23. Основные породообразующие минералы.

Породообразующие минералы — минералы, входящие в качестве постоянных существенных компонентов в состав горных пород.

Наибольшее значение имеют силикаты (75 % массы земной коры). Для каждой группы пород — магматических, метаморфических и осадочных — характерны свои ассоциации породообразующих минералов.

Для верхней мантии породообразующие минералы: оливин, плагиоклаз,  шпинель,  гранаты,  пироксены, амфиболы, полиморфы кварца.

Наиболее распространённые минералы земной коры (каждой генетической группе пород свойственны свои породообразующие минералы):

• для магматических пород характерны: кварц, полевые шпаты, слюды и др.

• для осадочных пород характерны: кальцит, доломит, глинистые минералы и др.

• для метаморфических пород характерны: кварц, полевые шпаты, хлориты, пироксены, амфиболы, гранат, слюды и др.

Содержание самых распространённых породообразующих минералов в земной коре
Минерал	Содержание об. %
Плагиоклаз	42
Калиевый полевой шпат	22
Кварц	18
Амфиболы	5
Пироксены	4
Биотит	4
Магнетит, Ильменит	2
Оливин	1,5
Апатит	0,5

Средневзвешенный состав Земной коры — андезитовый. Основные минералы коры: полевой шпат, кварц, слюды, кальцит, амфиболы, пироксены. Средний состав мантии — ультраосновный. Основные минералы мантии: оливин (Mg,Fe)₂SiO₄, ромбический пироксен, моноклинный пироксен, гранат.

24. Основные отличительные диагностические свойства сульфидов, оксидов, силикатов и солей.

Сернистых и аналогичных им минералов насчитывают более 200 видов, но общее содержание их в земной коре невелико и не превышает 0.15%.

С химической точки зрения они являются в основном производными сероводорода H2S. В некоторых редких минералах место серы занимают Se и Te. По аналогии с сульфидами также выделяют арсениды и антимониды. Во всех этих соединениях широко развиты изоморфные замещения одних элементов другими.

Наибольшее распространение имеют дисульфиды и сульфиды железа, на долю которых приходится около 4/5 всех сульфидов табл. 2. Обычными сульфидами являются сульфиды меди, свинца, цинка, серебра, сурьмы и т.д. В виде изоморфных примесей в состав сульфидов входит целый ряд редких и рассеянных элементов, не образующих самостоятельных минералов.

Класс	Структура	Минерал	Формула минерала	Син-гония	Твер-дость
Простые сульфиды	Координационная	Аргентит Халькозин Галенит Алабандин Сфалерит Троилит Пирротин Никелин	Ag2S Cu2S PbS MnS (Zn, Fe)S FeS FeS NiAs	Ромб. ---- Куб. ---- ---- Гекс. Мон. Гекс.	2-2, 5 2-3 2-3 3, 5-4 3-4 3-4 4 5
	Цепочечная	Киноварь Стибнит Висмутин	HgS Sb2S3 Bi2S3	Триг. Ромб. ----	2-2, 5 2-2, 5 2-2, 5
	Кольцевая	Реальгар Аурипигмент Молибденит	AsS As2S3 MoS2	Мон. Ромб. Гекс.	1, 5-2 1-2 1
	Координационная Слоистая	Пентландит Халькопирит Станнин Кёстерит Борнит Ковеллин	Fe5Ni4S8 CuFeS2 Cu2FeSnS4 Cu4Zn2Sn2S8 Cu5FeS4 CuS = Cu2CuS(S2)		3-4 3-4 3-4 4 3 1, 5-2

Сульфиды за небольшим исключениями имеют металлический блеск, большую плотность и невысокую твёрдость. Встречаются они в виде кристаллов, друз, чаще - в виде сплошных зернистых масс и вкрапленников.

Происхождение сульфидов главным образом гидротермальное, а также магматическое, скарновое и для некоторых экзогенных - осадочное.

При окислении сульфиды разлагаются и легко переходят в различные вторичные минералы: карбонаты, сульфаты, окислы и силикаты, устойчивые в поверхностных условиях.

Сульфиды имеют большое практическое значение - это важнейшие руды свинца, цинка, меди, серебра, никеля и других металлов.

По структурному принципу среди сульфидов можно выделить сульфиды координационной, цепочечной, слоистой и других структур. Так, например, сульфиды можно классифицировать, выделяя структурные мотивы: координационный, островной, цепочечный, слоистый.

Окислы - соединения элементов с кислородом, в гидроокислах присутствует также вода. В земной коре на долю окислов и гидроокислов приходится около 17%, из них на долю кремнезёма (SiO2) около 12.5%.

Наиболее распространёнными минералами этой группы являются окислы кремния, алюминия, железа, марганца и титана табл. 3.

Класс	Минерал	Формула минерала	Сингония	Твердость
Простые	Куприт Тенорит Корунд Гематит Уранинит Торианит Кварц Тридимит Кристобалит Стишовит Рутил Анатаз Кассситерит Пиролюзит	Cu2O CuO Al2O3 Fe2O3 UO2 ThO2 SiO2 SiO2 SiO2 SiO2 TiO2 TiO2 SnO2 MnO2	Куб. Мон. Триг. ---- Куб. ---- Триг., гекс. Ромб., гекс. Тетр., куб. Тетр. ---- ---- ---- ----	3, 5 –4 3, 5 9 5, 5-6 5-6 6, 5 7 6-7 6, 5-7 - 6 5-6 6-7 5-6
Сложные	Ильменит Шпинель Магнетит Хромит	FeTiO3 MgAl2O4 FeFe2O4 FeCr2O4	Триг. Куб. ---- ----	5-6 8 5, 5-6 5, 5-7, 5

В кристаллических структурах минералов класса окислов катионы металлов находятся в окружении анионов кислорода (в окислах) или гидроксила (в гидроокислах). Среди окислов можно выделить простые окислы, в которых отношения между катионами и анионами изменяются в пределах от 2:1 до 1:2 (R2O, R2O3, RO2) и сложные окислы, для которых характерны двойные соединения типа RO*R2O3.

Происхождение минералов класса окислов различное - магматическое, пегматитовое, гидротермальное, но большинство окислов образовалось в результате экзогенных процессов в верхних слоях литосферы. Многие эндогенные минералы при выветривании разрушаются и переходят в окислы и гидроокислы.

Физические свойства окислов различны: для большинства из них характерна высокая твёрдость. Минералы класса окислов имеют большое практическое значение.

Класс силикатов и их аналогов является самым большим по числу минеральных видов – к нему относится 30% от их общего числа. В целом силикаты и алюмосиликаты слагают около 75 об.% земной коры, при этом наиболее распространены полевые шпаты – на их долю приходится около 40-45 об.% литосферы. За ними по распространенности следуют слюды, пироксены, амфибиолы и гранаты. В соответствии с распространенностью химических элементов главными катионами в силикатах и их аналогах являются K, Na, Ca, Mg, Fe. Значительна также роль алюминия, который, как показали рентгеноструктурные исследования, может выступать как в качестве катиона, так и входить в анионный радикал минералов.

Выявлены следующие черты строения силикатов и их аналогов.

1. Во всех силикатах атомы кремния имеют по отношению к кислороду четверную координацию, они образуют вместе с кислородом, как в кварце, кремнекислородные тетраэдры (SiO4)4- (cм. рис. 1). Связи кремния с кислородом смешанные ионно-ковалентные, с разной степенью ионности в минералах разной структуры и с разными катионами.

2. Кремнекислородные тетраэдры могут быть одиночными, и тогда они соединяются в общей структуре минерала через катионы, но могут и полимеризоваться, образуя различные анионные группировки.

3. Алюминий в силикатах может быть катионом, занимая позиции в октаэдрических пустотах между кислородом, и может входить в тетраэдры (AlO4)5-, занимая в структуре минералов позиции, адекватные с кремнием. Например, в каолините Al2(Si2O5)(OH)4 алюминий является катионом и имеет координационное число шесть, а в микроклине K(AlSi3O8) он входит в анионный радикал минерала. Есть минералы, в которых алюминий представлен и как катион и входит в анионный радикал, например в слюде мусковите KAl2(AlSi3O10)(OH)2.Размер тетраэдров (AlO4)5- и его конфигурация иные, чем у групп (SiO4)4-, характер химических связей также отличен. Поэтому имеется предел замещения Si4+ Al3+

Установлено, что в силикатах может замещаться алюминием не более половины кремния в тетраэдрах. Значит, предельны по составу алюмосиликаты типа анортита Ca(Al2Si2O8), нефелина Na(AlSiO4) и т. п.

4. Помимо кремнекислородных анионных радикалов во многих силикатах и алюмосиликатах есть дополнительные анионы - OH-, (CO3)2-,(SO4)2-,(S2)2-, (BO3)3-, (P2O7)4- и др.

Классификация силикатов и их аналогов производится по их структурам. Так выделяют шесть подклассов: островные, кольцевые, цепочечные, ленточные, слоистые, каркасные.

5.1 Островные силикаты

Среди силикатов это наиболее многочисленный подкласс минералов. Его характерными представителями являются оливин (Mg, Fe)2(SiO4), альмандин Fe3Al2(SiO4)3, гроссуляр Ca3Al2(SiO4)3, топаз Al2(SiO4)F2, эпидот Ca2(Al,Fe)(SiO4)(Si2O7)O(OH). Силикаты это подкласса имеют разнообразный состав – это минералы магния, железа, кальция, марганца, титана, алюминия, редких земель, тория, циркония, ниобия и др., ни в одном другом подклассе нет такого разнообразия катионов. К этому подклассу относятся также совсем особые по составу и структуре минералы, очень редкие в природе – это силикофосфаты, в них имеются дополнительные радикалы (P2O7)4- и (PO4)3- (например, ломоносовит с приблизительной формулой Na5Ti2(Si2O7)(PO4)O2 и силикокарбонаты (сперрит Ca5(SiO4) 2 (CO3) и др.)).

Кристаллохимическое своеобразие минералов подкласса островных силикатов определяется сочетанием двух факторов: а) присутствием в них орто- и диортогрупп - (SiO4)4- и (Si2O7)6-, б) большой ролью в их составе катионов октаэдрической координации с радиусом от 0,060 до 0,080 нм (Ti4+-0,064; Fe3+-0,067; Nb5+-0,069; Mg2+-0,078; Fe2+-0,082 нм, по В. Гольдшмидту), главными из них являются магний и железо. Благодаря такому сочетанию типичных для плотнейшей упаковки её тетраэдрических и октоэдрических полиэдров, структуры островных силикатов наиболее компактны и прочны среди силикатов других подклассов. Кроме перечисленных катионов большую роль, но не во всех, а в некоторых островных силикатах играют относительно крупные катионы восьмерной (и более) координации – Ca2+ (0,016 нм), Na+ (0,098 нм), Ce3+ (0,018 нм). Их координационные полиэдры несоразмерны с октаэдрами и тетраэдрами. Структура таких минералов, за малым исключением (гроссуляр), менее компактна.

Характерная особенность алюминия в островных силикатах заключается в том, что он всегда занимает октаэдрические позиции и является в этих силикатах катионом. Разнообразие катионов, их разные радиусы и свойства приводят к усложнению кристаллических структур островных силикатов и часто к вхождению в них дополнительных анионов F- и (OH)-. Особенно характерны такие анионы для силикатов, содержащих одновременно группы (SiO4)4- и (Si2O7)6- и резко различающиеся по металлическим свойствам катионы: Ca2+ и Ti4+ (титанит), Ca2+ и Al3+ (эпидот), K+, Na+ и Ti4+ (лампрофиллит). Дополнительные анионы характерны также для силикатов, в состав которых входят только группы (SiO4) и алюминий в качестве катиона, - топаз Al2(SiO4)F2, кианита Al2 (SiO4)O и др.