Определитель минералов



страница1/23
Дата15.11.2016
Размер3.34 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   23
Р. Юбельт
ОПРЕДЕЛИТЕЛЬ МИНЕРАЛОВ
(Rudolf Jubellt. Mineral Bestimmungsbuch)
Редакция литературы по вопросам геологических наук

© 1976. VEB Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie, Leipzig, Deutsche Demokratische Republik



ОТ РЕДАКЦИИ
Минералы — природные соединения химических эле­ментов — с незапамятных времен вызывали большой ин­терес. Еще в каменном веке такие минералы, как халце­дон, нефрит, обсидиан, помогали человеку добывать пищу и огонь. Звучное латинское слово minera, обра­зующее корень нынешнего слова «минерал», обознача­ло руду — камень, дающий металл. Значение минералов как сырья, используемого для выплавки металлов, со­ставляющих основу промышленного производства, исключительно велико. Многие минералы применяются в качестве огнеупорных, керамических, изоляционных, красящих и других материалов в различных отраслях народного хозяйства. v

Однако человека привлекала и привлекает не толь­ко возможность промышленного использования тех или иных минералов: издавна его изумляла и восхищала красота природного камня. Стойкая, сочная окраска минералов, их удивительная естественная огранка — одно из ярких проявлений гармонии в природе.

В последнее десятилетие во всем мире интерес к природному камню чрезвычайно возрос. Коллекции минералов создаются при учебных заведениях, краевед­ческих музеях, геологических управлениях, на крупных рудниках. Необычайной популярностью пользуется ин­дивидуальное коллекционирование минералов.

В этой связи большой интерес представляет книга доктора естественных наук Р. Юбельта, выдержавшая на родине автора, в ГДР, уже два издания. Основным достоинством этой книги, знакомящей читателя с миром минералов, является сочетание ее небольшого объема с высокой информативностью. Книга состоит из двух ча­стей. В первой автор в доступной пониманию неспециа­листов форме знакомит читателя с основами минерало­гии. Как, в ходе каких геологических процессов обра­зуются минералы? Каковы их физические свойства: кри­сталлическая форма, цвет, блеск, степень прозрачности? Какие из этих свойств наиболее важны для диагностики и какие методы применяются для определения минера­лов? Каков химический состав минералов и какова их внутренняя структура? В книге показано, что именно внутреннее строение минералов обусловливает их внеш­ний облик и физические свойства. Особое внимание уде­лено наиболее сложному для непосвященного читателя разделу — кристаллографии, который написан извест­ным кристаллографом проф. В. Шмицем.

Весьма информативная вводная часть подготавли­вает читателя к восприятию второй части, в которой заключено основное содержание книги. Здесь в алфа­витном порядке —«от А до Я» — описаны 205 минера­лов и кратко охарактеризованы их основные разновид­ности, приведены основные сведения не только о наибо­лее распространенных минералах, таких, как кварц и полевые шпаты, пироксены и амфиболы, или о минера­лах, имеющих большое народнохозяйственное значение, но и о ряде природных образований, редко встречаю­щихся, но ценных с точки зрения коллекционеров, та­ких, например, как крокоит или ильваит.

Пользование книгой как определителем-справочни­ком облегчается четкой рубрикацией описания каждого минерала, а также диагностическими таблицами, дан­ными в приложении к книге.

Следует отметить некоторые особенности книги, обусловленные тем, что авторы адресовали ее в первую очередь немецкому читателю. Так, районы распростра­нения месторождений охарактеризованы в самых общих чертах, и масштабными единицами являются горные хребты, провинции, штаты или страны в целом. Лишь для обоих германских государств (ГДР и ФРГ) и в ряде случаев для их непосредственных соседей —ЧССР, Швейцарии, Австрии, Польши —указаны конкретные районы локализации месторождений и местонахождения минералов. Некоторое несовпадение русской и немецкой научной терминологии заставило в ряде случаев дать подстрочные пояснения. Формулы минералов приведены по автору.

Безусловно, настоящая книга будет интересна и по­лезна минералогам, студентам геологических вузов, специалистам смежных профессий, а также коллекцио­нерам-любителям, тем более что она составляет единое целое с изданной в 1977 г. на русском языке книгой Р. Юбельта и П. Шрайтера «Определитель горных по­род» и как бы продолжает знакомить читателя с мно­гоцветным и увлекательным миром камня.



