Минерал — определение, классификация, свойства¶
Минерал — это природное неорганическое твёрдое вещество, образовавшееся в результате геологических процессов, обладающее определённым химическим составом и упорядоченной кристаллической структурой. По современным определениям, минералы включают также жидкие (ртуть) и газообразные природные образования, но преобладающее большинство — твёрдые кристаллические вещества. Термин «минерал» происходит от латинского minera — «руда, жила».
¶Определение и критерии
Минералы отличаются от других природных веществ рядом признаков:
- Неорганическое происхождение — образуются без участия жизнедеятельности организмов (хотя некоторые, например, раковины моллюсков, формируются с участием органики, и их относят к биогенным минералам).
- Кристаллическая структура — атомы расположены в строго упорядоченном трёхмерном порядке, формирующем кристаллическую решётку.
- Определённый химический состав — обычно выражается формулой, допускающей ограниченные изоморфные замещения (например, оливин (Mg,Fe)₂SiO₄).
- Собственная твёрдая фаза — минерал не является твёрдым раствором с произвольным составом.
Всего на Земле известно более 5000 минералов, из которых около 100 считаются распространёнными.
¶Классификация
Минералы классифицируют по нескольким основаниям.
¶По химическому составу
| Класс | Примеры |
|---|---|
| Самородные элементы | алмаз, золото, сера, графит |
| Сульфиды | пирит FeS₂, галенит PbS, сфалерит ZnS |
| Оксиды и гидроксиды | кварц SiO₂, магнетит Fe₃O₄, гётит FeO(OH) |
| Силикаты | полевые шпаты, оливин, слюды, амфиболы, гранаты |
| Карбонаты | кальцит CaCO₃, доломит CaMg(CO₃)₂ |
| Сульфаты | гипс CaSO₄·2H₂O, барит BaSO₄ |
| Фосфаты | апатит Ca₅(PO₄)₃(F,Cl,OH) |
| Галогениды | плавиковый шпат CaF₂, галит NaCl |
Группа силикатов — наиболее многочисленная, на неё приходится около 25 % известных минералов.
¶По происхождению
- Магматические — кристаллизующиеся из магмы (оливин, полевые шпаты, кварц).
- Пегматитовые — образующиеся в пегматитовых жилах, часто с крупными кристаллами (турмалин, берилл).
- Гидротермальные — выпадающие из горячих растворов (кварц, сульфиды металлов).
- Осадочные — формирующиеся при осаждении из водных бассейнов (гипс, известняк).
- Метаморфические — возникающие при перекристаллизации пород под действием давления и температуры (гранат, ставролит).
- Вторичные — продукты выветривания (глина, лимонит).
¶Свойства минералов
Для идентификации минералов используют набор диагностических свойств.
¶Внешние признаки
- Кристаллическая форма — габитус кристалла (призматический, таблитчатый, октаэдрический и т. д.).
- Спайность — способность раскалываться по определённым плоскостям (у полевого шпата — в двух направлениях под прямым углом, у слюды — в одном).
- Излом — характер поверхности разлома (раковистый у кварца, ступенчатый у пирита).
- Цвет и черта — цвет минерала и цвет его порошка (магнетит чёрный, но черта — чёрная; гематит бурый, черта — красно-бурая).
- Блеск — металлический (пирит), стеклянный (кварц), перламутровый (мусковит), алмазный (алмаз).
- Твёрдость — измеряется по шкале Мооса от 1 (тальк) до 10 (алмаз).
- Плотность — от 0,8 г/см³ (сера) до 23 г/см³ (платина).
- Прозрачность — от прозрачных (горный хрусталь) до непрозрачных (магнетит).
¶Внутренние свойства
- Кристаллическая решётка — определяет большинство физических свойств.
- Плеохроизм — изменение цвета при просмотре под разными углами (турмалин).
- Двойное лучепреломление — расщепление светового луча в анизотропных минералах.
- Радиоактивность — урановых минералов (уранинит, торианит).
¶Образование минералов
Минералы формируются в различных геологических условиях:
- Кристаллизация из магмы — при охлаждении магматического расплава. Порядок кристаллизации описан правилом Боуэна.
- Гидротермальные процессы — горячие насыщенные растворы переносят элементы и осаждают их в трещинах и полостях.
- Метаморфизм — перекристаллизация минералов под действием высоких температур и давлений без полного плавления.
- Осадконакопление — химическое выпадение солей из пересыщенных растворов (испарение морской воды).
- Выветривание — разрушение пород на поверхности с образованием вторичных минералов (глины, оксиды железа).
- Биогенные процессы — участие живых организмов (раковины, жемчуг, фосфориты).
¶Применение
Минералы имеют широкое практическое значение:
- Рудное сырьё — источник металлов (гематит и магнетит для производства железа, бокситы для алюминия, халькопирит для меди).
- Нерудное сырьё — кварц для стекла, флюсовый шпат для металлургии, апатит для производства удобрений.
- Драгоценные и поделочные камни — алмаз, рубин, сапфир, изумруд, опал, лазурит.
- Строительные материалы — гипс, известняк, гранит, мрамор.
- Специальное применение — тальк в промышленности, графит в электротехнике, слюда в радиотехнике.
¶Минералогия как наука
Наука о минералах — минералогия — возникла в XVIII веке. Основоположником русской минералогии считается М. В. Ломоносов, работавший в области кристаллографии и геологии. В XIX веке крупный вклад внесли К. С. Кирхгоф и Р. Бунзен (спектральный анализ), В. И. Вернадский (учение о биосфере и минералах). В XX веке развитие рентгеноструктурного анализа позволило точно определять атомную структуру минералов.
В России крупнейшие минералогические коллекции хранятся в Санкт-Петербургском университете, Горном институте и Российском геологическом музее имени К. И. Богдановича.
Источники:
- Горшков Н. П., Ефремов Е. Н. «Минералогия»
- Ферсман А. Е. «Избранные труды»
- «Минералогический журнал» Всероссийского минералогического общества
- Государственный геологический фонд Российской Федерации