Генетическая минералогия. Онтогения минералов

Генетическая минералогия. Онтогения минералов

Основные понятия

 

Генетическая минералогия является закономерным продолжением описательной. В чём различие, в чём суть генетического подхода? Рассмотрим на примере кварца. В описательной минералогии кварц – минерал кремнезёма SiO_2, тригональной сингонии и определенными свойствами. В генетической минералогии – это комплекс индивидуальных кристаллов кварца и агрегатов его кристаллов, каждый со своим внутренним строением, особенностями состава, историей роста, растворения и иных преобразований.

Одним из основателей генетической минералогии является профессор С.-Петербургского Горного института Дмитрий Павлович Григорьев. Генетическую минералогию он подразделяет на онтогению и филогению минералов. Онтогения – учение о формировании индивидов минералов. Филогения – учение о формировании минеральных ассоциаций, парагенезисов, суперагрегатов (= минеральных тел).

Кристаллы минералов, их агрегаты, минеральные парагенезисы (=сонахождение, обусловленное сопроисхождение) – важные геологические документы, изучение и прочтение которых позволяет установить, смоделировать процессы образования горных пород и руд.

Установление генезиса минерала представляется как процесс познания его конституции (=присущее ему единство кристаллического строения и химического состава), окраски, формы и внутреннего строения индивидов, совместное нахождение индивидов (срастания, агрегаты), совместное нахождение минеральных видов (парагенезис минеральных видов) и т.д. Генетические признаки зависят от его геологической предистории, от условий минералообразования и могут сильно отличаться для различных индивидов одного минерального вида. К ним относятся: форма, размер, особенности огранки, внутреннее строение реальных кристаллов, структуры их агрегатов, пространственное расположение минералов, их совместное нахождение и т.п. Познание причин, определивших появление генетических признаков минералов и минеральных ассоциаций, требует специального исследования для каждого конкретного случая.

На основе изученных признаков минералов строятся генетические представления, из которых данные признаки выводятся как следствие. Температура, давление, концентрации и их вариации, степень пересыщения, зарождение и рост кристаллов, направление движения минерального вещества не являются признаками минералов, но их знание необходимо для построения моделей минералогенеза. Поэтому приходится решать обратную задачу - выявлять те признаки минералов - индивидов и агрегатов, в которых зафиксированы факторы их образования.

 

Основы теории зарождения и роста кристаллов. Классификация физико-химических систем

 

По степени обособленности от окружающей среды различают: открытые и закрытые системы. Наиболее распространены открытые системы, обменивающиеся с окружающей средой и теплом и веществом. Например, в условиях открытых или частично открытых систем происходит формирование гидротермальных минералов, минералов кор выветривания, некоторых метасоматитов. Закрытые системы - те, в которых идет обмен теплом с окружающей средой, но не идет обмен веществом. В условиях закрытых систем кристаллизуются многие регионально-метаморфические образования, пегматиты на магматической стадии их формирования, включения минералообразующих сред в минералах.

По агрегатным состояниям вещества различают системы простые одноагрегатные: паровая или газовая (Г), жидкая (Ж), твёрдая (Т) и полиагрегатные.

По отношению к изменчивости во времени различают стабильные и нестабильные системы. Если любые слабые воздействия на систему (тепловые, химические, механические..) не приводят к макроскопическим изменениям в физико-химической системе, ее называют стабильной (например, расплавы при температуре выше температуры плавления минералов, кристаллы при температуре ниже температуры плавления; недосыщенные растворы). К не стабильным относят расплавы ниже температуры плавления минералов; растворы, содержащие растворённое вещество в концентрации выше равновесной, т.е. растворы пересыщенные. При попадании в такие жидкости единственной пылинки, родственной по структуре растворённому или расплавленному веществу, начинается кристаллизация.

