Кальцит — природный карбонат кальция¶

Кальцит — минерал, карбонат кальция химической формулы CaCO₃, один из наиболее распространённых минералов земной коры. Кристаллизуется в тригональной сингонии, твёрдость по шкале Мооса составляет 3, отличается совершенной спайностью по ромбоэдру и сильной реакций с разбавленными кислотами с бурным выделением углекислого газа. Кальцит является породообразующим минералом известняков, мраморов и ряда осадочных пород, а также жильным минералом гидротермальных месторождений.

¶Этимология и история

Название «кальцит» происходит от латинского calx — «известь» или «гашёная известь». Минерал был известен с древности, однако как отдельный минералогический вид кальцит был описан в 1808 году Даниэлем Рашем (Daniel Ruggles) и утверждён Карлом Фридрихом Христианом Могом. Уже в XVII веке Николаус Стенсен (Николас Стоно) установил правильность ромбоэдрической формы кальцита, наблюдая его кристаллы, что стало одним из ключевых фактов в становлении кристаллографии.

¶Кристаллическая структура

Структура кальцита описана с высокой точностью: ионы кальция и карбонатные группы CO₃²⁻ чередуются слоями вдоль оси c. Карбонатные группы плоские, лежат перпендикулярно оси симметрии, что обусловливает сильную анизотропию оптических свойств. Кальцит кристаллизуется в тригональной сингонии, класс ромбоэдрической симметрии (группа R3̄c). Параметры ячейки: a = 4,99 Å, c = 17,06 Å.

Именно анизотропия строения приводит к крайнему проявлению двойного лучепреломления: лучи, проходящие через прозрачный кальцитовый кристалл (исландский шпат), расщепляются на обыкновенный и необыкновенный с максимальным различием показателей преломления n_o = 1,658 и n_e = 1,486 при натриевой линии D. Разность показателей преломления Δn = 0,172 — одна из наибольших среди прозрачных минералов.

¶Физические свойства

Кальцит обладает выраженным плеохроизмом, а также флуоресценцией в ультрафиолетовом свете у ряда природных разновидностей. Некоторые разновидности проявляют люминесценцию оранжево-красного цвета при облучении ультрафиолетом, что используется при поиске рудных тел.

¶Разновидности

Выделяется свыше сотни разновидностей кальцита, отличающихся формой кристаллов, примесями и строением:

• Исландский шпат — крупные прозрачные ромбоэдрические кристаллы, используемые для оптических приборов.
• Арагонит — ромбическая полиморфная модификация CaCO₃, при обычных условиях метастабильна.
• Ватерит — редкая ромбическая разновидность, отличающаяся неупорядоченным чередованием слоёв.
• Скоулерит — волокнистая разновидность.
• Сталактитовый кальцит — образует сталактиты и сталагмиты в пещерах.
• Гипсум-кальцит — тонковолокнистая разновидность, иногда называемая «адским камнем» (англ. hellstone).
• Оолитовый кальцит — зернистая разновидность, слагающая оолитовые известняки.
• Мрамор — метаморфическая порода, состоящая преимущественно из кальцита.

Природный кальцит нередко содержит примеси Mg, Fe, Mn, Sr, Ba, Pb, что обусловливает разнообразие окраски и люминесцентных свойств. Разновидности с примесями марганца (родохрозит-кальцит) и железа (сидерит-кальцит) образуют непрерывные ряды твёрдых растворов.

¶Образование и распространение

Кальцит — один из наиболее распространённых минералов в земной коре. Он образуется в самых различных условиях:

• Осадочные: химическое выпадение из морской и пресной воды, жизнедеятельность организмов (раковины, скелеты кораллов, фораминиферы, моллюски), химическое осаждение в карстовых пещерах (сталактиты, сталагмиты, натёчные образования).
• Метаморфические: при метаморфизме известняков с перекристаллизацией в мрамор.
• Магматические и гидротермальные: в жилах и друзах, сопровождая сульфидные руды (свинцово-цинковые месторождения), а также в ассоциации с баритом, флюоритом, кварцем, доломитом.
• Вторичные: в зоне окисления сульфидных месторождений, в трещинах базальтов, в пещерах и подземных полостях.

Крупнейшие месторождения кальцита известны в США, Мексике, Исландии, Пакистане, Испании, Германии. В России значимые проявления расположены в Карелии, на Урале, в Сибири и на Дальнем Востоке. Исландский шпат исторически добывался на Исландии (месторождение Хельгуфотур), где были найдены кристаллы до 7 метров в длину.

¶Применение

Кальцит и породы, им слагаемые, имеют широкое хозяйственное значение:

• Строительная индустрия: производство извести (CaO) и гашёной извести (Ca(OH)₂) обжигом известняков; производство цемента; производство мрамора для облицовки.
• Металлургия: флюс в сталеплавильном производстве для удаления кремнезёма.
• Химическая промышленность: сырьё для получения карбоната кальция (мел, молотый кальцит), используемого в производстве стекла, бумаги, резины, пластмасс, удобрений, а также в пищевой промышленности (добавка E170).
• Оптика: исландский шпат применяется для изготовления поляризационных призм Николя, Волластона, Глана-Томсона, а также в поляризационных микроскопах.
• Сельское хозяйство: раскисление почв молотым известняком.
• Медицина и фармацевтика: источник кальция в добавках и антацидах.

¶Интересные факты

Кальцитовая пещера Свархола (Норвегия) образует протяжённую систему, а сталактиты и сталагмиты кальцита растут со скоростью порядка десятков сотых долей миллиметра в год. Кальцитовые натёчные образования в пещерах Крыма и Кавказа достигают впечатляющих размеров. В 2021 году в китайской провинции Хунань был обнаружен кристалл кальцита, названный «Эльфийский меч», длиной около 19 метров — один из крупнейших в мире.

¶Примечания

Кальцит относится к минералогической группе карбонатов (класса карбонатов, нитратов и боратов) по классификации Никола Штрунца (10-е издание, код 5.AB.05). Синонимы в старой литературе: «известняковый шпат», «карбонат кальция», «магнезиальный кальцит» (при содержании Mg).

Источники:

• Штрунц К., Барнс Х. «Таблица минералов Штрунца» (Strunz & Barnes, 10-е издание).
• Геологический словарь / под ред. К. Н. Паффенгольца.
• Минералогический справочник: данные по кальциту (Webmineral, Mindat.org).
• Ферсман А. Е. «Избранные труды», т. 2 — минералогия карбонатов.
• Руднева В. М. «Минералогия» — учебник для вузов.