Физические свойства минералов

 

Физические свойства минералов имеют большое практическое значение (радиоактивность, люминесценция, твердость, магнитные и оптические свойства и другие) и очень важны для диагностики минералов. Каждый минерал характеризуется какими-либо особыми признаками, по которым его можно всегда отличить от других минералов. Очень многие минералы можно достаточно точно определить по комплексу характерных физических свойств, не прибегая к более трудоемким исследованиям, таким как химический анализ, рентгенография и другие. Мы рассмотрим, главным образом, те свойства, которые могут использоваться при визуальной диагностике минералов.

Цвет. Свойство, которое прежде всего обращает на себя внимание любого исследователя - это цвет или окраска минералов. Одни минералы имеют определенный цвет, по которому можно практически безошибочно определить минерал: красного цвета киноварь, золотисто-желтого цвета пирит, зеленого цвета малахит и другие. Другие минералы - турмалин, гранат, флюорит, берилл, кварц - имеют различную окраску. Встречаются и такие минералы, которые имеют разный цвет в одном и том же кристалле: один конец кристалла турмалина может быть окрашен в черный, другой - в зеленый цвет, а середина бесцветная или розовая. Это полихромные минералы. К таким минералам можно отнести флюорит, кварц, кальцит, топаз и др.

Цвет минералов зависит от их внутренней структуры, от механических примесей и, главным образом, от присутствия элементов-хромофоров, т.е. элементов - носителей окраски. Это Cr, V, Ti, Mn, Fe, Ni, Co, Cu, U, Mo и некоторые другие. Эти элементы могут быть основными элементами минерала (Cu в малахите; Mn в родоните), а могут входить в состав минерала лишь в виде примесей. Так, примесь Cr вызывает зеленую окраску в изумруде - разновидности берилла Be₃Al₂[Si₆O₁₈] и красную окраску в рубине - разновидности корунда Al₂O₃.

А.Е.Ферсман выделял следующие цвета (окраски) минералов:

1. Идиохроматическая (собственная) окраска, обусловленная особенностями химического состава, кристаллической структуры, присутствием ионов-хромофоров или электронно-дырочных центров окраски.

2. Аллохроматическая, связанная с механическими включениями ярко окрашенных посторонних минералов (например, буро-коричневый авантюрин - кварц, содержащий тонко рассеянные чешуйки гематита Fe₂O₃; розовый ортоклаз за счет механической примеси гематита; зеленый шеелит за счет тонко рассеянной примеси малахита по микротрещинам и др.).

3. Псевдохроматическая окраска, связанная с рассеянием света, интерференцией световых волн (побежалость, иризация, опалесценция). Например, яркая фиолетовая и синяя побежалость у борнита Cu₅FeS₄; зеленоватая и красная побежалость у халькопирита CuFeS₂; яркая синяя иризация лабрадора.

Интенсивность окраски зависит от агрегатного состояния и характера поверхности минералов. В крупных кристаллах и грубозернистых агрегатах окраска многих минералов обычно темнее, чем в мелких зернах, тонкозернистых или дисперсных агрегатах. Природа окраски многих минералов до настоящего времени не установлена. Вместе с тем, умение правильно определять и интерпретировать цвет минералов очень важно для геологов. Так, зеленые примазки малахита указывают на наличие первичных медных руд; розовые порошковатые налеты - на руды кобальта; бурые и ржавые окраски гидроксидов железа могут свидетельствовать о наличии зоны окисления рудного месторождения.

Цвет черты. Важным приемом определения цвета минерала при его диагностике является определение цвета его порошка или цвета черты, оставленной минералом на не глазурованной шероховатой фарфоровой пластинке (бисквите). Цвет минерала в порошке может отличаться от цвета самого минерала. В тонком порошке часто легче оценить истинную окраску минерала. Однако, это возможно лишь для минералов, твердость которых невелика. Часто одинаковые на вид минералы имеют разную черту. Так, черта гематита - вишнево-красного цвета, хромита - желто-бурая, сфалерита - темно-коричневая, хотя все эти минералы в образце могут иметь черную окраску. Напротив, золотисто-желтый пирит имеет черного цвета черту. Это различие используется как важный прием в диагностике минералов.

Блеск. Это эффект, вызываемый отражением света от поверхности минерала. Блеск минералов зависит от разных факторов. Прежде всего от показателя преломления n и величины отражательной способности R минерала. Чем выше отражательная способность минерала, тем сильнее блеск минерала на его зеркальных поверхностях. Вместе с тем, все минералы можно разделить на две большие группы: минералы с металлическим и неметаллическим блеском.

Металлический блеск имеют те минералы, которые (независимо от их окраски) дают черную черту на неглазурованной фарфоровой пластинке. Неметаллический блеск характерен для минералов, дающих цветную черту. Исключением из этого положения являются самородные элементы (золото, серебро, медь) и некоторые сульфиды (халькопирит), которые дают цветную черту, но относятся к минералам с металлическим блеском.

Среди неметаллических блесков выделяют алмазный, стеклянный, матовый, жирный, восковой, шелковистый, смолистый. Так, халцедон имеет восковой блеск, нефелин - жирный, хризотил-асбест - шелковистый, U-содержащие минералы - смолистый. Блеск зависит также от шероховатостей, рельефа граней, от неровностей зернистых, параллельно-волокнистых, пластинчатых и других минеральных агрегатов, от степени трещиноватости минерала. Блеск одних и тех же минералов на гранях кристаллов и в их изломе и агрегатах бывает различный. Это важно использовать при визуальной диагностике минералов. Так, гипс имеет стеклянный блеск на гранях кристалла, матовый - в зернистых агрегатах, шелковистый - в волокнистых агрегатах. Самородная сера имеет алмазный блеск на гранях кристалла, а в изломе блеск минерала жирный.

Диагностика минералов основана на их свойствах. Важно подчеркнуть обусловленность конкретных физических свойств минерала от типа его кристаллической структуры.

 

4.2.3. Процессы минералообразования

Минералообразование происходит в рамках любых геологических процессов. Различают:

· кристаллизацию из расплавов (магмы),

· из газов и газово-жидкой фазы,

· из горячих и холодных водных растворов (как истинных, так и коллоидных).

 

Кроме этого, по способу отложения вещества различают свободную кристаллизацию в полостях, открытых трещинах, на дне водных бассейнов и т.д. и кристаллизацию в твердых средах (метасоматоз), когда происходит постепенное замещение одних минералов другими за счет последовательного растворения отдельных участков минеральных индивидов и образования на их месте нового минерального вещества.

При преимущественном отложении вещества вдоль ребер или вершин кристаллов возникают так называемые скелетные и дендритные кристаллы (например, снежинки, дендриты золота, меди). Нужно иметь представление об образовании зернистых агрегатов, друз, сферолитов (конкреций), секреций, оолитов. Надо отметить, что в процессе конкретного минерадообразования относительно редко формируются индивиды и агрегаты только одного минерального вида, чаще образуется (одновременно или последовательно) несколько минералов. Такое совместное образование минералов называется парагенезисом. Например, очень характерен парагенезис галенита и сфалерита.

 

Раздел 5. Классификация минералов. Характеристика основных классов минералов.

 

Поскольку минералы являются природными химическими соединениями то они и классифицируются так же, как и любые химические вещества.

1) самородные элементы: золото, серебро, платина, алмаз, графит, сера;

2) сульфиды – пирит, халькопирит, пирротин, пентландит, галенит, сфалерит, молибденит, киноварь, антимонит;

3) оксиды и гидроксиды: кварц, халцедон, опал, корунд, магнетит, гематит, хромит, касситерит, вольфрамит, пиролюзит и псиломелан, бурые железняки (смесь гидроксидов железа, в т.ч. гётита), бокситы (смесь гидроксидов алюминия: диаспора, бёмита, гидраргиллита);

4) галоиды – галит, сильвин, флюорит;

5) карбонаты – кальцит, доломит, магнезит, малахит;

6) сульфаты – гипс, ангидрит, барит;

7) фосфаты – апатит;

8) вольфраматы – шеелит;

9) силикаты – оливин, гранаты, берилл, пироксены (эгирин, диопсид),, амфиболы (роговая обманка), слюды (мусковит, биотит, флогопит), хлориты, тальк, каолинит, серпентин, хризотил-асбест, полевые шпаты, нефелин.

 

Раздел 6. Основы петрографии

 

Горные породы образуются в результате различных геологических процессов и представляют собой минеральные агрегаты более или менее постоянного состава. По условиям образования выделяются три крупные группы пород: магматические (или изверженные), осадочные, метаморфические. Большое значение для характеристики горных пород и познания их генезиса имеют структуры и текстуры пород. Структура определяется взаимоотношениями минеральных индивидов, слагающих породу (их формой, размерами, характером сочетаний между собой), текстура - взаимоотношениями минеральных агрегатов, слагающих породу.

Структура определяется размерами, формой и характером срастания минеральных индивидов, составляющих агрегат. Единичными элементами, образующими структуры, являются зёрна или кристаллы минералов, а поскольку их размеры, как правило, невелики, структуру можно считать микроскопической характеристикой. Структуры изучают обычно с помощью микроскопа в петрографических шлифах или в полированных образцах (аншлифах). Для словесной характеристики структур применяют набор специальных терминов, учитывающих форму индивидов (например, «волокнистая», «пластинчатая» и т.д.) и их расположение («сидеронитовая», «венцовая», «графическая» и др.). Характеризуя структуру по размеру минеральных индивидов можно пользоваться следующей шкалой:

скрытозернистая – при размере минеральных индивидов менее 0,01 мм,

микрозернистая -0,01 – 0,1мм,

мелкозернистая -0,1 – 2мм,

среднезернистая -2 – 20мм,

крупнозернистая -20 – 100мм,

гигантозернистая – более 100мм.

 

Текстурой называют характеристику строения горной породы или твердого полезного ископаемого, определяемую формой, размерами и способом сочетания минеральных агрегатов, отличающихся по минеральному составу или структуре. Единичными элементами, образующими текстуры, служат минеральные агрегаты, однородные по составу и структуре. Эта характеристика – макроскопическая и может наблюдаться в образцах, естественных и искусственных обнажениях. Словестная характеристика текстуры полезного ископаемого даётся при помощи одного или нескольких специальных терминов, так как даже в одном образце нередко можно наблюдать несколько текстурных мотивов (например, плойчатая текстура в сочетании со сланцеватой, ячеистая – с натёчной и колломорфной и т.д.). Многие текстуры хорошо известны для горных пород, но некоторые типичны лишь для полезных ископаемых. Определение текстур играет огромную роль при решении генетических задач, так как, наряду с текстурами, встречающимися в полезных ископаемых различных генетических типов (например, полосчатой, массивной, линзовидной), наблюдаются текстуры практически однозначно демонстрирующие условия рудообразования (табл.2).

Таблица 2.