Процессы образования минералов в природе

Минералы образуются из газообразных, жидких и твердых веществ. Кристаллизация — переход из жидкого состояния в кристаллическое — может происходить из расплава или из раствора. Кристаллизационная способность у различных ве­ществ неодинакова. Она определяется числом центров кристал­лизации, образующихся за единицу времени в единице объема, и скоростью роста кристалла. При большей скорости образо­вания центров кристаллизации возникает много мелких кристал­лов, при малом количестве центров возникают крупные кри­сталлы.

Иногда встречаются так называемые зональные кристаллы. Зональное строение их обусловлено перерывами в кристаллиза­ции или какими-либо примесями, которые попали в раствор в момент кристаллизации.

Процессы минералообразования подразделяются на эндоген­ные и экзогенные.

Образование минералов эндогенного происхождения связано с разнообразными процессами магматической и постмагматиче­ской деятельности.

Магматический процесс — минералы возникают при кристаллизации магматического расплава на больших и средних глубинах. Так возникли все минералы, слагающие изверженные породы: оливин, пироксены, роговая обманка, полевые шпаты и т. д., а также некоторые соединения хрома, никеля, меди, же­леза и др. Кроме того, ряд минералов (сера, квасцы) образу­ется как продукт возгонки (сублимации) при вулканическом процессе.

Пегматитовый процесс — минералы образуются из остаточного магматического расплава, обогащенного газами.

Пегматиты — жильные тела с крупными кристаллами. Глав­ными минералами являются полевые шпаты, кварц, слюды, тур­малин, берилл, касситерит, минералы редких земель и др.

Пневматолитический процесс, или пневма­толиз — образование минералов из газов, выделяющихся из магмы. Различают вулканический и глубинный пневматолиз. Среди минералов вулканического происхождения наиболее часто встречается самородная сера (Камчатка, Курильские острова). В условиях глубинного пневматолиза возникают слюды, топаз, турмалин, аквамарин, флюорит, рутил и другие минералы, а также формируются месторождения железа, вольфрама, меди, цинка.

Гидротермальный процесс. Горячие водные ра­створы, отделяющиеся от магмы, выносят из магматического очага, а также из боковых пород, по которым они движется, целый ряд соединений металлов. С этим процессом связано фор­мирование жил с вольфрамитом, касситеритом, молибденитом, сульфидами меди, золота, свинца и цинка, серебра, сурьмы, ртути и др.

Минералы экзогенного происхождения образуются вблизи и на поверхности Земли при участии воды, кислорода воздуха, углекислоты и жизнедеятельности организмов. Под их влиянием первичные минералы, образовавшиеся из магмы и ее летучих продуктов, подвергаются механическим, химическим и физико-химическим преобразованиям и в результате образуются новые минералы, устойчивые для условий земной поверхности.

Выветривание. Продукты механического разрушения и химического разложения горных пород формируют коры вы­ветривания, образованные многочисленными минералами вто­ричного происхождения. При выветривании образуются боксит, каолинит, месторождения которых нередко достигают крупных размеров.

В результате окисления гидротермальных рудных жил с боль­шим содержанием сернистых минералов (пирит, халькопирит, галенит, сфалерит и др.) возникают новые минералы в виде окислов, гидратов окислов и солей — бурый железняк, малахит, куприт и др.

Осадочный процесс. В ходе этого процесса проис­ходит переотложение продуктов физического и химического вы­ветривания минералов и горных пород и образование новых ми­нералов. Последние могут выпадать из пересыщенных растворов (галит, карналит, сильвинит, кальцит и др.), являться продук­тами жизнедеятельности животных и растений (селитры, само­родная сера, кальцит и др.) и формироваться при преобразо­вании осадка (пирит, глауконит и др.).

Метаморфогенные процессы связаны со сложными физико-химическими изменениями состава и структуры пород и мине­ралов, попадающих в глубокие зоны земной коры. В условиях высоких температур и давлений в ходе общего медленного про­грева на больших площадях происходит перекристаллизация пород, возникают новые минералы. Метаморфогенные изменения происходят и в результате контактового воздействия магмати­ческих расплавов на вмещающие породы. Особенно разнообраз­ный комплекс минералов возникает при воздействии магмы на известняки. В результате возникает порода — скарн, которая содержит кристаллы гранатов, пироксенов, флогопита и т. д.

Космогенные минералы являются составными частями ка­менных и железных метеоритов и пород Луны. Каменные метео­риты по минеральному составу близки к земным изверженным основным и ультраосновным породам. Железные метеориты не похожи на горные породы и состоят из самородного никелистого железа, в котором содержится в среднем около 10% никеля.

По данным Е. К. Лазаренко, в составе метеоритов установ­лено 64 минерала, большинство из них встречается в земных горных породах. Минералы метеоритов и лунных пород имеют несколько иные химические и физические признаки и морфоло­гию (внешний вид) кристаллов, чем минералы изверженных пород Земли.

Парагенетические ассоциации минералов. Это группы мине­ралов, характеризующихся совместным нахождением в природе в результате единого процесса минералообразования. Знание парагенетических ассоциаций минералов помогает ориентиро­ваться в их происхождении, позволяет обосновать вероятное на­личие минералов, не обнаруженных на месторождении, но ха­рактерных для данного парагенезиса. Понятие о парагенезисах широко используется при поисках полезных ископаемых. Напри­мер, коренное золото обычно встречается в жилах, заполненных молочно-белым кварцем.

Особый случай представляет совместное нахождение первич­ных минералов с образовавшимися за их счет вторичными; на­пример, халькопирита и других сульфидов меди с продуктами их выветривания в виде малахита, куприта и т. д.

Искусственные минералы. В настоящее время известно много способов получения искусственных минералов из растворов и расплавов. Важное значение имеет получение искусственных технических и драгоценных камней и твердых сплавов: пьезо­кварца, карборунда, рубина, алмаза, сапфира и др.

Формы выделения минералов. Формы выделения минералов зависят от их химического состава и условий образований. Сво­бодно и медленно растущие -минералы приобретают форму пра­вильных кристаллов и их можно узнавать по внешнему виду. Какие-либо помехи в кристаллизации приводят иногда к самой необычной для данного минерала форме кристаллов. Последние могут быть деформированы или образовывать зако­номерные срастания кристаллов. Например, минерал гипс об­разует двойники «ласточкин хвост» (рис. 21).

Минералы редко встречаются поодиночке, чаще они обра­зуют скопления минеральных зерен, называемые минераль­ными агрегатами. К наиболее характерным агрегатам относятся друзы, секреции, конкреции, оолиты, дендриты, натечные, зернистые и землистые формы.

Друзы — незакономерные сростки кристаллов, нарастающие на общем ос­новании в виде щетки (рис. 22).

Рис 21.

Секреции — отложения минераль­ного вещества в полостях горных пород от периферии к центру. Обычно они имеют овальную форму. Среди секреций различают минда­лины — секреции небольших размеров (до 10 мм в поперечнике) и жеоды — крупные, частично выполненные пустоты.

Оолиты — более или менее пра­вильные

Шарообразные агрегаты разме­ром от просяного

до бобового зерна. В разрезе они имеют

концентрически-скорлуповатое строение:

отдельные слои нарастают вокруг какого-либо

центра (песчинки, осколка, раковины и т. п.).

Чаще всего оолиты бывают сцементи­рованы Рис 22.

друг с другом в горную породу.

Конкреции — имеют более или ме­нее округлую форму и являются ре­зультатом отложения минерального ве­щества вокруг какого-либо центра кри­сталлизации. Строение конкреции часто бывает радиально-лучистым, концентри­ческим, скорлуповатым

Рис 23

Дендриты — имеют ветвящееся древовидное строение и похожи на отпечатки растений (папоротников). Образуются при быстром росте кристаллов в тонких волосяных трещинах.

Натечные — образуются в пустотах путем выпадения из медленно испаряющихся растворов. Они, имеют различную форму: почковидную, гроздевидную с гладкой блестящей поверх­ностью (характерны для малахита и халцедона), а также не­правильно цилиндрическую форму — сталактиты и сталагмиты.

Зернистые агрегаты — скопления неправильно срос­шихся зерен одного или нескольких минералов. Они образуются при одновременной кристаллизации большого количества мине­ралов из расплава или перекристаллизации. Кристаллы, растущие каждый из своего центра кристаллизации, сталкиваются друг с другом, и контакты между растущими со­седними кристаллами ограничивают их даль­нейший рост. Так образуется зернистое строе­ние большинства изверженных горных пород.

Землистые агрегаты — напоминают куски рыхлой почвы, составные части которой слабо связаны между собой. Они обычно пач­кают руки, легко распадаются на мелкие ко­мочки, состоящие из мельчайших зернышек. Землистые агрегаты характерны для порошковатых рыхлых минералов и для осадоч­ных горных пород (бокситов, глин и др.).

Каждому минеральному веществу свойственна определенная форма кристалла. На этом в значительной степени основана диагностика минералов. Однако бывают случаи, когда один ми­нерал химически замещает другой, сохраняя его внешнюю форму. Например, в процессе окисления лимонит замещает пирит, сохраняя свойственную пириту кубическую форму выде­ления. В таком случае говорят о псевдоморфозе лимонита по пириту. Таким образом, под псевдоморфозами пони­мают минеральные образования, форма которых не 'соответ­ствует структуре данного минерала, т. е. является для него чужой.