К ЧИТАТЕЛЯМ
Определитель минералов адресован любителям минералогии и петрографии, а также всем, кто прояв­ляет интерес к этим областям знания. Вместе с тем книга представляет собой карманный справочник по минералогии, позволяющий самостоятельно определять важнейшие и наиболее распространенные минералы (всего около двухсот) по внешним признакам и с по­мощью простейших приемов. Наряду с другими сведе­ниями книга содержит информацию о хозяйственном значении многих минералов, находящих применение в качестве минерального сырья для получения металлов, в химической, керамической и других отраслях промыш­ленности.

Во вводном разделе рассмотрено происхождение минералов и на нескольких примерах (Рудные горы, Гарц) показано, какие закономерности вещественного состава и какие геологические условия определяют ме­стонахождение тех или иных минералов и их групп.

Книга богато иллюстрирована цветными и черно-бе­лыми фотографиями, а также штриховыми рисунками, что облегчает определение, распознавание и поиски ми­нералов.

За основу при описании минералов взят курс мине­ралогии А. Г. Бетехтина [1], пользующийся междуна­родным признанием. Построенная в форме словаря определительная часть книги содержит описания отдельных минералов, названия которых расположены в алфа­витном порядке и даны в соответствии с международ­ной минералогической номенклатурой. Каждое описание включает следующие данные: название и химический состав минерала; свойства минерала — цвет, блеск, про­зрачность, цвет черты, твердость, плотность, излом, спайность, кристаллографическая сингония; форма кри­сталлов или кристаллических выделений; структура кри­сталлической решетки минерала; совместно образую­щиеся (сопутствующие) минералы; минералы, близкие по некоторым признакам (сходные минералы); химиче­ское поведение минерала в пламени паяльной трубки (сокращенно п. тр.) и поведение в кислотах.

Сведения о практическом применении минералов включают данные об их происхождении и месторожде­ниях или местонахождении.

Для облегчения определения минералов по внешним признакам к книге прилагаются три таблицы, в которых приведены главнейшие свойства минералов — цвет, блеск, твердость, цвет черты, спайность и др.

Владельцам этого карманного справочника, желаю­щим глубже вникнуть в науку о минералах, можно ре­комендовать упомянутый выше учебник А. Г. Бетехтина. Другие указания можно извлечь из списка литературы в конце книги.
Р. Юбельт

ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ
Первое издание этого маленького определителя ми­нералов встретило хороший прием и получило положи­тельную оценку. С учетом пожеланий читателей во вто­ром, переработанном издании книги увеличено число описаний минералов и расширен набор диагностических признаков и свойств отдельных минералов (приводятся класс симметрии кристаллов и отношение осей). Луч­шему пониманию зависимости между внешним обликом минералов и внутренним строением их кристаллов спо­собствуют дополнительные пояснения, касающиеся кри­сталлографических свойств минералов. Соответствую­щий раздел составлен д-ром В. Шмицем, которому автор приносит сердечную благодарность за сотрудничество.

Эта небольшая книга, рассчитанная на коллекцио­неров и любителей камня, преследует цель приобщить широкий круг читателей к красоте и многообразию ми­ра минералов. Вместе с тем в ней подчеркнуто значение отечественных минералов как основных компонентов полезных ископаемых и сырья для народного хозяйства. для чего указаны многочисленные области применения минералов в промышленности.

Автор и издательство будут признательны за крити­ческие замечания, направленные на улучшение второго издания книги.
Р. Юбельт
ВВЕДЕНИЕ
В МИНЕРАЛОГИЮ
Минералогия относится к числу наук, занимающих­ся изучением вещества земной коры; это одна из отрас­лей геологических наук. Слово «минерал» происходит от латинского minera, что означает вести горные разработ­ки, заниматься горным делом, т. е. рыть канавы или за­кладывать шахты для добычи минералов и горных по­род, которые в той или иной степени практически ис­пользовались прежде и в гораздо большем объеме находят применение в настоящее время. Ныне под ми­нералами понимают (за немногими исключениями) кристаллические компоненты твердой земной коры, имеющие однородный состав. В настоящее время извест­но около 2000 минеральных видов, установленных с научной достоверностью. Однако в своем большинстве они встречаются редко, и в формировании твердой зем­ной коры принимают существенное участие лишь отно­сительно немногие минералы.

Естественная форма минерала — это кристалл. Лишь некоторые минералы не являются кристаллическими веществами. В физическом смысле они относятся к бес­форменным, или аморфным, телам, как, например, опал — гель кремнезема, имеющий химический состав SiO2xH2O. Наряду с аморфными минералами сущест­вуют также весьма мелкие кристаллические образова­ния, распознаваемые лишь под микроскопом. Они назы­ваются скрытокристаллическими (криптокристалличе-скими); примером образования скрытокристаллического вещества может служить переход геля кремнекислоты (опала) вследствие потери воды в минерал халцедон.

Под названием «рудные минералы» понимают мине­ралы, из которых можно получать металлы, например золото, платину, серебро, медь, железо, хром, никель» марганец, цинк, свинец, сурьму, алюминий и др.

Начало образования минералов относится ко време­ни возникновения твердой земной коры, т. е. 4—5 млрд. лет назад. В процессе охлаждения раскаленного веще­ства Земли кристаллизовались первые породообразую­щие минералы. Тонкая вначале земная кора станови­лась в ходе длительного развития Земли все толще. Ее средняя мощность составляет ныне около 40 км. Неод­нородная в химическом и физическом отношении Земля состоит из ряда земных оболочек (сфер), о веществен­ном (химическом) составе которых мнения ученых до сих пор расходятся.

В самом общем виде принимается, что Земля состоит из трех оболочек, резко различающихся между собой по вещественному составу и физическим свойствам, при­чем внешняя оболочка, или литосфера, в свою очередь характеризуется дифференцированным многослойным строением. Разграничение оболочек производится на основании результатов геофизических (сейсмических) и геохимических исследований.

Минералообразующие процессы определяются хи­мическим составом земной коры и характером распре­деления в ней элементов. К области земной коры, со­стоящей из сиаля (гранитного слоя), сиальмы (переход­ного слоя) и симы [перидотит-габбрового(базальтово­го) слоя], относятся атмосфера (газовая оболочка), гидросфера (океаны, свободная вода, снег и лед) и био­сфера (органические вещества, а также минеральные вещества панцирей и скелетов животных).



Из 102 химических соединений, составляющих пери­одическую систему элементов, лишь немногие широко­распространены в земной коре. Как следует из диаграм­мы рис. 2 (по А. Г. Бетехтину), самыми распространен­ными элементами являются кислород (О), кремний (Si), алюминий (А1), железо (Fe), кальций (Са), нат­рий (Na), калий (К), магний (Mg), водород (Н), титан (Ti), углерод (С) я хлор (С1). На долю всех остальных элементов приходится лишь несколько десятых массово­го процента. Большинство элементов земной коры вхо­дит в состав химических соединений. Самородные эле­менты, например платина, золото, серебро, мышьяк, се­ра, встречаются редко.
ГЕОХИМИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ (MASON, I958)


Атмосфильные (атмосфера)

Гидрофильные (гидросфера)

Лнтофильиые (земная кора + верхняя мантия)

Халькофильные (нижняя мантия)

Сндерофилыше (ядро Земли)

N, О, С (в форме СО,)

Н и О (в форме Н20)

Li, Na, К, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, B, Al, Sc, Y

Cu, Ag, Zn, Cd, Hg, Ga, In, Tl

Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au, Re, Mo. Ga, Sn

Н (Н8О в виде па­ра)

С (в форме СОа в растворе)

Редкие земли (С), Si, Ti, Zr, Hf, Th

(Ge), (Sn), Pb As, Sb, Bi



Благородные газы

(О), (N), щелочи

(P), V, Nb, Та

S, Se, Те

C, P



Са, Mg, галогены, бор

О, Cr, W, U (H), F, Cl. Br, J (Tl), (Ga), (Ge) (Fe), Mn

(Fe), (Mo), (Cr)

(Pb), (As), (W)




Риc. 1, Зональное строение Земли и физические свойства вещества зон.

1 — плотность и давление; 2 — скорость распространения сейсмических волн (Vt — скорость поперечной волны, V1 — скорость продольной волны) и температура; 3 — сектор Земли.


Химическое и геохимическое своеобразие земной коры обусловливает предпочтительное образование тех или иных соединений. Частота вхождения химических элементов в состав минералов в целом соответствует их распространенности в земной коре.

Многообразие строения и размеров атомов (атом­ный радиус, катионный и анионный радиусы при раз­ной валентности элементов) обусловливает многочис­ленность минеральных видов.

Мир минералов литосферы и атмосферы системати­зирован в химическом отношении и расчленен на осно­вании данных о тонкой атомной структуре на более дробные подразделения. В 1965 г. X. Штрунц разделил минералы на кристаллохимической основе на восемь классов.

