Что положено в основу классификации минералов в геологии

Обновлено: 18.05.2024

В природе минералы образуют закономерные скопления — горные породы. Отметим в начале темы, что в названиях минералов и мономинеральных пород возможно как совпадение, так и несов­падение, например, порода гипс состоит из минерала гипса, порода известняк состоит из кальцита. Минералы принято классифициро­вать по химическому составу и типу кристаллической решетки. Рассмотрим основные классы.

Силикаты

Силикаты — наиболее распространенные в природе минералы. Они занимают 85% земной коры, на них приходится примерно третья часть известных минералов. Они представляют собой либо чистые силикаты, либо алюмосиликаты и в зависимости от крис­таллической решетки делятся на шесть видов — каркасные, сло­евые, ленточные, цепочечные, островные и кольцевые. Эти на­звания хорошо отражают тип кристаллической решетки, а также зачастую внешний облик минералов. Основой структуры силикатов является кремнекислородный тетраэдр — равносторонняя пира­мида, имеющая четыре вершины.

В центре кремнекислородного тэтраэдра располагается атом Si, а в вершинах — атомы кислорода, в итоге получаются радикалы [Si0₄] 4- , которые могут по-разному сочетаться друг с другом.

Каркасные силикаты образуют в основном крупные кристаллы изометричной формы, т.е. с примерно с одинаковым размером по всем трем направлениям. Островные силикаты дают мелкие кристаллы в зернистых массах, слоевые — плоские, листоватые кристаллы, цепочечные и ленточные — удлиненные кристаллы часто с игольчатым изломом. Названные закономерности выполняются в большинстве случаев, но не всегда. Важное свойство силикатов — превращение в глинистые минералы (тоже силикаты) при хими­ческом выветривании.

Кремнекислородные тетраэдры и примеры их соединений

а — отдельный тетраэдр [Si0₄] 4- (по одной отрицательной валентности ионы кисло­рода расходуют на связь с ионом Si 4+ , по одной остается свободной); б — схема­тично тетраэдр изображают в виде звезды (черным кружком показан ион Si 4+ , белыми — ионы О 2- ); в — четыре тетраэдра, собранные в кольцо; г — цепочка тет­раэдров

Полевые шпаты — каркасные силикаты с крупными изомет- ричными кристаллами. Разновидности — ортоклаз, микроклин, адуляр, санидин, амазонит, плагиоклазы (альбит, олигоклаз, анде­зин, лабрадор, битовнит, анортит). Это наиболее распространенные в земной коре минералы, главная составная часть магматических и метаморфических пород. В качестве примера приведем формулу альбита: Na[AlSi ₃ 0₈].

Нефелин — Na ₃ K[AlSiO ₄]₄ — каркасный силикат, образующий мелкие призматические кристаллы и сплошные сливные массы с жирным блеском. Бесцветный, серый, красноватый. Породообра­зующий минерал магматических пород с повышенным содержа­нием натрия.

Оливин (Mg,Fe) ₂ [SiO₄] — островной силикат. Распространен в виде мелкокристаллических масс, реже в виде небольших крис­таллов, вкрапленных в породу. Цвет от черного до желто-зеленого.

П ородообразующий минерал основных и ультраосновных магмати­ческих пород.

Пироксен имеет много разновидностей — цепочечные силикаты. Чаще других встречаются авгит и диопсид. Цвет черный, темно­зеленый. Кристаллы короткопризматические, агрегаты сплошные, зернистые. Породообразующие минералы основных и ультра­основных магматических пород. Пример формулы авгита: Ca(Mg, Fe,Ti,Al)[(Si,Al) ₂ O₆].

Роговая обманка NaCa ₂ (Mg,Fe) ₄ (Al,Fe)( 0 H,F) ₂ [Al ₂ Si ₆0₂₂ ] — лен­точный силикат. Цвет от темно-зеленого до черного. Характерен игольчатый излом и шелковистый блеск. Породообразующий ми­нерал метаморфических и магматических пород (от кислых до ос­новных).

Слюды — слоевые силикаты. Разновидности — биотит, мусковит, серицит и еще около десяти минералов, которые встречаются зна­чительно реже. Составная часть многих магматических и метамор­фических пород, в которых обычно составляет несколько про­центов. В виде мелких частиц может присутствовать в песчано-гли­нистых породах. При выветривании превращаются в глинистые минералы. Пример формулы биотита: K(Mg,Fe) ₃ (OH,F) ₂ [AlSi ₃ O₁₀].

Окислы и гидроокислы

К этой группе минералов относятся кварц, опал, халцедон, лимонит.

Кварц SiO ₂ — наиболее распространенный на поверхности земли минерал, представленный в виде песков, песчаников или песчаной и пылеватой фракции в глинистых породах. Изначально имеет маг­матическое или метаморфическое происхождение, присутствует во многих разновидностях данных пород в виде отдельных зерен, кристаллических масс, кварцевых жил. Способен давать красивые удлиненные кристаллы-шестигранники, а также полудрагоценные камни — горный хрусталь, розовый и сиреневый аметист, черный морион, желтый цитрин, дымчатый и молочный раухтопаз, аван­тюрин с блестками.

Опал (Si0 ₂ * nН ₂O ) и халцедон (SiO₂) — аморфные окислы и гид­роокислы кремния. Слагаемые породы — кремень, опока, трепел, диатомит, яшмы.

Лимонит, гётит, гидрогётит (Fe ₂ O ₃ • nН ₂ O) — природные окислы и гидроокислы (из-за наличия или отсутствия молекул воды) железа. Слагаемая порода — бурый железняк, встречается до­вольно редко. В древней Руси использовался для получения первых железных изделий, назывался болотным железом. В настоящее время в качестве сырья не используется в связи с наличием более насы­щенных железом руд — гематитов, магнетитов и джеспилитов.

Лимонит широко распространен как примесь, в рассеянном виде, в осадочных породах, залегающих на поверхности — в торфах, в карбонатных и глинистых породах, в песках. Суммарное содер­жание минерала небольшое — до нескольких процентов, но при­сутствие практически повсеместное. Придает песчано-глинистым породам характерный землистый цвет. Присутствие рассеянного лимонита обычно приводит к повышенному содержанию ионов железа Fe 2+ , Fe 3+ в окружающих природных водах.

Карбонаты — соли угольной кислоты. Известно около 80 мине­ралов. Распространенных минералов два — кальцит (СаСO₃) и до­ломит (Ca,Mg(CO₃)). Эти минералы слагают морские осадочные породы — известняки, доломиты, мергель, мел, а также мрамор, образующийся из пород-карбонатов при метаморфизации.

Кроме того, кальцит может присутствовать в качестве примеси в глинистых породах. В лёссах его содержание достигает 25%.

Сульфаты

Сульфаты — соли серной кислоты. Распространенных минералов два — гипс (CaSO ₄ • 2Н ₂ O) и безводный гипс — ангидрит (CaSO₄). Эти минералы образуют две породы с такими же названиями, как и минералы — гипс и ангидрит. Гипс может присутствовать как при­месь в глинистых породах. В этом случае глины называют загипсо­ванными. С присутствием сульфатных минералов неизбежно связано повышенное присутствие ионов SO 2- , Са 2+ и Mg 2+ в окружающих природных водах, особенно в подземных водах.

Фосфаты

Фосфаты — соли фосфорной кислоты. Распространенных мине­ралов два — фосфорит и апатит (Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ (F,Cl,OH). Минералы обладают примерно одинаковым составом, но фосфорит имеет оса­дочное, а апатит магматическое происхождение. Минерал фосфо­рит может образовывать породу фосфорит и присутствовать в каче­стве небольших прослоев в глинистых породах.

Самородные элементы

Все минералы этого класса довольно редки. Металлы — золото (Аи), серебро (Ag), платина (Pt), медь (Сu). Самородный углерод — графит и алмаз (С), самородная сера (S).

Сульфиды — соединения серы, преимущественно с металлами. Многие представляют собой полезные ископаемые — сырье для производства цветных металлов — CuS, Cu ₂ S, (Fe,Ni) ₉ S₈, ZnS, PbS, HgS, C O₃ S ₄ и др. При извлечении ценных металлов в проблему пре­вращается удаление серы, которая просто выжигается и выбрасы­вается в заводскую трубу в виде ангидридов SO ₂ и SO₃. Попутное производство серной кислоты не практикуется.

Пирит (FeS₂) — единственный среди сульфидов широко распро­страненный минерал. Встречается в качестве примеси в различных породах, в том числе в глинистых.

Галоиды (галогениды)

Галоиды (галогениды) — хлористые, фтористые, йодистые и бро­мистые соединения. Самый распространенный минерал — галит (NaCl), образующий всем известную породу — каменную соль. Сильвин (КСl) — калийная соль.

Минералы других химических классов относятся преимуще­ственно к надклассу солей кислородных кислот — вольфраматы , молибденаты , ниобаты , арсенаты , хроматы , марганаты , пермарганаты , встречаются значительно реже.

Минералогия [позднелатинское minera — руда) — наука о минералах, одна из древнейших отраслей геологических знаний. Зародилась еще в каменном веке, когда люди научились отличать и отыскивать камни, пригодные для выделки оружия и утвари — нефрит, кремень и др. Первые попытки классификации минералов имеются у Аристотеля.

Развитие минералогии тесно связано с развитием горного дела. Минералогические исследования опираются на химию, кристаллографию, физику и геологию.

В России крупнейшие успехи минералогии связаны с именами Ломоносова, Севергина, Кокшарова, Еремеева, Федорова и др., выполнивших огромную работу по изучению м-лов нашей страны, а также и в области общих вопросов минералогии. Так, например, академиком Севергиным еще в 1798 г. были опубликованы первая сводка по минералогии и сведения о минералах и полезных ископаемых России - “Первые основания минералогии или естественной истории ископаемых тел”. Большое значение в области теоретической мысли и для накопления новых фактов имели идеи Вернадского, заложившего основы минералогии как “химии земной коры”. Из зарубежных минералогов XVIII—XIX вв. наибольший вклад в минералогию сделали Чермак, Грот, Дана и др.

В современном виде минералогия оформилась в конце XIX — начале XX в. Это связано с двумя событиями:

1. с открытием в химии Менделеевым периодического закона,
2. с применением рентгеноструктурного метода в кристаллографии, ставшим возможным благодаря предшествующей работе ряда кристаллографов, особенно Федорова, разработавшего полную теорию правильных систем точек и впервые показавшего всю важность связи между свойствами кристаллов и их структурой.

С бурным ростом промышленности и науки в советский период связаны также большие успехи минералогии, региональной и теоретической. Вернадский, Ферсман, С. Смирнов, Болдырев, Лодочников, Заварицкий, Коржинский, Белянкин, Бетехтин, Д. Григорьев и многие др. сделали существенный вклад в минералогию. (Н. М. Успенский)

Разделы нашего минералогического портала:

• Классификации минералов
• Порталы по минералогии
• Лечебные и магические свойства минералов
• Научные центры и общества минералогов
• I. Группы минералов по их образованию (всего - 320):
  (40) (41) (27) (самороды, сульфиды, оксиды - 100) (112)
  ( 62) (55) (36) (40) (39)

  Структура описания минералов:

  • История применения минерала
    • Происхождение и варианты названия
    • Из истории
    • Известные камни
    • Химический состав
    • Характеристика кристалла
    • Тип и разновидности
    • Физические свойства
    • Химические свойства
    • Особенности образования
    • Месторождения
    • Лечебное назначение минерала
    • Мистические свойства минерала
    • Зодиакальное соответствие минерала

    Для быстрого поиска минералов предназначен их алфавитный список вверху страницы.

    Классификации минералов

    Все природные образования, составляющие предмет минералогии, также как и все искусственные вещества в химии, необходимо делить прежде всего на две большие самостоятельные группы:

    1. неорганические минералы, к которым, кроме редко встречающихся самородных элементов, относятся природные соединения (за исключением органических) всех элементов;
    2. органические минералы, представленные разнообразнейшими соединениями углерода (исключение составляют лишь карбонаты и карбиды, относимые к неорганическим соединениям [а, может быть, они всё-таки органические?]).

    Более подробной общепринятой классификации минералов нет. Но есть рвзные способы их группировки, например, по образованию или назначению (приведены на сайте). Тем не менее, объективно, такая классификация должна основываться, прежде всего, на химическом составе минералов с учетом их кристаллической решетки и связанными с этим свойствами.

    Сетевые ресурсы с классификациями минералов

    Сетевые источники по минералосистематике:

    Кристаллохимические классификации минералов

    Хотя химический состав служил основой классификации минералов с середины 19 в., минералоги не всегда придерживались единого мнения о том, каким должен быть порядок расположения в ней минералов. Согласно одному из методов построения классификации, минералы группировали по одинаковому главному металлу или катиону. При этом минералы железа попадали в одну группу, минералы свинца – в другую, минералы цинка – в третью и т.д.

    Однако по мере развития науки выяснилось, что минералы, содержащие один и тот же неметалл (анион или анионную группу), имеют сходные свойства и похожи между собой гораздо больше, чем минералы с общим металлом. К тому же минералы с общим анионом встречаются в одинаковой геологической обстановке и имеют близкое происхождение. В результате в современной систематике минералы объединяются в классы по признаку общего аниона или анионной группы. Единственное исключение составляют самородные элементы, которые встречаются в природе сами по себе, не образуя соединений с другими элементами.

    Таким образом, в основе современной классификации минералов лежат химические и структурные признаки. Все известные минералы группируются в несколько классов, главнейшими из которых являются:

    1. самородные элементы и интерметаллические соединения,
    2. сульфиды и их аналоги,
    3. галогениды,
    4. оксиды и гидроксиды,
    5. соли кислородных кислот (карбонаты, сульфаты, фосфаты, силикаты, вольфраматы).

    В пределах классов минералов выделяют подклассы, а внутри последних - группы.

    Классификация Бетехтина

    А. Г. Бетехтин в своём "Курсе минералогии" также считает, что rлассификация минералов должна быть кристаллохимической и основываться на данных изучения взаимосвязи всех свойств природных химических соединений с их химическим составом и кристаллической структурой.

    Для неорганических минералов Бетехтин предлагает такую классификацию:

    • Раздел I. Самородные элементы и интерметаллические соединения.
    • Раздел II. Карбиды, нитриды и фосфиды.
    • Раздел III. Сульфиды, сульфосоли и им подобные соединения.
      • Класс 1. Простые и двойные сернистые и им подобные соединения (селениды, теллуриды, арсениды и др.).
      • Класс 2. Сульфосоли.
      • Класс 1. Фториды и алюмофториды.
      • Класс 2. Хлориды, бромиды и иодиды.
      • Класс 1. Простые и сложные окислы.
      • Класс 2. Гидроокислы (гидроксиды).
      • Класс 1. Иодаты.
      • Класс 2. Нитраты.
      • Класс 3. Карбонаты.
      • Класс 4. Сульфаты и селенаты.
      • Класс 5. Хроматы.
      • Класс 6. Молибдаты и вольфраматы.
      • Класс 7. Фосфаты, арсенаты и ванадаты.
      • Класс 8. Арсениты, селениты и теллуриты.
      • Класс 9. Бораты.
      • Класс 10. Силикаты и алюмосиликаты (бериллосиликаты, боросиликаты).
        • А. Силикаты с изолированными тетраэдрами аниона SiO₄.
        • Б. Силикаты с изолированными группами тетраэдров SiO₄.
        • В. Силикаты с непрерывными цепочками и лентами тетраэдров SiO₄.
        • Г. Силикаты с непрерывными слоями тетраэдров SiO₄.
        • Д. Силикаты с непрерывными трехмерными каркасами тетраэдров SiO₄ и АlО₄.

        Из них наиболее широко распространены минералы, принадлежащие к классам а) самородных элементов, б) сульфидов, в) галоидных соединений, г) оксидов и гидроксидов, д) карбонатов, е) сульфатов, ж) фосфатов и з) силикатов. [Здесь нет только вольфраматы - они, видимо, самые редкие.]

        Что касается органических минералов, то к ним относятся встречающиеся в природе твёрдые тела, возникшие благодаря жизни и деятельности живых организмов. Поэтому их не всегда относят к минералам. Представлена группа такими минералами, как янтарь, гагат, жемчуг, вевеллит.

        Принципы классификации. За последние пять-шесть десятилетий почти все главные руководства по минералогии строились по схемам химической классификации минералов. В основе всех вариантов этой классификации (В. И. Вернадского, Дж. Дэна, П. Грота, А. К. Болдырева, Х. Штрунца и др.) в той или иной форме лежит периодический закон химических элементов, открытый Д. И. Менделеевым.

        Этим объясняется то, что основное деление всех минералов на классы по типам химических соединений за небольшими изменениями прочно укоренилось в современной систематике минералов. Однако подразделения внутри классов на подклассы и группы минералов в связи с величайшими достижениями в области изучения строения кристаллических веществ, особенно за последние 70–80 лет, претерпели весьма существенные изменения.

        Рентгеноструктурные исследования кристаллов, основанные на выводе Е. С. Федоровым 230 пространственных групп, доказали взаимосвязь между химическим составом и кристаллическим строением вещества, что позволило уточнить химические формулы многих сложных соединений. Этим путем удалось совершенно определенно выяснить, что такие соединения, как минералы группы шпинели, большинство титанатов и ниобо-танталатов, выделявшиеся ранее в виде самостоятельных классов, представляют не что иное, как сложные окислы. Коренным образом изменились наши представления и о химической природе силикатов, в кристаллических структурах которых раскрыты самые различные по форме и строению комплексные анионы.

        Не менее существенным для нас следствием этих достижений является установление функциональной зависимости от особенностей кристалличе­ского строения не только внешних форм кристаллов, но и таких свойств, как оптические, электрические, механические (твердость, спайность, упругость) и пр. Оказалось, что все эти свойства минералов обусловлены как пространственным расположением структурных единиц (ионов, атомов или молекул) при определенных соотношениях их размеров, так и природой связи между ними и свойствами самих ионов или атомов, определяемыми положением их в таблице химических элементов Менделеева, а следовательно, и их строением.

        В течение XX в. минералогия прошла большой путь в своем развитии, претерпев постепенное превращение из науки чисто описательной в науку аналитическую, способную обнаруживать связь между фактами и давать им объяснение. Одним из важнейших инструментов естествознания и необходимым условием для понимания закономерностей в устройстве природы, частью которой является царство минералов, служит систематика, имеющая своей задачей распределить объекты науки по классам и другим таксонам (подразделениям) с учетом естественных связей и различий. Взамен устаревших классификаций, основанных на сопоставлении свойств минералов, появлялись классификации, учитывающие химический состав, а в последнее время все более принимаются во внимание особенности конституции минерала в целом. Давно уже стало немыслимым понимание свойств минералов без увязки с химическим составом и разбора кристаллических структур. И наоборот, как показал В. С. Соболев, в тех случаях, когда мы еще не знаем кристаллической структуры минерала, мы можем по физическим и химическим свойствам судить о принадлежности его к тому или иному структурному типу соединений, обладающих общими свойствами.

        Таким образом, классификация минералов должна быть кристаллохимической и основываться на данных изучения взаимосвязи всех свойств природных химических соединений с их химическим составом и кристаллической структурой.

        При разработке классификации минералов, принятой в данном учебнике, были учтены следующие главные положения.

        Все природные образования, составляющие предмет минералогии, так же как и все искусственные вещества в химии, необходимо делить прежде всего на две большие самостоятельные группы:

        1) неорганические минералы , к которым, кроме редко встречающихся самородных элементов, относятся природные соединения (за исключением органических) всех элементов;

        2) органические минералы , представленные разнообразнейшими соединениями углерода (исключение составляют лишь карбонаты и карбиды, относимые к неорганическим соединениям).

        Органические соединения, как известно, весьма существенно отличаются от неорганических не только по химическим свойствам, но и по кристаллическому строению и природе связей между структурными единицами. Степень изученности этих групп минералов крайне неодинакова. В то время как наши знания по неорганическим минералам в настоящее время далеко продвинулись вперед, минералогия органических соединений находится еще в самой начальной стадии развития.

        Если 70 лет назад такие природные вещества, как торф, бурые и каменные угли, смолы и нефти, рассматривались еще как самостоятельные минералы, то теперь в результате исследований, в частности, твердых органических веществ с применением новейших методик, стало совершенно ясно, что они представляют собой далеко не однородные по составу массы, состоящие из различных органических веществ и минералов, истинную природу которых начали изучать в самое последнее время.

        Классификация неорганических минералов построена на следующих принципах. Так как минералы являются кристаллическими продуктами естественных химических реакций, то для наших целей наиболее рациональной должна быть систематизация их по химическому составу и кристаллической структуре. Именно с этими признаками связаны те важнейшие химические и физические свойства, по которым мы распознаем минералы и условия их образования.

        Все минералы неорганической природы с химической точки зрения разбивают прежде всего на большие группы, отличающиеся друг от друга по типу химического соединения и типу химических связей между структурными единицами. Первоначальное разбиение соединений на наиболее крупные разделы целесообразно проводить по анионам , так как их число по сравнению с катионами относительно невелико.

        Особое положение при этом занимают самородные элементы ( простые вещества ), представленные главным образом металлами с характерной для них металлической связью между атомами. К ним же должны быть отнесены и интерметаллические соединения, представляющие собой природные аналоги сплавов.

        Самостоятельный раздел составляют сернистые и им подобные соединения, по ряду свойств занимающие промежуточное положение между типичными металлами и соединениями с ионной связью; при этом в большинстве сульфидов существенную роль играет также ковалентная составляющая химической связи. К этому же разделу условно присоединим так называемые сульфосоли , имеющие к сульфидам такое же отношение, какое кислородные соли имеют к окислам.

        Характерный тип химических соединений, но уже с типичной ионной связью представляют галогениды , или галоидные соли , т. е. соединения металлов с фтором, хлором, бромом и йодом.

        К следующему разделу должны быть отнесены окислы и гидроокислы (простые и сложные соединения металлов с кислородом или гидроксилом).

        Наконец, чрезвычайно многочисленную группу минералов составляют соли кислородных кислот , т. е. соединения катионов металлов с различными комплексными анионами, содержащими кислород.

        В ряде указанных разделов необходимо проводить дальнейшее подразделение минералов по типам анионов на классы и подклассы . Внутри послед­них в определенном порядке выделяются группы минералов по признакам сходства кристаллических структур и химических особенностей минералов, обусловливаемых главным образом катионами, входящими в их состав.

        Таким образом, общая классификация неорганических минералов в схеме может быть представлена в следующем виде (без деления на группы).

        Раздел I. Самородные элементы и интерметаллические соединения.

        Раздел II. Карбиды, нитриды и фосфиды 1 .

        Раздел III. Сульфиды, сульфосоли и им подобные соединения.

        Класс 1. Простые и двойные сернистые и им подобные соединения (селениды, теллуриды, арсениды и др.).

        Класс 2. Сульфосоли.

        Раздел IV. Галоидные соединения (галогениды) и галогеносоли.

        Класс 1. Фториды и алюмофториды.

        Класс 2. Хлориды, бромиды и иодиды.

        Раздел V. Окислы (оксиды).

        Класс 1. Простые и сложные окислы.

        Класс 2. Гидроокислы (гидроксиды).

        Раздел VI. Кислородные соли.

        Класс 2. Нитраты.

        Класс 3. Карбонаты.

        Класс 4. Сульфаты и селенаты.

        Класс 5. Хроматы.

        Класс 6. Молибдаты и вольфраматы.

        Класс 7. Фосфаты, арсенаты и ванадаты.

        Класс 8. Арсениты, селениты и теллуриты 3 .

        Класс 10. Силикаты и алюмосиликаты (бериллосиликаты, боросиликаты).

        А. Силикаты с изолированными тетраэдрами аниона SiO 4 .

        Б. Силикаты с изолированными группами тетраэдров SiO 4 .

        В. Силикаты с непрерывными цепочками и лентами тетраэдров SiO 4 .

        Г. Силикаты с непрерывными слоями тетраэдров SiO 4 .

        Д. Силикаты с непрерывными трехмерными каркасами тетраэдров SiO 4 и АlО 4 .

        При описании минералов характеристику зависимости главнейших свойств минералов от состава и кристаллической структуры, во избежание многократных повторений, приведем во введениях к каждому разделу, классу, подклассу и группе, поскольку эта общность связей в минералах является основой для объединения их при группировке. При описании отдельных минералов добавим лишь дополнительные характеристики их свойств, обусловленных специфическими особенностями строения и состава.

        Минеральные виды и разновидности. Основной классификационной единицей при систематике природных химических соединений является минеральный вид, обладающий химическим составом, изменяющимся в определенном интервале, и однотипной кристаллической структурой. Правила выделения и наименования видов в минералогической систематике составляют так называемую номенклатуру минералов . Учитывая непостоянство химического состава реальных минералов, становится ясно, что понятие минерального вида является необходимой абстракцией, позволяющей отнести любые конкретные индивиды минералов к определенным классификационным единицам.

        Явление полиморфизма приводит к существованию минералов одинакового состава с существенно различными кристаллическими структурами. С этой точки зрения полиморфные модификации одного и того же кристаллического вещества представляют собой самостоятельные минеральные виды (графит и алмаз, α -сера и β -сера и др.).

        В тех случаях когда два изоструктурных вещества образуют друг с другом непрерывный ряд твердых растворов (например, Аu — Ag, MnWO 4 — FeWO 4 , Na[AlSi 3 O 8 ] — Ca[Al 2 Si 2 O 8 ] и др.), с физико-химической точки зрения мы имеем одну фазу. Однако в практике минералогии во многих случаях укоренилось несколько названий не только для крайних, но и для промежуточных по составу членов изоморфного ряда (например: золото — электрум — серебро; гюбнерит— вольфрамит — ферберит; альбит — олигоклаз — андезин — лабрадор — битовнит — анортит).

        Таким образом, в двухкомпонентных системах при установлении границы между минеральными видами действует правило 50 %, в случае трехкомпонентной системы — 33,(3) % и т. д. В случае систем с несовершенным изоморфизмом границы видов определяются краями разрывов смесимости, кроме этого, по-прежнему учитываются и процентные границы, определяемые доминированием того или иного изоморфного компонента над остальными в данной позиции структуры. Подобное разделение проводится и для серий с изодиморфизмом, когда чистые компоненты принадлежат к разным структурным типам и в ряду твердых растворов есть состав, при котором скачком изменяется структура. Этот состав также будет границей различных минеральных видов.

        Под разновидностями подразумевают такие одинаковые или почти одинаковые по составу и кристаллическому строению минералы (т. е. принадлежащие к одному минеральному виду), которые лишь несколько отличаются по следующим признакам:

        1) по особенностям химического состава, когда какой-либо из химических компонентов, характеризующих состав данного минерала, отчасти изоморфно замещен другим компонентом (например, кобальтистый пирит (Fe,Co)S 2 , разновидность пирита, не отличимая от него без химических реакций);

        2) по структуре в зависимости от политипной модификации минерала (так как политипы в отличие от полиморфов относятся за редкими исключениями к одной и той же фазе), например двухслойный гексагональный MoS 2 — молибденит 2H и трехслойная ромбоэдрическая модификация MoS 2 — молибденит 3R;

        3) по физическим признакам, когда состав и структура практически одни и те же, но некоторые физические свойства отличаются (например, диаллаг от обычного диопсида отличим по характерной отдельности; или сажистая разновидность пиролюзита (МnО 2 ) отличается от кристаллических индивидов (полианит) лишь по степени дисперсности, матовому блеску и ложной низкой твердости);

        4) по составу и физическим свойствам одновременно (например, сильно железистая разновидность сфалерита (Zn, Fe)S отличается от основной, маложелезистой разновидности, обычно светлоокрашенного вида, гораздо более темной, почти черной окраской и некоторыми другими признаками);

        5) по морфологии в зависимости от различий в форме выделений (например, немалит — параллельно-волокнистая разновидность брусита, обыкновенно таблитчатого или короткостолбчатого, арканзит — изометрического облика дипирамидальные кристаллы брукита, обычные кристаллы которого — удлиненные пластинки).

        Каждый минеральный вид определенного химического состава носит специальное название. Полиморфные модификации в большинстве своем также имеют свои названия или одно общее название, но с приставками греческих букв α -, β -, γ - . Что касается разновидностей минералов, то в прежнее время им широко давались особые названия даже в тех случаях, когда они имели несущественное отличие в химическом составе. К настоящему времени многие из этих названий утратили свое существование. Сохранились лишь названия драгоценных камней (изумруд, рубин, сапфир, аметист, цитрин, морион и др.).

        Разновидности минералов по химическому составу обычно называют собственными именами с прилагательным, характеризующим какую-либо особенность состава данной разновидности (например, магнезиальный магнетит, стронцистый арагонит и др.). Употребление приставок для именования разновидностей по составу (например — титанавгит, манганкальцит) в настоящее время не приветствуется, так как подобные приставки законно используются для именования определенных минеральных видов, например — ферроаксинит, манганколумбит и др. Для разновидностей по составу общепринята следующая форма записи названий: Mn-кальцит — марганцовистый кальцит, Ti-андрадит — титанистый андрадит, Cr-диопсид — хромистый диопсид (но не хромдиопсид). Следует при этом обратить внимание на то, что существует особая форма записи наименований минеральных видов для минералов с изоморфизмом редкоземельных элементов: монацит-(La) — лантан-доминантный монацит, монацит-(Nd) — неодим-доминантный монацит, паризит-(Y) — иттрий-доминантный паризит (или иттриевый паризит, но не иттристый) и т. п.

        Подобная практика недавно утвердилась и в отношении минералов явно перегруженной группы цеолитов, в которой реализуется около 40 различных структурных типов. Для именования различных минеральных видов — крайних членов изоморфных рядов изоструктурных цеолитов — также применяются суффиксы, но без скобок: шабазит-Ca — Ca 2 [Al 4 Si 8 O 24 ] . 12H 2 O, шабазит-Na — (Na,Ca 2 )[Al 4 Si 8 O 24 ] . 12H 2 O и т. п.

        Число названий лишь минеральных видов благодаря открытиям новых минералов каждый год увеличивается на несколько десятков и сейчас превосходит 4000, так что во избежание путаницы и засорения геологической литературы излишними терминами следует по возможности воздерживаться от употребления многочисленных синонимов, а названия разновидностей приводить лишь в дополнение к видовому, которое должно употребляться обязательно.

        
        Тульский государственный педагогический университет им Л.Н. Толстого
        Кафедра экологии
        Голынская Ф.А.

        Современные представления о минералах

        Вопросы 4,5 рассматриваются на лабораторных занятиях.

        1.Образование и распространение минералов.

        Минералами называют физически и химически однородные кристаллические тела, образовавшиеся в результате природных физико-химических процессов.

        Минералы образуются в земной коре, входят в состав мантии и более глубоких слоев планеты, рассеяны в гидросфере и атмосфере. Минералы слагают также Луну, многие планеты и их спутники, астероиды, входят в состав метеоритов и мельчайших частиц космической пыли, падающих на поверхность Земли. Они также образуются при столкновении с Землей крупных космических тел.

        К минералам относят и кристаллические продукты жизнедеятельности различных организмов, например сульфит редуцирующих бактерий, благодаря которым самородная сера и карбонат кальция образуются за счет гипса. Минералы входят в состав тканей животных и растений. Минералы, образуя органоминеральные агрегаты, например, в виде апатита в костях, флюорита в зубах, тридимита в скелете радиолярий и т.д. После отмирания организмов, некоторые из этих минералов образуют скопления ценного минерального сырья, например, фосфоритов, трепека и т.д.

        Земная кора сложена в основном полевыми шпатами и кварцем, на их долю приходится 55 и 10 % соответственно (данные А.Е.Феремана), широко распространены также пироксены, амфиболы, хлориты, слюды, глинистые минералы, карбонаты и др.

        Сравнительно часто встречаются еще несколько десятков минералов. Остальные очень редки.

        2. Химический состав минералов.

        В состав минералов входит большинство химических элементов периодической системы. Различают видообразующие элементы – Si, O, H, Al, Ca, Na, Mg, Cu, Pb, S, и др. Минералы представлены следующими основными типами химических соединений:

        1. простыми веществами или самородными элементами – самородная сера, графит, самородная медь, золото, платина и др.;
        2. оксидами и гидрооксидами: корунд Al₂O₃, рутил TiO₂, куприт Cu₂O и др.;
        3. солями различных кислородсодержащих и бескислородных кислот: галит NaCl, пирит FeS₂, кальцит CaCO₃, барит BaSO₄ и др.

        Для многих солей характерны комплексные анионы (радикалы): в силикатах [SiO₄] 4+ , в карбонатах [СО₃] 2- , в фосфатах [РО₄] 3- и др.

        3. Структуры минералов и полиморфизм.

        Все многообразие кристаллических структур минералов можно свести к 5 типам, отличающимся характером расположения атомов.

        Явление кристаллизации вещества одного и того же состава в виде кристаллов разных сингоний было установлено в прошлом веке и называется полиморфизмом, а переходы из одной кристаллической формы в другую – полиморфными превращениями или переходами. Минералы одного и того же состава, но с разной кристаллической структурой называются полиморфными модификациями. Они могут отличаться координационным числом. Например, у полиморфных модификаций состава Al₂SiO₅ для ионов Al 3+ К.4. = 6 (у дистена), 6 и 5 (у андалузита), 6 и 4 (у силлиманита).

        Распространены также полиморфные модификации у которых одинаковые координационные группировки атомов при одном и том же располагаются относительно друг друга под разными углами. Примеры: полиморфные модификации состава SiO₂ : a - и b - кварц, b - кристобалит, тридимит и др.

        Полиморфные превращения бывают обратимыми (энантотропными) и необратимыми (монотропными). Например, при нагревании до 340 0 арагонит монотропно превращается в кальцит. Обратного превращения при охлаждении не происходит.

        Нередко полиморфные превращения происходят с сохранением внешней формы: параморфозы, например, b - кварца по a - кварцу, кальцита по арагониту, пирита по маркозину.

        6. Классификация минералов.

        В основу современной классификации минералов положены принципы, учитывающие наиболее существенные признаки минеральных видов – химический состав и кристаллическую структуру. В соответствии с этим классификация может быть представлена в следующем виде:

        1 класс – самородные элементы или простые вещества. Кроме самородных металлов (Au, Ag, Pt, Hg, Cu), полуметаллов (As, Sb, Bi) и неметаллов (C, S), сюда условно относятся малораспространенные нитриды, карбиды, фосфиды, силициды.

        2 класс- сульфиды и их аналоги – арсениды, антимониты, висмутиды, теллуриды, селениды. (S - )

        3 класс – галоиды (галогениды), кроме хлоридов, фторидов, бромидов и иодидов относятся также окси- и гидрогалоиды (Cl - , Br - , I - , F - ).

        4 класс – окислы и гидроокислы (О 2- , ОН - ).

        5 класс- силикаты, алюмосиликаты и их аналоги – боросиликаты, титаносиликаты, цирконосиликаты, бериллосиликаты (SiO₄ 4 - ).

        6 класс – бораты (ВО₂) - , борацит, примеры бура (водный борат).

        7 класс – карбонаты [CO₃] 2- .

        8 класс – нитраты [NO₃] - .

        9 класс – фосфаты и их аналоги – арсенаты и ванадаты [РО₄] 3- .

        10 класс – сульфиты и их аналоги – техлураты и селенаты.

        11 класс – молибдаты и вольфраматы [МоО₄] 2- повелит, [WO₄] 2- вольфрамит.

        Классы подразделяются на подклассы, классификационным признаком которых служит структурный тип минералов. В большинстве классов выделяются подклассы минералов с координационной, островной, цепочечной, слоистой и каркасной структурами.

        Наряду с кристаллохимической существуют и другие классификации минералов, основанные на иных принципах. Например, генетическая классификация основана на типе генезиса минералов, в технологии переработке руд используют классификации на основе их физических (разделительных) свойств, например по магнитности, плотности, растворимости, плавкости и др. признакам.

        7. Понятие о горных породах.

        Земная кора сложена различными минеральными агрегатами, называемыми горными породами. Горные породы могут быть мономинеральными (мрамор) или полиминеральными (гранит) . Минеральный состав каждой горной породы более или менее одинаков. Химический состав ее, естественно, зависит от того из каких минералов она состоит. Горная порода образуется в определенных геологических условиях, которые влияют на форму ее залегания, характер и взаимоотношения составляющих ее минералов- структуру и текстуру (смотри рисунок).

        Каждая порода отличается от других пород также и по физическим свойствам: окраске, плотности, механической прочности, плавкости и т.д.

        Таким образом, горная порода – это агрегат более или менее количественно и качественно постоянных минеральных зерен, отличающихся определенным строением, физическими свойствами и геологическими условиями образования.

        По происхождению горные породы разделяются на 3 группы.

        1. Магматические– связанные с процессами магматической деятельности.
        2. Осадочные– связанные с экзогенными процессами.
        3. Метаморфические– образующиеся в результате преобразования магматических и осадочных пород.

        Литосфера на 95% сложена магматическими и металлическими породами и только 5% состоит из осадочных пород. В тоже время, осадочные покрывают 75% земной поверхности и только 25% ее занято магматическими и металлическими породами.

        Всесторонним изучением горных пород (минерального и химического состава, их строения, происхождения, условий залегания, взаимоотношений между различными породами, изменение горных пород с течением времени) занимается петрография. Наука, занимающаяся главным образом происхождением магматических и металлических пород называется петрологией, а наука об осадочных породах – литологией.

        
        

        Химический состав Земли схож с составом других планет земной группы, например Венеры или Марса (см. рисунок 1).

        В целом преобладают такие элементы, как железо, кислород, кремний, магний, никель. Содержание легких элементов невелико. Средняя плотность вещества Земли 5,5 г/см3.

        О внутреннем строении Земли достоверных данных весьма мало. Рассмотрим рис. 2. Он изображает внутреннее строение Земли. Земля состоит из земной коры, мантии и ядра.

        
        

        Рис. 1. Химический состав Земли

        
        

        Ядро

        Ядро расположено в центре Земли (см.рис 3), его радиус составляет около 3,5 тыс км. Температура ядра достигает 10 000 К, т. е. она выше, чем температура внешних слоев Солнца, а его плотность составляет 13 г/см3 (сравните: вода — 1 г/см3). Ядро предположительно состоит из сплавов железа и никеля.

        Внешнее ядро Земли имеет большую мощность, чем внутреннее (радиус 2200 км) и находится в жидком (расплавленном) состоянии. Внутреннее ядро подвержено колоссальному давлению. Вещества, слагающие его, находятся в твердом состоянии.

        
        

        Рис. 3. Строение Земли: ядро, мантия и земная кора

        Мантия

        Земная кора

        Земная кора - внешняя оболочка литосферы (см. рис. 3). Ее плотность примерно в два раза меньше, чем средняя плотность Земли, — 3 г/см3.

        От мантии земную кору отделяет граница Мохоровичича (ее часто называют границей Мохо), характеризующаяся резким нарастанием скоростей сейсмических волн. Она была установлена в 1909 г. хорватским ученым Андреем Мохоровичичем (1857- 1936).

        Поскольку процессы, происходящие в самой верхней части мантии, влияют на движения вещества в земной коре, их объединяют под общим названием литосфера (каменная оболочка). Мощность литосферы колеблется от 50 до 200 км.

        Ниже литосферы располагается астеносфера — менее твердая и менее вязкая, но более пластичная оболочка с температурой 1200 °С. Она может пересекать границу Мохо, внедряясь в земную кору. Астеносфера — это источник вулканизма. В ней находятся очаги расплавленной магмы, которая внедряется в земную кору или изливается на земную поверхность.

        Состав и строение земной коры

        По сравнению с мантией и ядром земная кора представляет собой очень тонкий, жесткий и хрупкий слой. Она сложена более легким веществом, в составе которого в настоящее время обнаружено около 90 естественных химических элементов. Эти элементы не одинаково представлены в земной коре. На семь элементов — кислород, алюминий, железо, кальций, натрий, калий и магний — приходится 98 % массы земной коры (см. рис. 5).

        Своеобразные сочетания химических элементов образуют различные горные породы и минералы. Возраст самых древних из них насчитывает не менее 4,5 млрд лет.

        
        

        Рис. 4. Строение земной коры

        " alt="" width="311" height="300" />
        

        Рис. 5. Состав земной коры

        Минерал — это относительно однородное по своему составу и свойствам природное тело, образующееся как в глубинах, так и на поверхности литосферы. Примерами минералов служат алмаз, кварц, гипс, тальк и др. (Характеристику физических свойств различных минералов вы найдете в приложении 2.) Состав минералов Земли приведен на рис. 6.

        " alt="" width="456" height="261" />
        

        Рис. 6. Общий минеральный состав Земли

        Горные породы состоят из минералов. Они могут слагаться как из одного, так и из нескольких минералов.

        Осадочные горные породы - глина, известняк, мел, песчаник и др. — образовались путем осаждения веществ в водной среде и на суше. Они лежат пластами. Геологи называют их страницами истории Земли, так как но ним можно узнать о природных условиях, существовавших на нашей планете в давние времена.

        Среди осадочных горных пород выделяют органогенные и неорганогенные (обломочные и хемогенные).

        Органогенные горные породы образуются в результате накопления останков животных и растений.

        Обломочные горные породы образуются в результате выветривания, псрсотложсния с помощью воды, льда или ветра продуктов разрушения ранее возникших горных пород (табл. 1).

        Таблица 1. Обломочные горные породы в зависимости от размеров обломков

        Размер облом кон (частиц)

        Песок и песчаники

        Хемогенные горные породы формируются в результате осаждения из вод морей и озер растворенных в них веществ.

        В толще земной коры из магмы образуются магматические горные породы (рис. 7), например гранит и базальт.

        Осадочные и магматические породы при погружении на большие глубины под влиянием давления и высоких температур подвергаются значительным изменениям, превращаясь в метаморфические горные породы. Так, например, известняк превращается в мрамор, кварцевый песчаник — в кварцит.

        Осадочный слой (см. рис. 8) образован в основном осадочными горными породами. Здесь преобладают глины и глинистые сланцы, широко представлены песчаные, карбонатные и вулканогенные породы. В осадочном слое встречаются залежи таких полезных ископаемых, как каменный уголь, газ, нефть. Все они органического происхождения. Например, каменный уголь -это продукт преобразования растений древних времен. Мощность осадочного слоя колеблется в широких пределах — от полного отсутствия в некоторых районах суши до 20-25 км в глубоких впадинах.

        " alt="" width="480" height="316.9111969112" />
        

        Рис. 7. Классификация горных пород по происхождению

        Мощность и вертикальная структура земной коры различны. Выделяют несколько типов земной коры (рис. 8). Согласно наиболее простой классификации различают океаническую и материковую земную кору.

        Континентальная и океаническая кора различны по толщине. Так, максимальная толщина земной коры наблюдается под горными системами. Она составляет около 70 км. Под равнинами мощность земной коры составляет 30-40 км, а под океанами она наиболее тонкая — всего 5-10 км.

        " alt="" width="480" height="441.41176470588" />
        

        Рис. 8. Типы земной коры: 1 — вода; 2- осадочный слой; 3 — переслаивание осадочных пород и базальтов; 4 — базальты и кристаллические ультраосновные породы; 5 — гранитно-метаморфический слой; 6 — гранулитово-базитовый слой; 7 — нормальная мантия; 8 — разуплотненная мантия

        Различие континентальной и океанической земной коры по составу пород проявляется в том, что гранитный слой в океанической коре отсутствует. Да и базальтовый слой океанической коры весьма своеобразен. По составу пород он отличен от аналогичного слоя континентальной коры.

        Граница суши и океана (нулевая отметка) не фиксирует перехода континентальной земной коры в океаническую. Замещение континентальной коры океанической происходит в океане примерно на глубине 2450 м.

        " alt="" width="312" height="213" />
        

        Рис. 9. Строение материковой и океанической земной коры

        Выделяют и переходные типы земной коры — субокеаническую и субконтинентальную.

        Субокеаническая кора расположена вдоль континентальных склонов и подножий, может встречаться в окраинных и средиземных морях. Она представляет собой континентальную кору мощностью до 15-20 км.

        Субконтинентальная кора расположена, например, на вулканических островных дугах.

        По материалам сейсмического зондирования - скорости прохождения сейсмических волн — мы получаем данные о глубинном строении земной коры. Так, Кольская сверхглубокая скважина, впервые позволившая увидеть образцы пород с глубины более 12 км, принесла много неожиданного.

        Изменение температуры земной коры с глубиной. Приповерхностный слой земной коры имеет температуру, определяемую солнечным теплом. Это гелиометрический слой (от греч. гелио — Солнце), испытывающий сезонные колебания температуры. Средняя его мощность — около 30 м.

        Ниже расположен еще более тонкий слой, характерной чертой которого является постоянная температура, соответствующая среднегодовой температуре места наблюдений. Глубина этого слоя увеличивается в условиях континентального климата.

        Еще глубже в земной коре выделяется геотермический слой, температура которого определяется внутренним теплом Земли и с глубиной возрастает.

        Увеличение температуры происходит главным образом за счет распада радиоактивных элементов, входящих в состав горных пород, прежде всего радия и урана.

        Величину нарастания температуры горных пород с глубиной называют геотермическим градиентом. Он колеблется в довольно широких пределах — от 0,1 до 0,01 °С/м — и зависит от состава горных пород, условий их залегания и ряда других факторов. Под океанами температура с глубиной нарастает быстрее, чем на континентах. В среднем с каждыми 100 м глубины становится теплее на 3 °С.

        Величина, обратная геотермическому градиенту, называется геотермической ступенью. Она измеряется в м/°С.

        Тепло земной коры — важный энергетический источник.

        Часть земной коры, простирающаяся глубин, доступных для геологического изучения, образует недра Земли. Недра Земли требуют особой охраны и разумного использования.

        Читайте также:

          
        • Может ли гореть чек из за неработающего спидометра
          
        • Имеет ли право фармацевт советовать лекарства
          
        • Как записаться на холтеровское мониторирование на госуслугах
          
        • С какого возраста дееспособный гражданин может принимать участие в сборе подписей избирателей
          
        • Что должна содержать декларация безопасности гидротехнического сооружения