По характеру поведения во времени основных параметров кристаллизации: температуры, давления, состава и степени пересыщения - выделяются стационарные и нестационарные состояния системы. При стационарном состоянии все перечисленные параметры - на постоянном уровне, соответственно состав и форма кристаллов ~ постоянны. Понятно, что такое постоянство может реализовываться обычно лишь на каких-то отрезках времени. О стационарности - нестационарности системы можно судить по характеру распределения примесей в кристаллах, по направлению нарастания (по зонам роста), поскольку изменение любого параметра сказывается на вхождении примесей в кристалл. Яркий пример стационарного состояния – средняя - верхняя мантия под кратонами (консолидированными участками земной коры, не способными к преобразованию альпийской складчатостью), где образуются идеально гомогенные незональные кристаллы граната, клинопироксена, амфибола (рис. 3). В земной коре и в верхах мантии преобладают существенно нестационарные процессы.

Самопроизвольное зарождение

При кристаллизации определенного количества вещества размер вырастающих кристаллов зависит от числа центров кристаллизации индивидов-зародышей. Из редко расположенных центров кристаллизации вырастают кристаллы весом несколько кг, а при тесном расположении центров – микроскопические.

Под самопроизвольным зарождением подразумевается такой процесс, при котором в той или иной среде (жидкой, газообразной, твердой) из-за изменения физико-химических условий (напр., понижение темп-ры), наступает пересыщение и материальные частицы начинают соединяться друг с другом, образуя первичные кристаллы-зародыши. Устойчивость кристалла-зародыша связана с его величиной. Существует критический размер, преодолев который зародыш становится устойчивым; такой зародыш может быть центром кристаллизации. Слайд 1 Самопроизвольное зарождение нового минерала в растворе иногда происходит не после окончания роста более раннего минерала, а в процессе его роста. Тогда возникают фантомы.

Самопроизвольное зарождение, прежде всего, происходит при кристаллизации расплавов, водных и газовых растворов.

При кристаллизации расплавов ход кристаллизации контролирует степень переохлаждения, что обуславливает число зародышей = число центров кристаллизации (в единице объёма за единицу времени). От степени пересыщения зависит и форма зародышей - из слабо пересыщенных сред обычно вырастают правильные квазиизометричные кристаллы, из сильно пересыщенных часто вырастают расщепленные кристаллы, метельчатые, сферокристаллы. Аналогичной формы кристаллы растут и в твёрдых средах - переохлажденных расплавах - вулканических стёклах.

Зарождение на поверхности жидкости

Граница раздела фаз (например, воздух-жидкость) всегда является энергетически неуравновешенной и активной для образования зародышей минералов. В соленых озерах и морских заливах соляной раствор – рапа достигает необходимого для начала кристаллизации пересыщения за счет испарения воды (т.е. растворителя) в поверхностном слое. Следовательно, пересыщение прежде всего наступает на границе рапа-воздух. Зародыши галита появляются на поверхности зеркала рапы. Поскольку их размеры малы, они удерживаются силами поверхностного натяжения на пленке раствора («плавают на рапе»). Кристаллы галита плавают на рапе и интенсивно растут. Плавающие агрегаты кубиков галита достигают в поперечнике 40 см и лишь при волнении или сделавшись более крупными они оседают, образуя слой соли. Аналогично возникают тонкие пленки, а также зародыши сталактитов и сталагмитов гипса, кальцита и др. минералов в пещерах: вытекающий из трещин раствор при испарении становится пересыщенным; для кальцита играет роль и потеря из раствора CO₂.

Самопроизвольное зарождение в твердых фазах = высокотемпературных твёрдых растворах. При их охлаждении возникает явление пересыщения и при благоприятных условиях происходит самопроизвольное зарождение новых фаз - продуктов распада твёрдого раствора (в мощных сульфидных залежах Норильска - Талнаха масштаб структур распада кубанита CuFe₂S₃ и халькопирита CuFeS₂ макроскопический, до гигантского - длина пластин распада достигает 25 см.).

Зарождение на готовых зародышах

А) Зарождение на зернах породообразующих агрегатов

Такое зарождение происходит в трещинах и полостях, на стенках которых обнажаются зерна минерала того же самого минерального вида (трещина в гранитах – зарождение горного хрусталя). В подобной обстановке появление новых зародышей при наличии уже готовых кристаллических зерен термодинамически является невыгодным. Зерна породообразующих минералов могут служить затравками для новых кристаллов не только в трещинах и полостях жил, но и в самих породах. Это возможно, если в породах имеются микротрещины.

Б) Зарождение на кристаллах ранней генерации

Нередко один и тот же минерал выделяется несколько раз в процессе минералообразования, то есть имеет несколько генераций. Так, в основании кварцевых друз имеются скопления зернистого кварца – ранней его генерации. Минералы разных генераций нередко отличаются друг от друга по химическому составу и внешним признакам – цвету, величине зерен, огранке и т.д. Кварц ранних генераций имеет часто серый цвет, а более поздних – белый, нередко имеет ясную огранку и бывает прозрачным (горный хрусталь).

Появление кристаллов новой генерации обычно происходит после перерыва в отложении минерального вещества, которое сопровождает изменение физико-химических условий кристаллизации. Вновь отлагающееся вещество идет не на рост граней кристаллов первой генерации, а дает начало новым кристаллам, отличающимся свойствами, формой, составом и т.д.

Наиболее активным местом зарождения новых индивидов являются, прежде всего, вершины, затем ребра ранее выросших кристаллов; грани уступают тем и другим (например, скиперовидный кварц: ранняя генерация представлена столбчатыми кристаллами, а поздняя – зарождалась на их вершинах, в виде сильно укороченных псевропирамидальных кристаллов, т.к. отсутствуют грани призмы).

При зарождении на кристаллах ранней генерации большое значение имеет чистота и активность поверхности кристалла-зародыша.

В) Зарождение на осколках

При образовании месторождений в них нередко происходит внутриминерализационные дробления. Ранее выделившиеся в полостях минералы подвергаются дроблению с образованием осколков разной величины. Иногда происходит перетирание минералов с образованием пылеватых частиц. В этих случаях осколки являются принудительно возникшими центрами кристаллизации и могут давать начало новым кристаллам.

Г) Зарождение на кристаллах другого минерального вида

Закономерное нарастание кристаллов одного вида на вершины и ребра минерала другого вида объясняется явлением адсорбции кристаллом-затравкой растворенного вещества (вершины, ребра, углы сильнее адсорбируют). У этих участков возникает повышенная концентрация вещества вновь образующегося минерала, что и вызывает здесь начало его кристаллизации. Появление центров кристаллизации не в растворе, а на поверхности кристаллов-затравок объясняется еще и тем, что это энергетически выгодно: площадь поверхности зародыша меньше из-за того, что новый кристалл прирастает одной стороной к телу кристалла-адсорбента.

Рост минеральных индивидов

Анатомия индивида

Минеральный индивид, зародившись, начинает расти. Именно в это время он приобретает качества, которые делают его полезным ископаемым.

Минералы растут своей поверхностью, поэтому в ее особенностях, прежде всего, и фиксируется механизм роста. Весь объем кристалла, любой его участок, был когда-то на его поверхности. Поэтому внутреннее строение кристалла (его анатомия) – основной источник информации о его генезисе.

Наблюдения над скульптурой граней показывают, что минералы растут слоями – плоскими или спиральными. Образовавшиеся на минералах слои роста можно наблюдать макро- и микроскопически на кварце, пирите, галените, сфалерите. В других случаях применяют специальные методы: напыление, боковое освещение, серебрение и т.д.

Плоские сетки возникают в наиболее выгодной точке поверхности зародыша-кристалла, а затем распространяются по ней. Такой механизм обусловлен энергетикой присоединения атомов (или молекул) к поверхности кристалла. Если кристалл или зародыш покрыт совершенно плоскими гранями, ровными ребрами и вершинами, то частицы должны присоединяться к вершине (выделение энергии 0,2490), менее вероятно – к ребру (выделение энергии 0,0903), еще менее выгодно присоединение к плоскости (выделение энергии 0,0662). От этих точек и будет продолжаться рост, поскольку следующим частицам более выгодно садиться в получившийся двугранный угол со значением выделяемой энергии 0,4941. Таким путем растет ряд структуры.

Ряд не будет расти в разные стороны, т.к. если в другом направлении присоединится частица, то получится трехгранный угол с максимальной выделяемой энергией 0,8738. Это наиболее выгодное положение и к одному ряду присоединится другой – начнется рост слоя. Таким образом, слой начинает расти в отдельной, т.н. генерирующей точке и постепенно, путем наращивания рядов, распространяется по грани кристалла. Новые слои возникают, не ожидая завершения роста предыдущих. Скорость их разрастания различна (это видно по разной ширине промежутков между контурами слоев).

Рост спиральными слоями у алмаза, кварца, гематита, сфалерита, апатита и др. Механизм роста объясняется спиральными (винтовыми) дислокациями – закрученными по спирали плоскими сетками. При винтовых дислокациях входящий угол спирального слоя («ступенька винтовой лестницы») является местом наиболее выгодного присоединения частиц к кристаллу. Поскольку входящий угол – ступенька на растущем спиральном слое, все время сохраняется и движется по спирали, то каждая винтовая дислокация является активным центром роста кристалла. Концентрация различных по своей природе дислокаций (механические дефекты, чужеродные частицы и т.д.) в кристалле обычно достигает n · 10⁷ на 1 см². Дефектное строение кристаллов является мощным фактором их роста.

Зональность и секториальность также дают информацию о генезисе кристалла. При росте минерала на его поверхности последовательно отлагаются слои атомов (или др. частиц) и таким образом создаются разновременные части индивида в виде оболочек или зон – зональность кристаллов. Поскольку кристаллизация минералов никогда не идет в абсолютно неизмененных условиях, поэтому разновременно образовавшиеся зоны имеют различный химический состав, строение, и как следствие – различие в свойствах. Зональность отражает главным образом, колебания условий кристаллизации (замедление, ускорение, остановки), а также изменение химического состава среды минералообразования. Легче всего зональность строения кристаллов проявляется при разной окраске зон (многозональная окраска турмалина), зональности свето- и двупреломления (плагиоклазы), а также различные очертания зон.

В других случаях особенности роста минералов отмечаются зональным расположением включений разного происхождения. Одни из них захватываются минералов в процессе роста (фантомы: хлорит в кварце), другие образуются в результате избирательного замещения минерала по зонам (зональная серицитизация плагиоклазов), третьи могут быть продуктами распада твердого раствора (ильменит в магнетите).

Нередко зональность связана с механизмом роста, прежде всего, с ритмичностью роста кристаллов. Ритмичность при кристаллизации вызвана ростом и конкуренцией отдельных слоев. Каждая из «стопок» слоев порождает новую ритмичность. Крупные порядки слоев вызывают в окружающем растворе ритмичное колебание пересыщения, что может приводить к ритмичному включению примесей. Грань при росте «пульсирует». Эта пульсация и приводит к появлению зональности.

Таким образом, зональность – это особенности любых минеральных индивидов. У минералов выделяют зональность двух типов (порядков). Зональность первого порядка (грубая) является отражением внешних условий кристаллизации, вторая, более тонкая, связана с механизмом ритмичного роста.

Доказано, что если зональность первична, т.е. сингенетична росту кристалла, то она может служить источником информации о направлении и характере изменения химической обстановки в ходе кристаллизации. Например, можно реконструировать эволюцию изменения кислотности магмы в различные моменты образования интрузии. В гипергенных условиях в минералах может появиться зональность, связанная с сезонно-климатической периодичностью (зональные кристаллы галита).

 

Секториальность кристаллов

Наряду с хронологически различными частями минерала – зонами роста – при кристаллизации создаются одновременно растущие, но различные части кристалла за счет отложения вещества на разных гранях (ребрах, вершинах) индивидов – секториальность кристаллов. Грани каждой простой кристаллографической формы обладают специфической способностью адсорбировать вещество из среды, в которой растет кристалл. Это влияет, прежде всего, на скорость роста граней. В результате тело кристалла состоит из пирамид. Они расходятся из центра роста кристалла, а их основаниями являются его внешние грани. Пирамидой нарастания называется та часть в объеме кристалла, которая образовалась путем отложения вещества на какой-либо грани от центра роста. Число пирамид равно числу растущих граней кристаллов в соответствующий момент роста. Строение кристалла, характеризующееся наличием пирамид роста, называется секториальностью (поперечные срезы индивидов состоят из секторов разного состава или строения).

Пирамиды нарастания одной простой кристаллографической формы характеризуются одинаковым химическим составом, структурой и физическими свойствами, отличаясь по этим признакам от других пирамид одного и того же кристалла. Иногда один кристалл с секторами роста может быть сложен даже разными минералами. Это важно учитывать при обогащении руд.

В кристаллах наряду с пирамидами нарастания граней выделяют поверхности нарастания ребер и линии нарастания вершин. То есть реальный кристалл за счет отложения вещества на разных его элементах состоит из пирамид нарастания граней, поверхностей нарастания ребер и линий нарастания вершин (траекторий движения вершин простой формы). Все эти части кристалла могут различаться между собой свойствами. Это обусловлено неравномерным распределением: а) изоморфных примесей, б) механических примесей, в) дислокаций, дефектов, двойников, пористости и т.д.

Секториальность тесно связана с описанной выше зональностью роста. Так, пирамиды нарастания имеют пластинчатое строение, поверхности нарастания ребер – полосчатое сложение, линии нарастания вершин – состоят из отрезков.

 

Расщепленные кристаллы

Кристаллы некоторых минералов иногда имеют своеобразную морфологию: они расщеплены, при этом каждый субиндивид («отщепина») слегка отогнуты от основного тела кристалла – это сразу и монокристалл, и агрегат кристаллов (сноповидные образования кварца, розочки гематита и т.д.).

Расщепление кристаллов вызывается разными причинами. 1) микрочастицы, адсорбирующиеся поверхностью кристалла (т.е. не отталкивающиеся растущим кристаллом). Размер этих чужеродных частиц соизмерим с толщиной слоя нарастания кристалла и даже меньше его. Слой, видимо надвигается на частицу и отклоняясь в сторону, продолжает расти как самостоятельный индивид. Отщепление повторяется и постепенно из наиболее крупных субиндивидов формируется «веер или сноп расходящихся кристаллов.

2) расщепление происходит у царапин, границ двойников и микроблоков.

Расщепленный рост нередко наблюдается у минералов быстро остывающих вулканических пород, у многих минералов гидротермальных жил, при быстрой кристаллизации из поверхностных растворов или из пара (ледяные узоры на окнах). Расщепляются грани не всех простых форм, развитых на кристалле. У пластинчатых, таблитчатых кристаллов гематита расщепляются только грани базопинакоида, у кристаллов гипса – грани пинакоида, у галенита – грани куба, у кварца – грани призмы. В результате формируются расщепленные кристаллы разной морфологии – розетки, розочки, сноповидные образования, мозаичные блок-кристаллы, паркетчатые кристаллы и т.д. Нередко расщепление проявляется только в начале кристаллизации. В таком случае вслед за расщеплением идет рост обычных кристаллов. Тогда получаются разнообразные радиально-лучистые агрегаты кристаллов: пучки, связки, солнца (турмалин).

 

 

Механические деформации

Механические деформации имеют огромное значение, т.к. возникает масса трещин, по которым перемещаются минералообразующие растворы. Нередко химические реакции образования и преобразования минералов начинаются и заканчиваются «по команде» деформирующих сил.

Изменение формы и внутреннего строения минералов связаны с пластическими и хрупкими деформациями.

Пластические деформации вызывают изменение формы минералов под влиянием приложенной силы без нарушения сплошности кристаллов. Это изменение формы сохраняется после прекращения действия силы. Пластические деформации проявляются в виде скольжения, двойникования и блокования. Скольжение представляет собой параллельное перемещение слоев кристалла (слоев атомов) под влиянием силы. В начале под влиянием приложенной силы в каком-либо слое атомов возникает смещение с образованием дислокации. Дислокация постепенно перемещается по кристаллу и выходит из него на другой стороне. В результате одна часть кристалла оказывается перемещенной, сдвинутой относительно другой части. Скольжение характерно для значительного числа минералов. Хорошей иллюстрацией является галенит, у которого штрихи скольжения можно увидеть с помощью лупы на сколах по спайности.

Двойникование – перемещение частей кристалла под влиянием приложенной силы без нарушения сплошности кристаллов, подчиняющееся тому или иному двойниковому закону. Этим оно отличается от блокования, где блоки расположены не закономерно. При механическом двойниковании частицы кристалла, перемещаясь, изменяют свою ориентировку, поворачиваясь на 180º вокруг двойниковой плоскости или двойниковой оси. Двойникование не сразу захватывает всю переходящую в новое положение часть кристалла. Сначала в одной из точек структуры появляется зародыш двойника, и за счет перехода атомов в новое положение создаются дислокации, а затем двойник постепенно распространяется по кристаллу. В природе механическое двойникование обычно получается полисинтетическим.

Морфологические признаки пластических деформаций индивидов дают информацию для определения основных направлений давления и других факторов, для характеристики причин деформаций.

Блокование – в результате деформации в кристалле возникают блоки, повернутые относительно друг друга и в целом кристалла. Кристалл деформируется, но сплошность его сохраняется. Сохранение сплошности говорит о том, что кристаллические решетки отдельных блоков непрерывно соединяются друг с другом. В пределах каждого из блоков кристаллическая решетка остается неискаженной. Величина блоков разнообразна (от субмикроскопических до мм - см), как и их форма (клинья, пластины, изометрические). Блокирование монокристаллов является одним из элементарных механизмов перекристаллизации, с которой часто начинается структурная перестройка минеральных агрегатов.

 

Хрупкие деформации

Хрупкие деформации в минералах разделяют их индивиды на части в результате действия сил. Последние могут быть внешними по отношению к индивиду (например, деформации при возникновении зоны брекчирования) или внутренними (например, растрескивание индивида при полиморфных превращениях, дегидратации и т.д.). Встречаются два типа хрупких деформаций – разрыв и скалывание – комбинация которых и составляет основу разнообразных проявлений хрупких деформаций.

Разрыв. Этот тип деформаций состоит в разделении индивида на части и их раздвигании. В кристаллических минералах разрыв происходит преимущественно по плоскостям спайности, либо по поверхности излома, по двойниковым швам. Разрыв и дальнейшее раздвижение разорванных частей может произойти при растягивании кристалла. Например, если кристалл заключен в пластичном материале, испытывающем сжатие и растекание в стороны. Разрыв может быть вызван явлениями, происходящими внутри кристалла и обуславливающими увеличение или уменьшение объема. При уменьшении объема – растрескивается сам индивид, а при увеличении объема – окружающие его минералы. Например, растрескивание пирита от точечных включений в нем циркона, уранинита.

Скалывание - это разделение тела на части путем перемещения отдельных его частей вдоль поверхности скалывания под влиянием силы, действующей параллельно поверхности скалывания. Чаще всего происходит по плоскостям спайности.

Разрывные и сколовые деформации обычно предшествуют химическим изменениям. Благодаря возникновению трещин разрыва и скола индивид становится беззащитным к действию гидротермальных растворов.

 

ФИЛОГЕНИЯ МИНЕРАЛОВ

 

Филогения – учение о формировании минеральных ассоциаций (агрегатов), суперагрегатов, парагенезисов, то есть минеральных тел.

Понятие об агрегатах и их росте

 

В природе отдельные кристаллы встречаются редко. Более распространены их различные срастания - агрегаты. Минеральный агрегат есть совокупность соприкасающихся минеральных индивидов, жёстко закреплённых друг относительно друга в пространстве. Простые минеральные агрегаты состоят из синхронно выросших индивидов. Сложные минеральные агрегаты - из синхронно и последовательно выросших агрегатов. Структура минерального агрегата (его строение) определяются формой, размерами и взаимными отношениями слагающих его индивидов. Текстура минерального агрегата (термин имеет двойную смысловую нагрузку) - в минералогии, кристаллохимии и материаловедении - направление кристаллографической ориентировки слагающих его индивидов; в петрографии и учении о полезных ископаемых - иное, известное Вам.

Монокристальный индивид (в том числе кристалл с дислокациями и скелетный кристалл) представляют собой кристаллическое пространство, которое можно "обойти", оперируя законами пространственной решётки. Из одного индивида в другой нельзя перейти по соображениям симметрии, но и потому, что индивиды ограничены поверхностью раздела - дислокационной границей или другим нарушением непрерывности. Расщепляющийся в сферолит кристалл является до тех пор "индивидом" = сферокристаллом, пока все слагающие его лучи связаны непрерывно в одно целое, позволяя обойти (хотя и с повторением хода) весь индивид. Как только в результате расщепления отдельные участки кристалла полностью отграничатся пространственно от остальных частей, он превращается в агрегат - сферолит.

В качестве критерия для выделения минерального агрегата принимается пространственная обособленность и структурно-текстурное равенство слагающих агрегат индивидов. Связь индивид - агрегат относительная, они относятся один к другому как часть к целому. Любой агрегат состоит из индивидов минералов и, в тоже время, является составной частью агрегата более высокого порядка, выступая в нём как индивид. То есть агрегаты - это надкристаллические формы организации вещества.

Форма минеральных агрегатов в значительной степени зависит от размера индивидов. Минеральные агрегаты (МА) зернистые - крупно-, средне-, мелкозернистые и плотные = тонкозернистые. Минеральные агрегаты параллельно-шестоватые, лучистые, радиально-лучистые, листоватые, концентрические, сферолитовые. Скопления сферолитов или оолитов МА - оолитовые, пизолитовые, сферолитовые агрегаты. В трещинах горных пород и на их поверхности часто развиты древовидные - дендритовые поликристаллические МА. В открытых полостях - сталактитовые, гроздевидные, почковидные МА.

Рост минеральных агрегатов

Минеральные агрегаты, как и индивиды минералов, проходят стадии зарождения, роста и изменения.

Ортотропизм – рост кристаллов преимущественно в направлении, перпендикулярном к плоскости или линии его зарождения. Причина ортотропизма чисто геометрическая: кристаллы растут произвольно в стороны только до тех пор, пока не приходят в соприкосновение друг с другом. В дальнейшем в ходе геометрического отбора выживают те их них, для которых направление максимальной скорости роста расположено перпендикулярно к субстрату. В конечном итоге после геометрического отбора остаются индивиды, образующие параллельно-шестоватые агрегаты, рост которых может продолжаться бесконечно. Стадии роста - отдельными кристаллами, друзовая, параллельно-шестоватые агрегаты. Процесс образования друз - не завершённый процесс заполнения пространства кристаллами. Рост может остановиться на любой стадии.

При росте на неровной поверхности субстрата тенденция к геометрическому отбору увеличивается как за счёт отсутствия преимущественной ориентировки зародышей, так и за счёт неодинакового их расположения в пространстве, благодаря чему более высоко расположенные зародыши оказываются в более выгодном положении.

Образованные таким образом параллельно-шестоватые агрегаты 1 типа по Д.П. Григорьеву - агрегаты возникшие в условиях относительно свободного роста на подложке - субстрате (в расплавах, в растворах) в полостях, когда скорость роста минерального агрегата меньше скорости раскрытия этой полости. Способ питания растущих кристаллов со стороны их головок. Рост обычно симметричный по обеим сторонам жильной трещины.

Итак, признаки параллельно-шестоватых агрегатов 1 типа: в основании зона геометрического отбора; одинаковая ориентировка кристаллов в параллельно-шестоватой зоне, то есть в направлении наибольшей скорости роста; эта зона покрыта выставляющимися из агрегата головками кристаллов - у кварца это вершины ромбоэдров.

Выявление зон геометрического отбора важно, поскольку становится ясен механизм роста данного минерального агрегата (кристаллизация в открытом пространстве) и направление роста минерального агрегата, то есть последовательность кристаллизации.

Обычно рост происходит при пассивном взаимодействии с подложкой - субстратом. Рост друз при активном взаимодействии с кристаллическим субстратом хорошо изучен на примере кварца, выросшего на подложке халцедона. Мы его уже рассматривали - первый "слой" кристаллов кварца лежит на сферолитах халцедона. При дальнейшем росте с учётом геометрического отбора = борьбы за пространство вырастают кристаллы кварца из зазоров, щелей между сферолитами. Далее стандартная картина. Ещё пример - ориентированное нарастание кварца на кристаллы щелочного полевого шпата.

Иной тип - параллельно-шестоватые агрегаты 2 типа по Д.П. Григорьеву. Это агрегаты без закономерной кристаллографической ориентировки шестиков кристаллов относительно их удлинения. Они образуются в условиях стеснённой кристаллизации без явлений геометрического отбора. Здесь скорость приоткрывания трещин меньше скорости роста кристаллов по любому кристаллографическому направлению. Приоткрывание возникшей трещины происходит постепенно мелкими толчками с амплитудой в десятые - сотые доли мм, что фиксируется иногда слоями включений в кристаллах. По этой причине каждый кристалл, не зависимо от его ориентировки, успевает подрасти любым своим кристаллографическим направлением вслед за отодвигающейся стенкой трещины. Нет геометрического отбора, нет и головок кристаллов. Необходимые условия медленного раздвигания стенок трещины чаще создаются не вследствие тектонических подвижек, а как результат кристаллизационного давления растущих кристаллов. Следовательно, питание растущих кристаллов происходит за счёт растворов по порам и микротрещинам.

В процессе заполнения жильных трещин параллельно-шестоватые агрегаты 2 типа обычно отвечают ранней стадии. Нередко агрегаты 1 и 2 типа чередуются в объёме жил.

Сколь угодно широко развиты также агрегаты массивные, то есть без предпочтительной, в том числе без параллельной, ориентировки индивидов. В таких агрегатах естественно отсутствуют явления геометрического отбора.
Достаточно широко распространены агрегаты нитевидных кристаллов. Нитевидные кристаллы часто вырастают на пористом основании, которое и является источником питания (отверстия микропор).

Кристаллы растут основанием. На ровном пористом основании образуются параллельно-волокнистые агрегаты, в которых все волокна перпендикулярны поверхности породы - подложки. Встречаются следующие типы агрегатов нитевидных кристаллов: агрегаты прямых нитевидных кристаллов одинаковой длины - корки постоянной толщины или цилиндры; агрегаты прямых нитевидных кристаллов различной длины - бугры, обособленные конусы среди сплошных корок; агрегаты расщеплённых нитевидных кристаллов, расщеплённых в центре - где скорость роста больше - пучки нитевидных кристаллов изгибаются от центра к периферии во все стороны, формируя антолиты (или антодиты); расщеплённые агрегаты нитевидных кристаллов вдоль определённой плоскости, в обе стороны от которой происходит загибание пучков нитей, причём в одних случаях длина нитей постоянна, в других длина нитей постепенно меняется, - агрегат изгибается в сторону, растущую с минимальной скоростью; расщеплённый агрегат изогнут в одном направлении, волокна, хотя и изогнуты, лежат в одной плоскости, в пределе форма агрегата - дуга, спираль, кольцо.

Границы и форма кристаллов в минеральных агрегатах
Во всяком поликристаллическом материале существуют границы, разделяющие соседние зёрна. На границах концентрируются структурные дефекты, это участки с более высокой энергией. Поэтому существует «движущая сила», которая стремится уменьшить поверхность границ и соответственно вызывает их движение. Кроме того, вдоль границ зёрен в минеральных агрегатах концентрируются флюидные включения, адсорбированные вещества и т.п. Коэффициенты диффузии на границах зёрен на несколько порядков выше, чем внутри зерна, а энергия активации примерно в два раза ниже. Образно говоря, границы зёрен – это дренажная система минеральных агрегатов.

 

Генетическая минералогия. Онтогения минералов

Основные понятия

 

Генетическая минералогия является закономерным продолжением описательной. В чём различие, в чём суть генетического подхода? Рассмотрим на примере кварца. В описательной минералогии кварц – минерал кремнезёма SiO_2, тригональной сингонии и определенными свойствами. В генетической минералогии – это комплекс индивидуальных кристаллов кварца и аг