Помоги проекту - поделись книгой:
Рудольф Юбельт
ОПРЕДЕЛИТЕЛЬ МИНЕРАЛОВ
© 1976. VEB Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie, Leipzig, Deutsche Demokratische Republik
ОТ РЕДАКЦИИ
Минералы — природные соединения химических элементов — с незапамятных времен вызывали большой интерес. Еще в каменном веке такие минералы, как халцедон, нефрит, обсидиан, помогали человеку добывать пищу и огонь. Звучное латинское слово minera, образующее корень нынешнего слова «минерал», обозначало руду — камень, дающий металл. Значение минералов как сырья, используемого для выплавки металлов, составляющих основу промышленного производства, исключительно велико. Многие минералы применяются в качестве огнеупорных, керамических, изоляционных, красящих и других материалов в различных отраслях народного хозяйства. v
Однако человека привлекала и привлекает не только возможность промышленного использования тех или иных минералов: издавна его изумляла и восхищала красота природного камня. Стойкая, сочная окраска минералов, их удивительная естественная огранка — одно из ярких проявлений гармонии в природе.
В последнее десятилетие во всем мире интерес к природному камню чрезвычайно возрос. Коллекции минералов создаются при учебных заведениях, краеведческих музеях, геологических управлениях, на крупных рудниках. Необычайной популярностью пользуется индивидуальное коллекционирование минералов.
В этой связи большой интерес представляет книга доктора естественных наук Р. Юбельта, выдержавшая на родине автора, в ГДР, уже два издания. Основным достоинством этой книги, знакомящей читателя с миром минералов, является сочетание ее небольшого объема с высокой информативностью. Книга состоит из двух частей. В первой автор в доступной пониманию неспециалистов форме знакомит читателя с основами минералогии. Как, в ходе каких геологических процессов образуются минералы? Каковы их физические свойства: кристаллическая форма, цвет, блеск, степень прозрачности? Какие из этих свойств наиболее важны для диагностики и какие методы применяются для определения минералов? Каков химический состав минералов и какова их внутренняя структура? В книге показано, что именно внутреннее строение минералов обусловливает их внешний облик и физические свойства. Особое внимание уделено наиболее сложному для непосвященного читателя разделу — кристаллографии, который написан известным кристаллографом проф. В. Шмицем.
Весьма информативная вводная часть подготавливает читателя к восприятию второй части, в которой заключено основное содержание книги. Здесь в алфавитном порядке — «от А до Я» — описаны 205 минералов и кратко охарактеризованы их основные разновидности, приведены основные сведения не только о наиболее распространенных минералах, таких, как кварц и полевые шпаты, пироксены и амфиболы, или о минералах, имеющих большое народнохозяйственное значение, но и о ряде природных образований, редко встречающихся, но ценных с точки зрения коллекционеров, таких, например, как крокоит или ильваит.
Пользование книгой как определителем–справочником облегчается четкой рубрикацией описания каждого минерала, а также диагностическими таблицами, данными в приложении к книге.
Следует отметить некоторые особенности книги, обусловленные тем, что авторы адресовали ее в первую очередь немецкому читателю. Так, районы распространения месторождений охарактеризованы в самых общих чертах, и масштабными единицами являются горные хребты, провинции, штаты или страны в целом. Лишь для обоих германских государств (ГДР и ФРГ) и в ряде случаев для их непосредственных соседей — ЧССР, Швейцарии, Австрии, Польши — указаны конкретные районы локализации месторождений и местонахождения минералов. Некоторое несовпадение русской и немецкой научной терминологии заставило в ряде случаев дать подстрочные пояснения. Формулы минералов приведены по автору.
Безусловно, настоящая книга будет интересна и полезна минералогам, студентам геологических вузов, специалистам смежных профессий, а также коллекционерам–любителям, тем более что она составляет единое целое с изданной в 1977 г. на русском языке книгой Р. Юбельта и П. Шрайтера «Определитель горных пород» и как бы продолжает знакомить читателя с многоцветным и увлекательным миром камня.
К ЧИТАТЕЛЯМ
Определитель минералов адресован любителям минералогии и петрографии, а также всем, кто проявляет интерес к этим областям знания. Вместе с тем книга представляет собой карманный справочник по минералогии, позволяющий самостоятельно определять важнейшие и наиболее распространенные минералы (всего около двухсот) по внешним признакам и с помощью простейших приемов. Наряду с другими сведениями книга содержит информацию о хозяйственном значении многих минералов, находящих применение в качестве минерального сырья для получения металлов, в химической, керамической и других отраслях промышленности.
Во вводном разделе рассмотрено происхождение минералов и на нескольких примерах (Рудные горы, Гарц) показано, какие закономерности вещественного состава и какие геологические условия определяют местонахождение тех или иных минералов и их групп.
Книга богато иллюстрирована цветными и черно–белыми фотографиями, а также штриховыми рисунками, что облегчает определение, распознавание и поиски минералов.
За основу при описании минералов взят курс минералогии А. Г. Бетехтина [1], пользующийся международным признанием. Построенная в форме словаря определительная часть книги содержит описания отдельных минералов, названия которых расположены в алфавитном порядке и даны в соответствии с международной минералогической номенклатурой. Каждое описание включает следующие данные: название и химический состав минерала; свойства минерала — цвет, блеск, прозрачность, цвет черты, твердость, плотность, излом, спайность, кристаллографическая сингония; форма кристаллов или кристаллических выделений; структура кристаллической решетки минерала; совместно образующиеся (сопутствующие) минералы; минералы, близкие по некоторым признакам (сходные минералы); химическое поведение минерала в пламени паяльной трубки (сокращенно п. тр.) и поведение в кислотах.
Сведения о практическом применении минералов включают данные об их происхождении и месторождениях или местонахождении.
Для облегчения определения минералов по внешним признакам к книге прилагаются три таблицы, в которых приведены главнейшие свойства минералов — цвет, блеск, твердость, цвет черты, спайность и др.
Владельцам этого карманного справочника, желающим глубже вникнуть в науку о минералах, можно рекомендовать упомянутый выше учебник А. Г. Бетехтина. Другие указания можно извлечь из списка литературы в конце книги.
ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ
Первое издание этого маленького определителя минералов встретило хороший прием и получило положительную оценку. С учетом пожеланий читателей во втором, переработанном издании книги увеличено число описаний минералов и расширен набор диагностических признаков и свойств отдельных минералов (приводятся класс симметрии кристаллов и отношение осей). Лучшему пониманию зависимости между внешним обликом минералов и внутренним строением их кристаллов способствуют дополнительные пояснения, касающиеся кристаллографических свойств минералов. Соответствующий раздел составлен д-ром В. Шмицем, которому автор приносит сердечную благодарность за сотрудничество.
Эта небольшая книга, рассчитанная на коллекционеров и любителей камня, преследует цель приобщить широкий круг читателей к красоте и многообразию мира минералов. Вместе с тем в ней подчеркнуто значение отечественных минералов как основных компонентов полезных ископаемых и сырья для народного хозяйства. для чего указаны многочисленные области применения минералов в промышленности.
Автор и издательство будут признательны за критические замечания, направленные на улучшение второго издания книги.
ВВЕДЕНИЕ В МИНЕРАЛОГИЮ
Минералогия относится к числу наук, занимающихся изучением вещества земной коры; это одна из отраслей геологических наук. Слово «минерал» происходит от латинского minera, что означает вести горные разработки, заниматься горным делом, т. е. рыть канавы или закладывать шахты для добычи минералов и горных пород, которые в той или иной степени практически использовались прежде и в гораздо большем объеме находят применение в настоящее время. Ныне под минералами понимают (за немногими исключениями) кристаллические компоненты твердой земной коры, имеющие однородный состав. В настоящее время известно около 2000 минеральных видов, установленных с научной достоверностью. Однако в своем большинстве они встречаются редко, и в формировании твердой земной коры принимают существенное участие лишь относительно немногие минералы.
Естественная форма минерала — это кристалл. Лишь некоторые минералы не являются кристаллическими веществами. В физическом смысле они относятся к бесформенным, или аморфным, телам, как, например, опал — гель кремнезема, имеющий химический состав SiO2xH2O. Наряду с аморфными минералами существуют также весьма мелкие кристаллические образования, распознаваемые лишь под микроскопом. Они называются скрытокристаллическими (криптокристалличе–скими); примером образования скрытокристаллического вещества может служить переход геля кремнекислоты (опала) вследствие потери воды в минерал халцедон.