I класс: элементы (а также природные сплавы, кар­биды, нитриды, фосфиды), например серебро, золото, ртуть, мышьяк, сурьма, висмут, графит, алмаз, сера, селен, теллур и др.

II класс: сульфиды (а также селениды, теллуриды, арсениды, антимониды, бисмутиды), например пентландит, сфалерит, халькопирит, галенит, ковеллин, пирит, молибденит, прустит, борнит, реальгар, аурипегмент и др.
ВАЖНЕЙШИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЗЕМНОЙ КОРЫ

Элемент

Мас., %

Число

известных минералов



Кислород, О

49,13

1221

Кремний, Si

26,00

377

Алюминий, AI

7,45

268

Натрий, Na

2,40

100

Магний, Mg

2,35

105

Кальций, Са

3,25

194

Железо, Fe

4,20

170

Калий, К

2,35

43

Водород, Н

1,00

798

Углерод, С

0,35

194

Титан, Ti

0,61

30

Хлор, С1

0,20

67

Фтор, F

0,08

50

III класс: галогениды, например галит, сильвин, кар­наллит, криолит и др.



IV класс: окислы, гидроокислы, например лед, куп­рит, шпинель, магнетит, хромит, гематит, корунд, кварц, ильменит, вольфрамит1, гидраргиллит, диаспор, гётит и др. [Вольфрамит чаще описывается вместе с другими вольфрама-тами, т. е. в VI классе.]

V класс: нитраты, карбонаты, бораты, например ка­лиевая селитра, кальцит, магнезит, сидерит, доломит, арагонит, церуссит, азурит, малахит, людвигит, борацит и др.

VI класс: сульфаты (а также теллураты, хроматы, молибдаты, вольфраматы), например ангидрит, гипс, барит, кизерит, полигалит, каинит, крокоит, вульфенит.

VII класс: фосфаты, арсенаты, ванадаты, например монацит, лазулит, вивианит, вавеллит, бирюза, апатит и др.

VIII класс: силикаты, например силикаты с изолиро­ванными тетраэдрами [SiO4]4~ (незосиликаты, ортоси-ликаты)—оливин, топаз, дистен, андалузит, силлима­нит, ставролит, гранат, аксинит и др.; с изолированными группами [Si2O7]e~ (соросиликаты)—эпидот, цоизит; с кольцевыми анионными радикалами (циклосиликаты) — берилл, кордиерит, турмалин и др.; с бесконечными цепочками тетраэдров [SiO4]4~ (шюсиликаты)—пи-роксены, амфиболы, родонит и др.; с бесконечными слоями тетраэдров [SiO4]4~ (филлосиликаты)—тальк, мусковит, биотит, циннвальдит, хлориты, каолинит и др.; с бесконечными трехмерными каркасами тетраэд­ров [(SiAl)O4] (тектооиликаты) —полевые шпаты, лей­цит, анальцим, нефелин, цеолиты и др.

Каждый минерал имеет определенный химический состав, находящий свое выражение в химической фор­муле. Последняя содержит в виде сокращенных симво­лов названия входящих в состав соединения элементов, таких, как железо (Fe), марганец (Мп), никель (Ni), сера (S), кремний (Si), кислород (О), водород (Н), уг­лерод (С), кальций (Са), натрий (Na), хлор (С1) и т. д.


Рис. 2. Диаграмма, на которой показано распространение важнейших элементов в земной коре (литосфера-т-гидросфера+ + атмосфера) (в мае. %).
По обеим сторонам диаграммы показано содержание «ажнейших металле* (черные столбики).


Структурная формула отражает строение минерала. Соединение NaCl (каменная соль) состоит из одного атома натрия и одного атома хлора. При этом 23 массо­вые части натрия связаны с 25 массовыми частями хло­ра. Пирит, FeS2, состоит из одного атома железа и двух атомов серы, т. е. в нем 56 массовых частей железа свя­заны с (32-2) массовыми частями серы.

Вычисление содержаний тех или иных компонентов в минералах часто производится в массовых процентах. Для наглядности приведем простой пример. Минерал сидерит (железный шпат), FeCO2, имеет следующий состав:



Элемент

Атомная масса

Содержание железа

Железо, Fe

55,85

55,85:15,86 =

Углерод, С Кислород, Оз

12,01 48,00

= 48,2 мас.% Fe

115,86

Чтобы в более наглядной форме представить хими­ческие взаимоотношения в минералах сложного состава, формулы в минералогии записывают несколько иначе. Калиевый полевой шпат (ортоклаз) имеет, например, химическую (структурную) формулу KAlSi3O8; если же выразить состав этого минерала в виде окислов, то его формула примет вид К2О-Аl2О3-6SiO2. Минерал состо­ит из


64,8 мас. %

SiO2

(двуокись кремния),

18,3 мас. %

А1203

(окись алюминия),

16,9 мас. %

КаО

(окись калия).


ОБРАЗОВАНИЕ

И ОБЛИК МИНЕРАЛОВ

И КРИСТАЛЛОВ
Изучение облика минералов, т. е кристалломорфо-логия, составляет один из существенных разделов мине­ралогии. Минералогам, петрографам и исследователям месторождений, словом, каждому, кто занят изучением минерального мира, кристаллография — учение о кри­сталлах— необходима для диагностики минералов и их агрегатов. Подчас минералы встречаются в природе в виде правильных кристаллов, выросших в пустотах, но гораздо чаще в виде сплошных зернистых или плотных образований (рис. 3). Минералы, кристаллизовавшиеся в условиях земной коры, образованы по определенным законам. Их кристаллографическая форма зависит от химического состава, а также от физических условий образования — давления и температуры.

По своим размерам природные кристаллы могут быть самыми разными: от микроскопических до весьма крупных вплоть до нескольких метров длиной и в попе­речном сечении. Внешний облик кристаллов зависит от того, насколько спокойно происходил их рост. Большин­ство кристаллов в природе растут медленно — тысячи и миллионы лет. Однако некоторые кристаллы растут очень быстро, например кристаллы легко растворимых солей, иногда сублимационных минералов (сера, таблич­ки гематита) в кратерах действующих вулканов.

Вообще говоря, кристаллы образуются в тех случаях, когда какое-либо вещество переходит из жидкого или газообразного состояния в твердое. Рост кристалла на­чинается с образования зародышей и скелетных форм. При длительном, равномерном, беспрепятственном по­ступлении вещества со всех сторон возникают нормаль­ные кристаллические формы, что, однако, едва ли является правилом. В большинстве случаев кристаллы стеснены в своем росте соседними телами (соседними кристаллами). Это приводит к образованию несовершен­ных кристаллов с искаженными гранями, так как по­ступление растворов, питающих кристалл, происходит с разных сторон неравномерно.

Признаками хорошо образованных форм монокри­сталла являются ровные, блестящие грани, отсутствие входящих углов (только двойниковые сростки имеют разнообразные входящие углы). Часто грани кристал­лов бывают шероховатыми, с притупленными ребрами, а сами ребра закругленными. Подобные особенности следует относить за счет процессов растворения, когда на кристалл воздействовали активные растворы.

Многочисленные физические и химические свойства выкристаллизовавшихся минералов, такие, например, как характер роста кристаллов, форма кристаллов, твер­дость, спайность, растворимость и т. д., зависят от хи­мического состава кристаллов, от их упорядоченного атомного или молекулярного строения. Изучением этих вопросов заняты специалисты одного из наиболее важ­ных направлений исследований в кристаллографии. На­пример, кристалл каменной соли — хлорида натрия (NaCl), состоит из атомов натрия и хлора. По углам ку­бической элементарной ячейки NaCl располагаются, чередуясь, атомы натрия и хлора (табл. 1). Эти «кирпи­чики» расположены в пространстве закономерно. В це­лом подобная конструкция называется кристаллической решеткой. Каменная соль образует кубические кристал­лы и спайные выколки по кубу именно вследствие своей характерной структуры.

В соответствии с химическим и кристаллографиче­ским многообразием в минеральном мире существует некоторое количество структурных типов кристалличе­ских решеток, иногда построенных просто, но чаще имеющих весьма сложное строение. Исследования атом­ного строения кристаллических решеток, успешно про­водимые с помощью рентгенографии, включают изуче­ние химии минералов и некоторых аспектов атомной физики.

Можно привести следующие примеры отдельных ти­пов кристаллических структур: кубическая гранецентрированная решетка самородной меди, построенная из атомов меди, кубическая решетка галита (каменной соли), построенная из как бы вложенных друг в друга кубиче­ских гранецентрированных решеток из ионов Na+ или Сl-, кубическая решетка флюорита, слоистая решетка молибденита, гексагональная и тригональная решетки кварца, тригональная решетка кальцита.



  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   23


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница