В природе минералы встречаются как в виде одиночных кристаллов и их сростков, так и в виде скоплений, называемых минеральными агрегатами. Среди минералов по форме кристаллов различают три группы, обладающие характерным обликом:
1. Изометричные, одинаково развитые по всем трем направлениям: магнетит, пирит, гранат (рис.14, I).
Рис. 13. Кристаллические решетки некоторых минералов: I – меди, II – алмаза, III – графита, IV – флюорита, V – галита, VI – сфалерита, VII – структура кристалла меди
Рис. 14. Морфология кристаллов. I – изометричные (а – магнетит, б – пирит, в – гранат); II – удлиненные (г – барит, д – антимонит, е – кварц); III – таблитчатые (ж – барит, з – хлорит)
А Б
В Г Д
Е Ж
Рис. 15. Морфология минеральных агрегатов: А – друза кварца; Б – зернистый агрегат доломита; В – друза кристаллов пирита; Г – жеода аметиста; Д – натечный агрегат лимонита; Е – волосовидный агрегат асбеста; Ж – дендриты марганца
2. Удлиненные в одном направлении – призматические, столбчатые, игольчатые и лучистые: барит, кварц и др. (рис.14, II).
3. Вытянутые в двух направлениях – таблитчатые, пластинчатые, листоватые и чешуйчатые: мусковит, хлорит и др. (рис.14, III).
Разнообразна и морфология минеральных агрегатов: друзы, секреции, конкреции, дендриты, натечные и зернистые агрегаты, землистые агрегаты.
Друзы – это сростки кристаллов, приросшие одним концом к породе. Для их образования необходимы открытые пустоты, в которых может происходить свободный рост кристаллов (рис.15, А, В).
Секреция, жеода, миндалины образуются, когда минералы заполняют пустоты в горной породе. Для секреций типично концентрическое строение, так как заполнение их минеральным веществом происходит от периферии к центру. Мелкие секреции в эффузивных породах называются миндалинами, а крупные секреции с пустотой в середине – жеодами (рис. 15, Г).
Конкреции представляют собой стяжение шарообразной формы. Рост конкреций идет от центра к периферии. По строению чаще встречаются концентрически-слоистые или радиально-лучистые конкреции. Мелкие, до 10 мм, горохоподобные образования, имеющие внутреннее концентрическое строение называются оолиты. Образуются в водной среде.
Дендриты образуются в результате кристаллизации минерала в тонких трещинах и по форме напоминают причудливые веточки растений (рис.15, Ж). Ярким примером дендритов являются дендриты кристаллов льда зимой на оконном стекле.
Натечные агрегаты, имеющие вид сосулек, почек, гроздей наиболее широко распространены в карстовых пещерах.
Зернистые агрегаты – беспорядочное скопление зерен одного или нескольких минералов различной размерности: мелко-, средне-, крупнозернистые (рис. 15, Б).
Землистые агрегаты представляют собой скопление рыхлых масс какого-либо минерала.
Классификация минералов
Современная классификация минералов основана на их химическом составе и кристаллической структуре. Главнейшие породообразующие и рудные минералы, изучение которых входит в программу курса, объединяются в несколько классов.
1. Самородные элементы. В этот класс входят минералы, состоящие из одного химического элемента. Известно около 45 минералов этого класса, но в строении земной коры они составляют 0,1% по весу (по В.И. Вернадскому). К этому классу относятся: самородное золото, серебро, медь, платина, графит, алмаз, сера и др.
2. Сульфиды. Эти минералы представляют собой соединения различных элементов с серой и являются важнейшими рудами на свинец, медь, цинк, молибден и др. К сульфидам относятся: пирит (серный колчедан) FeS2, халькопирит (медный колчедан) CuFeS2, галенит (свинцовый блеск) PbS, сфалерит (цинковая обманка) ZnS, молибденит (молибденовый блеск) MoS2, киноварь (кровь дракона – по-арабски) HgS и другие.
3. Галоидные соединения. Минералы этого класса в химическом отношении представляют собой соли галоидно-водородных кислот. Наиболее распространены хлористые и фтористые соединения. К ним относятся галит (поваренная соль) NaCI, сильвин КСl, карналлит MgCl2KCl×6H2O и флюорит (плавиковый шпат) CaF2.
4. Окислы и гидроокислы. В этот класс объединены минералы – соединения различных элементов с кислородом (окислы) и соединения с кислородом и гидроксильной группой ОН (гидроокислы). Минералы этого класса подразделяются на две группы: 1) окислы и гидроокислы кремния (группа кварца), 2) окислы и гидроокислы металлов. Кварц SiO2 – один из наиболее распространенных минералов в земной коре. Он составляет по весу около 12% ее и входит в состав почти всех типов горных пород. Гидроокисел кремния представлен минералом, который называется опалом SiO2× n H2O.
В класс окислов и гидроокислов металлов входит ряд важнейших рудных минералов – магнетит (магнитный железняк) Fe×Fe2O4, гематит (железный блеск, или красный железняк) Fе2О3, корунд Аl2О3, хромит (хромистый железняк) FeCr2O4, уранинит (черная двуокись урана) UO2; из гидроокислов – лимонит (бурый железняк) Fе2О3× n Н2О, представляющий сложный минеральный агрегат близких по составу минералов гётита FeO×OH и гидрогётита FeO×OH× n H2O; гидроокислы алюминия (составные части боксита) – гиббсит Аl(ОН)3, диаспор АlO(ОН) и др.
5. Карбонаты. В класс карбонатов входят минералы: кальцит (известковый шпат) СаСОз, прозрачная разновидность которого называется исландским шпатом, доломит СаМg(СОз)2, сидерит (железный шпат) FeCO3, магнезит MgCO3.
6. Фосфаты. Среди фосфатов наибольшее практическое значение имеют апатит Ca5(F,Cl) [РО4]3 и близкий к нему по химическому составу скрытокристаллический фосфат кальция – фосфорит.
7. Сульфаты. К этому классу относятся минералы, представляющие собой соли серной кислоты: гипс CaSO4×2H2O, ангидрит (безводный сульфат кальция) CaSO4, мирабилит (глауберова соль) Na2SO4×10 Н2О, барит (тяжелый шпат) BaSO4.
8. Вольфраматы. К ним относятся вольфрамит (Fe, Mn)W04 и шеелит CaWO4.
9. Силикаты. В этот класс входят наиболее распространенные в земной коре породообразующие минералы, сложные по химическому составу и участвующие в строении всех типов горных пород, особенно магматических и метаморфических. Они составляют примерно одну треть всех известных минералов. По мнению Н.В. Белова, силикаты, включая и кварц составляют по весу более 90% всей земной коры.
В основе кристаллической решетки всех силикатов лежит ионная четырехвалентная группировка SiO4, образующая тетраэдры (греч. «тетра» – четыре, «гедра» – грань). Их различные сочетания определяют внутреннюю структуру силикатов. Все силикаты по внутренней структуре подразделяются на островные, кольцевые, цепочечные, ленточные, слоевые и каркасные (рис.16). Остановимся лишь на главнейших породообразующих силикатах.
Островные силикаты имеют структуру из изолированных тетраэдров [SiO4] с присоединенными к ним ионами других элементов. Среди них наиболее распространен оливин (Mg, Fe)2[SiO4].
Кольцевые силикаты отличаются тем, что кремнекислородные тетраэдры в них соединяются друг с другом, и образуют замкнутые кольца, такие, как у берилла Be3Al2[Si6O18], у кордиерита (Mg,Fe)2Al3[Si5Al018].
Цепочечные силикаты –это те, в которых тетраэдры соединяются в непрерывные цепочки. К ним относится группа пироксенов. Здесь следует назвать три минерала: гиперстен (Mg,Fe)2[Si2O6], авгит (Са, Na) (Mg, Fe2+, Al, Fe3+)[(Si, Al)2O6] и диопсид СаМg [Si2О6].
В ленточных силикатах кремнекислородные тетраэдры соединяются и образуют обособленные ленты, или полосы. К ним относится группа амфиболов с очень сложным химическим составом. Наиболее распространенным минералом является роговая обманка (Ca,Na)2(Mg,Fe2+)4(Al,Fe3+)(OH)2[(Al,Si)4011]2.
Слоевые, или листовые, силикаты объединяют минералы, структура которых обусловлена сцеплением лент в виде одного непрерывного слоя. Среди них важное породообразующее значение имеют слюды: мусковит KAl2(OH)2[AlSi3Oio] – калиевая бесцветная слюда и ее мелкочешуйчатая разновидность – серицит – с шелковистым блеском; биотит K(Mg,Fe)3(OH,F)2[AlSi3O10] – черная железисто-магнезиальная слюда. К этой же группе относятся серпентин, или змеевик, Mg6(OH)8[Si4O10], тальк Mg3(OH)2[Si4O10] и хлориты, представляющие собой алюмосиликаты Mg и Fe сложного меняющегося состава.
Серпентин, тальк, хлориты образуются в результате процессов метаморфизма – воздействия горячих растворов и газов на ультраосновные (SiO2<45%) горные породы. К слоевым силикатам относятся также глинистые минералы, содержащие гидроксильную группу и нередко кристаллизационную и адсорбированную воду. Они образуются в процессе выветривания различных горных пород, особенно магматических и метаморфических, содержащих полевые шпаты, слюды и другие минералы. К ним относятся: каолинит Al4(OH)8[Si4O10] – тонкодисперсные плотные массы, а также землистые, порошковидные: галлуазит Al4(OH)8[Si4O10×4Н2О], монтмориллонит (Mg3,А12)[Si4О10](ОН)2× n Н2О; нонтронит, или ферримонтмориллонит (Fe,Аl2){Si4О10](ОН)2× n Н2О, бейделлит Al2[Si4O10](OH)2× n H2O. Монтмориллонит, бейделлит, нонтронит и их разновидности составляют группу монтмориллонита. Она имеет широкое распространение в корах выветривания и почвах.
Гидрослюды представляют собой измененные слюды. Это гидромусковиты, гидробиотиты. Их особенностью является обогащение Н3O, ОН, Н2О. Состав сложный, меняющийся. Одна из формул гидрослюд – (К, Н3О)Аl2[(Аl, Si)4O10] (ОН)2× n Н2О.
К группе листовых силикатов относится также минерал глауконит – водный алюмосиликат К, Fe, Al. Примерная формула его K(Fe,Al,Mg)3(OH)2[AlSi3010] × n H20.
Каркасные силикаты объединяют наиболее важную группу породообразующих минералов – полевые шпаты. В них кремнекислородные тетраэдры сцеплены через все четыре вершины, что создает каркас.
Группа полевых шпатов составляет в земной коре по массе свыше 50%. Они подразделяются на калиево-натриевые полевые шпаты и известково-натриевые, или плагиоклазы. К первым относится минерал ортоклаз K[AlSi3O8]. В некоторых разновидностях калий частично замещен натрием. Плагиоклазы представлены непрерывным рядом изоморфных минералов: альбит, олигоклаз, андезин, лабрадор, битовнит, анортит. Крайними членами этого ряда являются натриевый плагиоклаз – альбит Na[AlSi3O8], кальциевый плагиоклаз – анортит Ca[Al2Si2O8]. Все промежуточные минералы этого ряда представляют собой смесь альбитовых и анортитовых молекул в различных соотношениях. Наблюдается уменьшение содержания окиси кремния от альбита (68,8%) к анортиту (43,28%). В соответствии с этим плагиоклазы подразделяются на кислые (альбит и олигоклаз), средние (андезин и лабрадор) и основные (битовнит и анортит).
В щелочных магматических породах развиты минералы группы фельдшпатоидов. Они состоят из тех же химических элементов, что и полевые шпаты, но с меньшим содержанием окиси кремния. Среди них наиболее распространен минерал нефелин Na[AlSiO4].
Горные породы
Слова и словосочетания
| афанитовая структура | обломочные горные породы |
| гнейсовая текстура | органогенные горные породы |
| диагенез | полиминеральные |
| диагенетические минералы | рыхлые осадочные породы |
| интрузивные | сланцевая текстура |
| каустобиолиты | структура |
| литофицированная порода | текстура |
| массивная текстура | хемогенные горные породы |
| метаморфические породы | цементация |
| мономинеральные | эффузивные |
Горные породы, слагающие земную кору, в большинстве своем представляют агрегат многих минералов, реже они состоят из зерен одного минерала. Породы, состоящие из многих минералов, называются полиминеральными, из одного минерала – мономинеральными. Минеральный состав, строение и формы залегания горной породы отражают условия образования. Строение породы определяется структурой и текстурой. Структура – особенность внутреннего строения горной породы, которая связана со степенью ее кристалличности, абсолютными и относительными размерами зерен разных минералов, составляющих горную породу, их формой и способом сочетания. Текстура – сложение породы, т.е. взаимное расположение в пространстве слагающих ее частиц.
По происхождению горные породы подразделяются на 3 группы:
1) Магматические. Они образуются в результате внедрения (интрузии) в земную кору, или извержения на поверхность магмы – силикатного расплава. Магма излившаяся на поверхность – это лава;
2) Осадочные. Они образующиеся путем механического или химического осаждения продуктов разрушения (экзогенными процессами) ранее существовавших горных пород, а также благодаря жизнедеятельности организмов;
3) Метаморфические. Они образующиеся из любых горных пород при воздействии на них высоких температур и давления, а также различных газообразных и жидких растворов, проникающих с глубины.
Здесь приводятся лишь краткая характеристика и названия пород. Это необходимо для понимания особенностей строения земной коры и подстилающей мантии.