Под названием «рудные минералы» понимают минералы, из которых можно получать металлы, например золото, платину, серебро, медь, железо, хром, никель» марганец, цинк, свинец, сурьму, алюминий и др.
Начало образования минералов относится ко времени возникновения твердой земной коры, т. е. 4–5 млрд. лет назад. В процессе охлаждения раскаленного вещества Земли кристаллизовались первые породообразующие минералы. Тонкая вначале земная кора становилась в ходе длительного развития Земли все толще. Ее средняя мощность составляет ныне около 40 км. Неоднородная в химическом и физическом отношении Земля состоит из ряда земных оболочек (сфер), о вещественном (химическом) составе которых мнения ученых до сих пор расходятся.
В самом общем виде принимается, что Земля состоит из трех оболочек, резко различающихся между собой по вещественному составу и физическим свойствам, причем внешняя оболочка, или литосфера, в свою очередь характеризуется дифференцированным
Минералообразующие процессы определяются химическим составом земной коры и характером распределения в ней элементов. К области земной коры, состоящей из сиаля (гранитного слоя), сиальмы (переходного слоя) и симы [перидотит–габбрового(базальтового) слоя], относятся атмосфера (газовая оболочка), гидросфера (океаны, свободная вода, снег и лед) и биосфера (органические вещества, а также минеральные вещества панцирей и скелетов животных).
Из 102 химических соединений, составляющих периодическую систему элементов, лишь немногие широкораспространены в земной коре. Как следует из диаграммы рис. 2 (по А. Г. Бетехтину), самыми распространенными элементами являются кислород (О), кремний (Si), алюминий (А 1), железо (Fe), кальций (Са), натрий (Na), калий (К), магний (Mg), водород (Н), титан (Ti), углерод © я хлор (С 1). На долю всех остальных элементов приходится лишь несколько десятых массового процента. Большинство элементов земной коры входит в состав химических соединений. Самородные элементы, например платина, золото, серебро, мышьяк, сера, встречаются редко.
| Атмосфильные (атмосфера) | Гидрофильные (гидросфера) | Лнтофильиые (земная кора + верхняя мантия) | Халькофильные (нижняя мантия) | Сндерофилыше (ядро Земли) |
| N, О, С (в форме СО,) | Н и О (в форме Н 20) | Li, Na, К, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, B, Al, Sc, Y | Cu, Ag, Zn, Cd, Hg, Ga, In, Tl | Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au, Re, Mo. Ga, Sn |
| Н (Н 8О в виде пара) | С (в форме СОа в растворе) | Редкие земли ©, Si, Ti, Zr, Hf, Th | (Ge), (Sn), Pb As, Sb, Bi | |
| Благородные газы | (О), (N), щелочи | (P), V, Nb, Та | S, Se, Те | C, P |
| Са, Mg, галогены, бор | О, Cr, W, U (H), F, Cl. Br, J (Tl), (Ga), (Ge) (Fe), Mn | (Fe), (Mo), (Cr) | (Pb), (As), (W) |
Риc. 1, Зональное строение Земли и физические свойства вещества зон.
1 — плотность и давление; 2 — скорость распространения сейсмических волн (Vt — скорость поперечной волны, V1 — скорость продольной волны) и температура; 3 — сектор Земли.
Химическое и геохимическое своеобразие земной коры обусловливает предпочтительное образование тех или иных соединений. Частота вхождения химических элементов в состав минералов в целом соответствует их распространенности в земной коре.
Многообразие строения и размеров атомов (атомный радиус, катионный и анионный радиусы при разной валентности элементов) обусловливает многочисленность минеральных видов.
Мир минералов литосферы и атмосферы систематизирован в химическом отношении и расчленен на основании данных о тонкой атомной структуре на более дробные подразделения. В 1965 г. X. Штрунц разделил минералы на кристаллохимической основе на восемь классов.
I
II
ВАЖНЕЙШИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЗЕМНОЙ КОРЫ
| Элемент | Мас., % | Число |
| известных минералов | ||
| Кислород, О | 49,13 | 1221 |
| Кремний, Si | 26,00 | 377 |
| Алюминий, AI | 7,45 | 268 |
| Натрий, Na | 2,40 | 100 |
| Магний, Mg | 2,35 | 105 |
| Кальций, Са | 3,25 | 194 |
| Железо, Fe | 4,20 | 170 |
| Калий, К | 2,35 | 43 |
| Водород, Н | 1,00 | 798 |
| Углерод, С | 0,35 | 194 |
| Титан, Ti | 0,61 | 30 |
| Хлор, С 1 | 0,20 | 67 |
| Фтор, F | 0,08 | 50 |
III
Каждый минерал имеет определенный химический состав, находящий свое выражение в химической формуле. Последняя содержит в виде сокращенных символов названия входящих в состав соединения элементов, таких, как железо (Fe), марганец (Мп), никель (Ni), сера (S), кремний (Si), кислород (О), водород (Н), углерод ©, кальций (Са), натрий (Na), хлор (С 1) и т. д.
Рис. 2. Диаграмма, на которой показано распространение важнейших элементов в земной коре (литосфера–т–гидросфера+ + атмосфера) (в мае. %).
По обеим сторонам диаграммы показано содержание «ажнейших металле* (черные столбики).
Структурная формула отражает строение минерала. Соединение NaCl (каменная соль) состоит из одного атома натрия и одного атома хлора. При этом 23 массовые части натрия связаны с 25 массовыми частями хлора. Пирит, FeS2, состоит из одного атома железа и двух атомов серы, т. е. в нем 56 массовых частей железа связаны с (32–2) массовыми частями серы.
Вычисление содержаний тех или иных компонентов в минералах часто производится в массовых процентах. Для наглядности приведем простой пример. Минерал сидерит (железный шпат), FeCO2, имеет следующий состав:
| Элемент | Атомная масса | Содержание железа | |
| Железо, Fe | 55,85 | 55,85:15,86 = | |
| Углерод, С Кислород, Оз | 12,01 48,00 | = 48,2 мас.% Fe | 115,86 |
Чтобы в более наглядной форме представить химические взаимоотношения в минералах сложного состава, формулы в минералогии записывают несколько иначе. Калиевый полевой шпат (ортоклаз) имеет, например, химическую (структурную) формулу KAlSi3O8; если же выразить состав этого минерала в виде окислов, то его формула примет вид К 2О-Аl2О 3–6SiO2. Минерал состоит из
| 64,8 мас. % | SiO2 | (двуокись кремния), |
| 18,3 мас. % | А 1203 | (окись алюминия), |
| 16,9 мас. % | КаО | (окись калия). |
ОБРАЗОВАНИЕ И ОБЛИК МИНЕРАЛОВ И КРИСТАЛЛОВ
Изучение облика минералов, т. е кристалломорфо–логия, составляет один из существенных разделов минералогии. Минералогам, петрографам и исследователям месторождений, словом, каждому, кто занят изучением минерального мира, кристаллография — учение о кристаллах — необходима для диагностики минералов и их агрегатов. Подчас минералы встречаются в природе в виде правильных кристаллов, выросших в пустотах, но гораздо чаще в виде сплошных зернистых или плотных образований (рис. 3). Минералы, кристаллизовавшиеся в условиях земной коры, образованы по определенным законам. Их кристаллографическая форма зависит от химического состава, а также от физических условий образования — давления и температуры.
По своим размерам природные кристаллы могут быть самыми разными: от микроскопических до весьма крупных вплоть до нескольких метров длиной и в поперечном сечении. Внешний облик кристаллов зависит от того, насколько спокойно происходил их рост. Большинство кристаллов в природе растут медленно — тысячи и миллионы лет. Однако некоторые кристаллы растут очень быстро, например кристаллы легко растворимых солей, иногда сублимационных минералов (сера, таблички гематита) в кратерах действующих вулканов.
Вообще говоря, кристаллы образуются в тех случаях, когда какое–либо вещество переходит из жидкого или газообразного состояния в твердое. Рост кристалла начинается с образования зародышей и скелетных форм. При длительном, равномерном, беспрепятственном поступлении вещества со всех сторон возникают нормальные кристаллические формы, что, однако, едва ли является правилом. В большинстве случаев кристаллы стеснены в своем росте соседними телами (соседними кристаллами). Это приводит к образованию несовершенных кристаллов с искаженными гранями, так как поступление растворов, питающих кристалл, происходит с разных сторон неравномерно.
Признаками хорошо образованных форм монокристалла являются ровные, блестящие грани, отсутствие входящих углов (только двойниковые сростки имеют разнообразные входящие углы). Часто грани кристаллов бывают шероховатыми, с притупленными ребрами, а сами ребра закругленными. Подобные особенности следует относить за счет процессов растворения, когда на кристалл воздействовали активные растворы.
Многочисленные физические и химические свойства выкристаллизовавшихся минералов, такие, например, как характер роста кристаллов, форма кристаллов, твердость, спайность, растворимость и т. д., зависят от химического состава кристаллов, от их упорядоченного атомного или молекулярного строения. Изучением этих вопросов заняты специалисты одного из наиболее важных направлений исследований в кристаллографии. Например, кристалл каменной соли — хлорида натрия (NaCl), состоит из атомов натрия и хлора. По углам кубической элементарной ячейки NaCl располагаются, чередуясь, атомы натрия и хлора (табл. 1). Эти «кирпичики» расположены в пространстве закономерно. В целом подобная конструкция называется кристаллической решеткой. Каменная соль образует кубические кристаллы и спайные выколки по кубу именно вследствие своей характерной структуры.
В соответствии с химическим и кристаллографическим многообразием в минеральном мире существует некоторое количество структурных типов кристаллических решеток, иногда построенных просто, но чаще имеющих весьма сложное строение. Исследования атомного строения кристаллических решеток, успешно проводимые с помощью рентгенографии, включают изучение химии минералов и некоторых аспектов атомной физики.
Можно привести следующие примеры отдельных типов кристаллических структур: кубическая гранецентрированная решетка самородной меди, построенная из атомов меди, кубическая решетка галита (каменной соли), построенная из как бы вложенных друг в друга кубических гранецентрированных решеток из ионов Na+ или Сl-, кубическая решетка флюорита, слоистая решетка молибденита, гексагональная и тригональная решетки кварца, тригональная решетка кальцита.
Рис. 3. Полость рудной жилы в разрезе.
Многообразны типы кристаллических решеток у сульфидов и окислов. Особый интерес с точки зрения их структуры представляют силикаты, преобладающие в составе горных пород, и среди них в первую очередь такие, как полевые шпаты, слюды, оливин, пироксены, амфиболы. В составе этих минералов большую роль играют кремний (Si) и кислород (О). В силикатах атом кремния всегда окружен четырьмя атомами кислорода,
ТАБЛИЦА 1
КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ И КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ РЕШЕТКИ
Самородная медь, Сu Сингония кубическая, представлена гранецентрированным кубом с плотнейшей упаковкой атомов. Атомы меди расположены по углам куба и в центре каждой грани элементарной ячейки образующими правильный тетраэдр [SiO4]4~. Каждый атом кислорода в решетке силикатов одновременно принадлежит двум разным тетраэдрам. Благодаря этому возникают сдвоенные тетраэдры, кольцеобразные замкнутые группы тетраэдров (например, у берилла — двойные кольца), а при дальнейшей группировке атомов — цепи, двойные цепи (например, у пироксенов и амфиболов), двумерные бесконечные слои и трехмерные бесконечные каркасы (например, у полевых шпатов и лейцита).
Галит (каменная соль), NaCl Сингония кубическая, кристаллическая структура представлена ионной решеткой. Ионы натрия (Na+, черные шарики) и ионы хлора (Сl-, белые шарики) попеременно располагаются в углах малых кубов
Спайный выколок галита в форме куба, замкнутая спайная форма
Флюорит (плавиковый шпат), CaF2
Сингония кубическая. Ионы кальция (Са 2+) расположены по закону гранецентрированного куба. Ионы фтора (F-) занимают центры всех малых кубов
Поделиться книгой: