сталічних індивідів відбувався від центра до периферії.

Секреції - являють собою пустотілі порожнини, стінки яких ви­повнені кристалічними індивідами, ріст яких відбувався від периферії до центра (рис. 2.3). Отже, форма і розмір секреції визначається фор­мою і розміром пустоти, в якій вона формується. Великі секреції – це жеоди, а малі – мигдалини.

Ооліти - це кулькоподібні утворення радіально-променевої будо­ви, що складені монокристальними голчастими індивідами, ріст яких як одноактний процес мінералоутворення проходив від центра до пе­риферії. Розміри оолітів не перевищують 1 см.

Рисунок 2.2- Друзи кристалів кварцу (а) і її формування в розрізі (б)

Р исунок 2.3 – Схема будови секреції кварцу

Сфероліти - на відміну від оолітів мають концентрично-зональну будову, при цьому кожний шар луски відповідає окремій стадії кристалогенезу і має радіально-променеву будову. Отже, наро­стання кожної луски супроводжується певним переривом у часі. Розміри сферолітів не перевищують 1 см в діаметрі.

Як сфероліти, так і ооліти за своїм складом мономінеральні. В природних умовах ооліти і сфероліти часто зцементовуються, утворю­ючи відповідно масивні агрегати, які одержали назву "горохового каменя".

Дендрити – це деревоподібні, плоскі у вигляді плівок агрегати, які утворюються на стінках, тріщинах порід чи мінералів.

До натічних форм належать сталактити і сталагміти. Сталактити - бурулькоподібні утворення, формування яких відсу­вається в пустотах різної величини і печерах, ріст яких проходить зверху вниз.

Сталагміти - це утворення, які формуються на підлозі печер в ре­зультаті розкристалізації мінеральних розчинів, що спадали з верхньої частини печер. Форма сталагмітів в більшості горбоподібна. Вони розміщені безпосередньо під сталактитами. Часто фор­ма сталагмітів має вигляд укорочених бурульок.

Проходячи крізь мінерал, світло зазнає змін під впливом оптичних властивостей його структури та хімічного складу. Використовуючи поляризаційні мікроскопи та тонкі зрізи гірської породи, які пропускають світло, мінералоги розпізнають наявні у ньому мінерали.

Завдання

1. Географія поширення мінералів по території України.

2. Опис місць виходу мінералів на земну поверхню, використання їх в геотуризмі.

3. Особливості підготовки до геологічних походів та екскурсій.

Допоміжний матеріал: контурні карти, атлас України та світу, зразки гірських порід та мінералів, кольорові олівці, роздатковий матеріал викладача, слайди, мультимедійний проектор.

Порядок виконання

1 На листі формату А4 згідно розданного варіанту студент описує взірець мінералу, дає характеристику його основних властивостей.

2 Проводить письмові дослідження згідно завдань.

3 На карту наносить місцерозташування геологічних відслонень на території України.