1.2. Диагностические свойства минералов
Задание 1. Изучить и описать на основе учебной коллекции основные формы нахождения минералов.
Задание 2. Сделать описание диагностических свойств нескольких минералов из учебной коллекции.
Теоретическая часть
Формы нахождения минералов в природе разнообразны и зависят главным образом от условий образования. Это либо отдельные кристаллы или их закономерные сростки (двойники), либо четко обособленные минеральные скопления, либо, чаще, скопления минеральных зерен.
Отдельные изолированные кристаллы и кристаллические двойники, т.е. закономерные сростки кристаллов, возникают в благоприятных для роста условиях. Форма кристаллов разнообразна и отражает как состав и внутреннюю структуру минерала, так и условия образования.
Среди обособленных минеральных скоплений наиболее часто встречаются друзы, представляющие скопления кристаллов, прикрепленных одним концом к общему основанию. Часто друзы образуются на стенках пустот в горных породах. Мелкие кристаллы, плотно сидящие на каком-либо основании, образуют щетку.
Секреции – результат постепенного заполнения
пустот в горных породах минеральным веществом, отлагающимся на их стенках.
Накопление вещества в этом случае идет от периферии к центру, в связи с чем
секреции имеют обычно концентрическое строение, отражающее стадийность
образования. Мелкие секреции называются миндалинами, крупные (более
Конкреции – более или менее округлые образования, возникшие путем осаждения минерального вещества вокруг какого-нибудь центра кристаллизации. В этом случае отложение минерального вещества происходит от центра к периферии, с чем связано концентрическое или радиально-лучистое строение конкреций. Мелкие округлые образования обычно концентрического строения (размером от просяного зернышка до горошины) называются оолитами. Они бывают сцементированы плотной массой или находятся в рыхлом состоянии. Оолиты образуются при осаждении минералов из растворов, когда песчинки, скелетные остатки мельчайших животных и т.л. постепенно обволакиваются выделяющимся минералом. Оолитовые известняки и доломиты образуются в прибрежной зоне морей. Чаще встречаются известняковые и доломитовые оолиты, реже – гипсовые, ангидритовые, лимонитовые, халцедоновые.
Натечные образования, осложняющие поверхности пустот, возникают при кристаллизации минерального вещества из просачивающихся подземных вод. Натеки, свисающие со сводов пустот, называются сталактитами, растущие вверх со дна пещер – сталагмитами. На поверхности трещин могут развиваться плоские минеральные пленки, имеющие разное строение.
Наиболее широко развиты минеральные агрегаты кристаллического, аморфного или скрытокристаллического строения, слагающие толщи пород. Они образуются при более или менее одновременном выпадении из растворов или расплавов множества минеральных частиц. В кристаллических агрегатах минералы находятся в кристаллическом состоянии, но зерна их имеют неправильную форму. Величина зерен зависит от условий кристаллизации и изменяется от крупных до землистых.
По форме зерен минеральные агрегаты делятся на: а) зернистые (кварц, кальцит, галенит), имеющие изометричную форму зерен; б) волокнистые (асбест), столбчатые (селенит), шестоватые (роговая обманка), имеющие вытянутую форму; в) чешуйчатые (графит, тальк), пластинчатые (гипс, слюда), имеющие плоскую форму.
По
величине зерен различаются минеральные агрегаты: а) крупнозернистые –
размеры зерен более
Встречаются минеральные образования, состав которых не соответствует форме, которую они слагают, - это так называемые псевдоморфозы (греч. «псевдо» - ложный). Они возникают при химических изменениях ранее существующих минералов или заполнении пустот, образовавшихся при выщелачивании каких-либо минеральных или органических включений. К первым относятся, например, часто встречающиеся псевдоморфозы лимонита по пириту, когда кубические кристаллы пирита превращаются в скрытокристаллический лимонит, ко вторым – псевдоморфозы халцедона по дереву и др.
Физические свойства минералов.
Постоянство химического состава и внутренней структуры минералов обусловливает постоянство их свойств. На этом основаны различные методы минералогических исследований и определений минералов. Большинство из них требует специального оборудования. Однако каждый исследователь, имеющий дело с минералами и горными породами, должен владеть методом их полевого определения, основанного на изучении внешних, видимых невооруженным глазом (макроскопических) свойств.
Морфология кристаллов может явиться важным диагностическим признаком, хотя следует отметить, что в природе один и тот же минерал в разных условиях образует кристаллы различной формы, а разные минералы могут давать одинаковые кристаллы. Все многообразие форм кристаллов группируется условно по степени сложности в семь крупных групп или систем, называемых сингониями (см. выше).
Оптические свойства минералов.
Цвет – важный признак минералов, который, однако, можно использовать лишь в совокупности с другими свойствами. Для некоторых минералов цвет является постоянным признаком; так, например, у пирита цвет латунно-желтый, у малахита – зеленый, у азурита – синий, у золота – золотисто-желтый и т. д. Названия ряда минералов уже несут в себе характеристику их цвета: родонит - розовый , хлорит – зеленый; киноварь – сульфид ртути ярко-красного, алого цвета - в переводе с арабского означает «кровь дракона» и т.д.
Для большинства минералов этот признак непостоянен. Полевые шпаты бывают белого, желтого, красного, зеленого, темно-серого цветов. Кальцит встречается бесцветный, белый, желтый, зеленый, голубой, фиолетовый, бурый, черный.
Окраска минералов определяется в первую очередь их химическим составом. Каждый химический элемент, входящий в состав минералов, и каждое химическое соединение придают им определенную, очень характерную окраску. Минералы, содержащие углекислые соединения меди, имеют зеленый или синий цвет (малахит, азурит). Минерал берилл в чистом виде бесцветен и прозрачен, а при наличии примеси оксида хрома приобретает зеленый цвет (изумруд); минералы, содержащие оксид железа, характеризуются красными, бурыми, желтыми цветами (бурый железняк).
Побежалость. Некоторые минералы, особенно содержащие медь, на своей поверхности имеют пестроокрашенную тонкую пленку: розоватую, красноватую, желтоватую, голубоватую и др., обусловленную процессами химического выветривания. Цвет этой пленки отличается от цвета самого минерала. Это явление получило название побежалости (пример – халькопирит).
Для непрозрачных и сильно окрашенных слабо прозрачных минералов важным диагностическим признаком является цвет минерала в порошке или цвет черты. Он может быть и таким же, как в куске (напр. магнетит), но может от него отличаться (напр. пирит, гематит). Для определения цвета порошка минералом проводят по шероховатой поверхности фарфоровой пластинки, на которой остается черта, соответствующая цвету порошка.
Прозрачность, характеризующая способность минерала пропускать свет, зависит от его кристаллической структуры, а также от характера и однородности минерального скопления. По этому признаку выделяют минералы: прозрачные, пропускающие свет подобно обычному стеклу; полупрозрачные или просвечивающие, пропускающие свет подобно матовому стеклу; просвечивающие лишь в тонкой пластинке и непрозрачные, не пропускающие световых лучей.
Блеск зависит от показателя преломления минерала и от характера отражающей поверхности. Выделяют минералы с металлическим блеском, к которым относятся непрозрачные минералы, имеющие темноокрашенную черту. Блеск, напоминающий блеск потускневшего металла, называют металловидным. Значительно более обширную группу составляют минералы с неметаллическим блеском, к разновидностям которого относятся: алмазный, стеклянный, жирный, перламутровый, шелковистый, восковой и в случае отсутствия блеска, матовый.
Механические свойства минералов.
Излом определяется поверхностью, по которой раскалывается минерал. Она может напоминать ребристую поверхность раковины – раковистый излом, может иметь неопределенно- неровный характер – неровный излом. В мелкозернистых агрегатах определить излом отдельных минеральных зерен не удается; в этом случае описывают излом агрегата – зернистый, занозистый, или игольчатый, землистый.
Спайность – способность кристаллических минералов раскалываться по ровным поверхностям – плоскостям спайности, соответствующим направлениям наименьшего сцепления частиц в кристаллической структуре минерала. В зависимости от того, насколько легко образуются сколы по плоскостям и насколько они выдержаны, выделяют различные степени спайности: весьма совершенная – минерал легко расщепляется на тонкие пластинки; совершенная – минерал при ударе раскалывается по плоскостям спайности; средняя – при ударе минерал раскалывается как по плоскостям, так и по неровному излому; несовершенная спайность – на фоне неровного излома лишь изредка образуются сколы по плоскостям; весьма несовершенная – всегда образуется неровный или раковистый излом. Спайность может быть выражена в одном, двух, трех, реже четырех и шести направлениях.
Твердость – способность противостоять внешнему механическому воздействию – важное свойство минералов. Обычно в минералогии относительная твердость определяется путем царапанья эталонным минералом поверхности исследуемого минерала: более твердый минерал оставляет на менее твердом царапину. Принятая в геологии шкала твердости Мооса включает десять эталонных минералов, расположенных в порядке увеличения твердости: тальк – твердость 1, гипс – 2, кальцит – 3, флюорит – 4, апатит – 5, ортоклаз – 6, кварц – 7, топаз – 8, корунд – 9, алмаз – 10. Для определения твердости минералов можно пользоваться некоторыми распространенными предметами, твердость которых близка к твердости минералов-эталонов. Так, твердостью 1 обладает графит мягкого карандаша; около 2-2,5 – ноготь; 4 – железный гвоздь; 5,5-6 – стальной нож, игла.
Для каждого минерала характерна более или менее постоянная плотность. По этому признаку минералы делятся на легкие и тяжелые. При макроскопическом изучении минералов важно уметь простым взвешиванием на ладони отнести минерал к группе легких – с плотностью до 2,5 г/см3, средних – до 0,4, тяжелых – 4-6, очень тяжелых минералов – с плотностью свыше 6 г/см3. Для минералов, в состав которых входят тяжелые металлы, высокая плотность является существенным диагностическим признаком.
Кроме выше перечисленных свойств, некоторые минералы обладают магнитностью, радиоактивностью, ковкостью и упругостью. Поваренная соль (NaCl) обладает соленым вкусом; исландский шпат(CaCO3) имеет двойное лучепреломление.
Методические рекомендации
1. Изучите теоретическую часть работы.
2.Опишите и зарисуйте в тетради основные формы минеральных агрегатов, имеющихся в учебной коллекции (друзы, щетки, конкреции, секреции, зернистые и землистые агрегаты, натечные формы, псевдоморфозы).
3. Опишите в тетради физические свойства нескольких минералов из учебной коллекции (по выбору преподавателя).
Контрольные вопросы
1. Дайте определение понятиям «друза», «щетка», «секреция», «конкреция».
2. Что такое псевдоморфоза? Приведите примеры.
3. Перечислите основные диагностические свойства минералов.
4. Что такое спайность? Приведите пример минерала с весьма совершенной спайностью.
5. Какова твердость кварца по шкале Мооса?
Рекомендуемая литература
1. Добровольский В. В. Геология. - М.: ВЛАДОС, 2001.
2. Музафаров В. Г. Определитель минералов, горных пород и окаменелостей. - М.: НЕДРА, 1979.