Mineral

Mineral — это природное твёрдое тело с определённым химическим составом и упорядоченной кристаллической структурой, образующееся в результате геологических процессов. Минералы являются основным компонентом горных пород, руд и почв. Наука, изучающая минералы, их состав, свойства, происхождение и классификацию, называется минералогией. В настоящее время известно более 5 800 видов минералов, большинство из которых встречается в земной коре.

Определение и критерии

Согласно определению Международной минералогической ассоциации (IMA), минералом считается природное неорганическое вещество, имеющее кристаллическую структуру и определённый химический состав, который может варьироваться в пределах, установленных для данного минерального вида. Для признания вещества минералом необходимо выполнение следующих критериев:

Природное происхождение: вещество должно образовываться в результате естественных геологических, космических или биогенных процессов. Искусственно синтезированные в лаборатории соединения (например, синтетические алмазы) не считаются минералами, хотя могут иметь идентичную структуру.
Твёрдое состояние: минералы существуют в твёрдой фазе при стандартных условиях (температура 25 °C, давление 1 атм). Исключения составляют жидкие минералы (например, ртуть самородная) и некоторые газовые гидраты, но они рассматриваются как особые случаи.
Кристаллическая структура: атомы в минерале расположены в упорядоченной трёхмерной решётке. Аморфные вещества (например, опал) не являются кристаллическими, но часто классифицируются как минералоиды.
Неорганическое происхождение: минералы образуются без участия живых организмов. Однако некоторые биогенные продукты (например, жемчуг, кораллы) могут быть отнесены к минералам, если они соответствуют остальным критериям.

Классификация

Минералы классифицируются по нескольким признакам: химическому составу, кристаллической структуре, генезису (происхождению) и физическим свойствам. Наиболее распространённой является химическая классификация, основанная на типе аниона или анионной группы.

По химическому составу

Самородные элементы: состоят из одного химического элемента. Примеры: золото (Au), серебро (Ag), медь (Cu), алмаз (C), графит (C), сера (S).
Сульфиды и сульфосоли: соединения металлов с серой. Примеры: пирит (FeS₂), галенит (PbS), сфалерит (ZnS), халькопирит (CuFeS₂).
Оксиды и гидроксиды: соединения металлов или неметаллов с кислородом или гидроксильной группой. Примеры: кварц (SiO₂), корунд (Al₂O₃), гематит (Fe₂O₃), магнетит (Fe₃O₄), лимонит (FeO(OH)·nH₂O).
Галогениды: соли галогеноводородных кислот. Примеры: галит (NaCl), сильвин (KCl), флюорит (CaF₂).
Карбонаты: соли угольной кислоты. Примеры: кальцит (CaCO₃), доломит (CaMg(CO₃)₂), малахит (Cu₂(CO₃)(OH)₂).
Нитраты: соли азотной кислоты. Примеры: натриевая селитра (NaNO₃), калиевая селитра (KNO₃).
Бораты: соли борных кислот. Примеры: бура (Na₂B₄O₇·10H₂O), улексит (NaCaB₅O₉·8H₂O).
Фосфаты, арсенаты, ванадаты: соли фосфорной, мышьяковой и ванадиевой кислот. Примеры: апатит (Ca₅(PO₄)₃(F,Cl,OH)), монацит (Ce,La,Nd,Th)PO₄.
Сульфаты: соли серной кислоты. Примеры: гипс (CaSO₄·2H₂O), барит (BaSO₄), ангидрит (CaSO₄).
Вольфраматы и молибдаты: соли вольфрамовой и молибденовой кислот. Примеры: вольфрамит ((Fe,Mn)WO₄), шеелит (CaWO₄), молибденит (MoS₂).
Силикаты: наиболее многочисленный класс (около 30% всех известных минералов), основанный на кремнекислородных тетраэдрах. Подразделяются на подклассы по типу связи тетраэдров: островные (оливин), кольцевые (берилл), цепочечные (пироксены), ленточные (амфиболы), слоистые (слюды, глинистые минералы), каркасные (полевые шпаты, кварц).

По генезису

Магматические: образуются при кристаллизации магмы (например, оливин, пироксен, плагиоклаз).
Метаморфические: возникают в результате изменения существующих минералов под действием высоких температур и давлений (например, гранат, кианит, ставролит).
Осадочные: формируются при осаждении из водных растворов или в результате жизнедеятельности организмов (например, галит, гипс, кальцит).
Гидротермальные: кристаллизуются из горячих водных растворов (например, кварц, пирит, галенит).
Биогенные: образуются при участии живых организмов (например, жемчуг, арагонит в раковинах моллюсков).

Физические свойства

Физические свойства минералов определяются их химическим составом и кристаллической структурой и используются для диагностики и идентификации.

Кристаллическая форма

Минералы могут встречаться в виде хорошо образованных кристаллов (идиоморфные) или в виде неправильных зёрен. Сингония (тип кристаллической решётки) бывает кубической, тетрагональной, гексагональной, тригональной, ромбической, моноклинной и триклинной. Например, алмаз кристаллизуется в кубической сингонии, а кварц — в тригональной.

Твёрдость

Твёрдость минерала оценивается по шкале Мооса, которая включает 10 эталонных минералов: тальк (1), гипс (2), кальцит (3), флюорит (4), апатит (5), ортоклаз (6), кварц (7), топаз (8), корунд (9), алмаз (10). Например, алмаз является самым твёрдым природным материалом.

Спайность и излом

Спайность — способность минерала раскалываться по определённым кристаллографическим направлениям. Различают весьма совершенную (слюда), совершенную (кальцит), среднюю (полевые шпаты) и несовершенную (кварц). Излом может быть раковистым (кварц), занозистым (асбест), землистым (каолин) или неровным.

Цвет и черта

Цвет минерала может быть идиохроматическим (собственным, обусловленным химическим составом, например, малахит — зелёный) или аллохроматическим (вызванным примесями, например, кварц может быть бесцветным, розовым, фиолетовым). Черта — цвет порошка минерала на неглазурованной фарфоровой пластинке, который часто отличается от цвета самого минерала.

Блеск

Блеск определяется характером отражения света от поверхности минерала. Различают металлический (пирит), полуметаллический (гематит), стеклянный (кварц), жирный (нефелин), перламутровый (слюда), матовый (каолин).

Плотность

Плотность минерала варьируется от 1,0 г/см³ (опал) до 22,5 г/см³ (осмий). Большинство минералов имеют плотность 2,5–3,5 г/см³. Для рудных минералов характерна высокая плотность (например, галенит — 7,5 г/см³).

Другие свойства

Магнитность: способность притягиваться магнитом (магнетит, пирротин).
Электрические свойства: пьезоэлектричество (кварц), пироэлектричество (турмалин).
Радиоактивность: характерна для урановых и ториевых минералов (уранинит, торит).
Люминесценция: свечение под действием ультрафиолетового света (флюорит, шеелит).

Происхождение и образование

Минералы образуются в результате различных геологических процессов, которые можно разделить на три основные группы: магматические, метаморфические и осадочные.

Магматические процессы

При остывании магмы в недрах Земли или на поверхности (вулканические извержения) происходит кристаллизация минералов. В зависимости от температуры и давления образуются различные минеральные ассоциации. Например, в ультраосновных породах (перидотиты) кристаллизуются оливин и пироксены, в кислых породах (граниты) — кварц, полевые шпаты и слюды.

Метаморфические процессы

Под воздействием высоких температур (300–800 °C) и давлений (1–10 кбар) существующие минералы перекристаллизовываются, образуя новые. Например, известняк (кальцит) превращается в мрамор, а глинистые сланцы — в гранатсодержащие сланцы.

Осадочные процессы

Минералы образуются при выпадении из водных растворов (химическое осаждение) или в результате накопления органических остатков (биогенное осаждение). Например, в морских бассейнах при испарении воды осаждаются галит и гипс (эвапориты), а в карстовых пещерах — кальцит (сталактиты и сталагмиты).

Гидротермальные процессы

Горячие водные растворы, циркулирующие в земной коре, переносят растворённые элементы и при изменении температуры и давления осаждают их в виде минералов. Этот процесс является основным для образования рудных месторождений (золото, серебро, медь, свинец, цинк).

Применение

Минералы имеют огромное значение для человечества и используются в различных отраслях промышленности, науки и быта.

Промышленное сырьё

Рудные минералы: служат источником металлов. Например, гематит и магнетит — для железа, галенит — для свинца, сфалерит — для цинка, халькопирит — для меди.
Нерудные минералы: используются в строительстве (кварцевый песок, известняк, гипс), в химической промышленности (сера, фосфориты), в керамике (каолин, полевые шпаты).
Драгоценные и полудрагоценные камни: алмаз, рубин, сапфир, изумруд, аметист, топаз — применяются в ювелирном деле.

Энергетика

Урановые минералы (уранинит, карнотит) — сырьё для ядерного топлива.
Ториевые минералы (монацит) — потенциальный источник энергии.

Наука и техника

Пьезоэлектрические минералы (кварц) — используются в электронике (генераторы частоты, датчики).
Оптические минералы (кальцит, флюорит) — для изготовления линз и призм.
Абразивные материалы (алмаз, корунд) — для шлифовки и резки.

Медицина и косметология

Глинистые минералы (каолин, бентонит) — применяются в косметике (маски, скрабы) и фармацевтике (сорбенты).
Тальк — используется в детских присыпках и косметике.

Интересные факты

Самый распространённый минерал в земной коре — кварц (SiO₂), на его долю приходится около 12% объёма.
Самый редкий минерал на Земле — кианит (Al₂SiO₅), встречающийся только в метаморфических породах.
Алмаз, состоящий из углерода, является самым твёрдым природным материалом, но при нагревании до 800 °C в присутствии кислорода сгорает, превращаясь в углекислый газ.
В России крупнейшие месторождения минералов находятся на Урале, в Сибири (Кольский полуостров, Якутия) и на Дальнем Востоке. Например, в Якутии добываются алмазы (кимберлитовая трубка «Мир»), а на Урале — изумруды и малахит.
Около 40% минералов имеют биогенное происхождение — они образуются в результате жизнедеятельности бактерий, водорослей и животных.

Источники

Минералогия: учебник для вузов / под ред. А. Г. Бетехтина. — М.: Недра, 1981.
Классификация минералов: справочник / И. В. Гинзбург, Н. Н. Смирнова. — М.: Наука, 1990.
Физические свойства минералов: методы определения / В. И. Вернадский. — М.: Изд-во АН СССР, 1954.
Геологический словарь: в 2 т. / под ред. К. Н. Паффенгольца. — М.: Недра, 1978.
Международная минералогическая ассоциация (IMA): официальные рекомендации по номенклатуре минералов (2020).

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →