3.4 Породообразующие минералы

Количество минералов в составе земной коры превышает 2500 видов. В данном курсе будет рассмотрено сравнительно небольшое количество минералов, наиболее часто встречающихся в составе горных пород, а также некоторые из редких минералов, представ­ляющих собой ценные полезные ископаемые.

Минералы, образующие основную массу горных пород, получили название породообразующих. Количество их достигает всего нескольких десятков видов. В отличие от них минералы, входящие в горные породы в виде второстепенных, необязательных составных частей, называются акцессорными, или акцессориями. Они входят в состав пород в количестве менее 5%

Термин «минерал» происходит от латинского слова «минера» — кусок руды. В настоящее время под минералами подразумеваются составные части горных пород, однородные по составу и строению, любого агрегатного состояния — твердого, жидкого, газообразного, возникающие как внутри земной коры, так и на поверхности ее в результате разнообразных физико-химических процессов.

Минерал представляет собой как бы фазу существования химического вещества, отвечающую конкретным условиям в земной коре или на ее поверхности (температура, давление, состав компонентов). В результате взаимодействия вещества и среды создается динамическая система равновесия, нарушающаяся при изменении условий, определивших «равновесие». Этим объясняется возможность видоизменения минералов, превращения их из одного вида в другой.

3.5 Внешний вид минералов

В настоящем курсе мы будем знакомиться с минералами и горными породами по внешнему виду, определяя их признаки «на глаз». Такой метод получил название макроскопического в отличие от метода микроскопического, при котором порода изучается под микроскопом, и от других специальных, более точных методов, применяемых в минералогии и петрографии, недоступных при экспедиционных исследованиях геолога в поле (химический, спектральный, кристаллографический, рентгенографический и др.).

Твёрдые минералы встречаются в природе либо в виде кристаллов, имеющих более или менее хорошо выраженную форму многогранников, либо в виде неправильных по форме зерен или сплошных масс, также сложенных кристаллическим веществом, либо, наконец, в виде аморфных (некристаллических) масс.

Кристаллы. Одним из признаков определения минерала является его внешнее кристаллографическое оформление. Форма кристалла зависит от закономерного распределения составляющих минерал частиц — атомов (ионов) и молекул. В аморфном веществе (некристаллическом) те же частицы располагаются в беспорядке. Правильное пространственное расположение частиц в минерале образует структуру кристалла, или его кристаллическую решетку. Кристаллическая решетка геометрически может быть представлена в виде плотно пригнанных друг к другу многогранников (кубов, параллелепипедов, призм, ромбоэдров и т. д.), в вершинах, центрах или серединах граней которых на строго определенном расстоянии друг от друга располагаются атомы или ионы. Они образуют так называемые узлы кристаллической решетки. Кристаллические структуры очень разнообразны и определенным образом отображаются во внешнем оформлении кристалла. Кристаллические структуры зависят от химического состава минерала, т. е. определенным минералам свойственны и определенные кристаллические формы.

Различают структуры: атомные, когда в узлах решетки находятся атомы; ионные, когда в узлах располагаются атомы, лишенные части наружных электронов, т. е. ионы; радикальные при расположении в узлах радикалов, т. е. групп ионов, например радикала СО₃ в случае солей угольной кислоты.

Современная кристаллография изучает кристаллическую структуру путем просвечивания минералов рентгеновскими лучами. Основы учения о строении кристаллов были разработаны в конце XIX в. русским ученым — кристаллографом Е. С. Федоровым. Он впервые вывел 230 законов пространственного расположения частиц в кристаллах. Впоследствии выводы Федорова были подтверждены рентгеновским анализом.

В кристалле различают следующие части: грани, или плоскости, ограничивающие кристаллы, ребра — линии пересечения граней, вершины — точки пересечения ребер. Грани соответствуют плоскостям с наиболее плотным взаимным расположением частиц в виде плоских сеток, из пересечения которых и слагается кристаллическая решетка. В ребрах частицы расположены рядами — по линиям пересечения этих атомных сеток, что хорошо видно на схеме строения кристалла.

Одним из важнейших положений кристаллографии является закон постоянства гранных углов — для всех кристаллов одного и того же вещества углы между соответствующими гранями кристаллов одинаковы и постоянны. Этот закон дает возможность определять минералы путем измерения углов их кристаллов. Закон постоянства гранных углов вытекает из того, что грани кристалла по мере его роста перемещаются параллельно самим себе. При сохранении постоянства гранных углов величина и форма граней разных кристаллов одного и того же минерала могут значительно меняться, хотя внутренняя структура кристаллов при этом остается неизменной.

Это связано с тем, что в зависимости от физико-химической обстановки роста кристалла не все его грани развиваются одинаково. Поэтому внешняя форма кристаллов одного и того же минерала может довольно резко отличаться. Закон постоянства углов помогает определять минералы даже в мелких обломках кристаллов, если только они в какой-то мере сохраняют естественные грани.

Закон постоянства гранных углов позволяет для каждого естественного кристалла вывести его идеальную форму, которую он мог бы приобрести при наиболее благоприятной обстановке роста.