Минералы натуральные входящие в состав. Минералы и минералогия. Минералы
Минерал – природное вещество, состоящее из одного элемента или из закономерного сочетания элементов, образующееся в результате природных процессов, протекающих в глуби земной коры или на поверхности. Каждый минерал имеет определенное строение и обладает присущими ему физическими и химическими характеристиками. В настоящее время известно более 2 500 минералов (не считая разновидностей). Наука, изучающая минералы, называется минералогией .
Определение того, как образуются минералы, представляет собой сложную и трудную проблему, которая только недавно начинается с решения, хотя и ограниченного и неполного, для разнообразия экспериментальных и природных условий с развитием химико - физика на гетерогенных равновесиях в двух или более компонентах и исследования минеросинтеза. Даже микроскопическое исследование пород в тонких срезах и изучение их структур, проведенное с использованием современных методов и критериев, внесло значительный вклад в развитие знаний о минерагенезе.
В зависимости от агрегатного состояния , минералы подразделяются на твердые (кварц), жидкие (ртуть), газообразные (метан). Наибольшим распространением пользуются твердые минералы, среди которых, в свою очередь, преобладают кристаллическими (атомы в них расположены упорядоченно), и гораздо реже встречаются аморфные (с хаотичным расположением атомов). Наука о строении кристаллических минералов называется кристаллографией .
Превосходный процесс. - Минералы, составляющие породы, следуют в своем образовании трем основным генетическим процессам из них: эруптивным, осадочным, метаморфическим. Процесс извержения с последующим интрузивным и эффузивным подразделением заключается в том, что минералы образуются при уплотнении магмы, массы текучей среды, которые поднимаются из глубоких зон, чтобы затвердевать в менее глубоких областях или даже на поверхности.
Состав полученных пород известен, но не относится к исходной магме, особенно из-за летучих продуктов, которые выходят во время затвердевания. Их можно рассматривать как очень сложные растворы, в которых затвердевание пытается распознать порядок сегрегации минерала, что приводит к различным типам парагенетических ассоциаций, которые не являются случайными, но зависят от химического состава магмы и температурных условий и давление в затвердевании.
В зависимости от пространственного расположения элементарных частиц ,, составляющих кристаллическую решетку, все многообразие форм кристаллов можно свести к нескольким группам симметрий, или сингоний . Выделяют семь сингоний: моноклинную, триклинную, ромбическую, тригональную, тетрагональную, гексагональную, кубическую. Огромное влияние на структуру кристаллической решетки оказывают физико-химические условия минералообразования: кристаллы одного и того же минерала, возникшие в разных условиях, будут отличаться сингонией. Более того, из одного элемента возможно формирование совершенно разных минералов: например, состоящих из углерода графита и алмаза. Способность одинаковых по составу твердых веществ кристаллизоваться в разных модификациях называется полиморфизмом .
Гиббсом и Роозебом, и в последние годы они значительно продвинулись и активизировались. В дополнение к бинарным и тройным конденсатным системам изучались четыре или пять компонентных систем в отношении образования природных минералов. Многие другие исследования физики и физики, проводимые современными методами, способствуют решению проблемы, например, точное определение точек плавления минералов, а также очень важные по влиянию давления на точки плавления, явления перегрева, переохлаждение, уплотнение стекла и т.д. и даже при внутренних трениях скорость осадкообразования кристаллов из силикатов отливается от поверхностного натяжения отливок и т.д.
От внутреннего строения напрямую зависят физические свойства минералов. Так, обладающие кубической сингонией октаэдрические кристаллы алмаза – модификации углерода – характеризуются наивысшей твердостью. Другая же модификация углерода – графит – кристаллизуется в гексагональной сингонии и отличается минимальной твердостью. Кристаллическим минералам свойственна анизотропность – физические свойства в них отличаются по разным направлениям в кристалле. Наоборот, аморфным минералам характерна изотропность – сохранение физических характеристик, независимо от направления. К числу важнейших физических свойств, позволяющих производить макроскопическое определение минералов, относят следующие: твердость, блеск, цвет в куске, цвет в порошке (цвет черты), спайность, излом, прозрачность, удельный вес.
Все проблемы дифференциации лупы были пересмотрены снова, но, насколько это было пробовано рассматривать его как можно шире, условия эксперимента, проверенные в каждом типе опыта, далеки от естественности. Это особенно связано с сложностью самой магмы из-за большого влияния сильных давлений и фактора времени, которое мы пренебрегаем в лабораторных исследованиях и которое может иметь большое значение перед лицом многих геохимических явлений. очень ограниченный период времени дает минимальные эффекты, может дать впечатляющие эффекты, если он имеет очень долгий срок службы.
По занимаемому в составе горных пород объему минералы делятся на породообразующие и акцессорные . Породообразующими (их около 50) являются минералы, играющие первостепенную роль в составе горных пород. Состав породообразующих минералов служит одним из критериев, по которым определяют название горной породы. Акцессорные минералы встречаются в виде незначительных примесей (не более 5 % от объема породы) и их наличие не влияет на название породы. Кроме того, выделяют обширную группу рудообразующих минералов , использующихся человеком для производства металлов.
Так, например, концепции непроницаемости, инерции, нерастворимости, применяемые ко многим веществам, которые обычно считаются таковыми, теряются, если это геологических явлений, абсолютной величины, которыми они обычно обладают. Минералы могут образовываться в затвердевании магмы с пневматолитическими, пирохимическими, гидротермическими процессами под действием минерализующих веществ, высвобождением веществ из магии в воздушную форму и для которых важна, в частности, вода. Эти минералы, такие как касситер, турмалин, флюорит, фтор, апатит, циннвальдит и многие другие, называются пневматолитическими.
По происхождению минералы делятся на типы, которые объединяются в две группы: эндогенные – возникают в глуби земной коры благодаря процессам магматизма и метаморфизма, а также экзогенные – образующиеся в верхней части земной коры в результате выветривания и осаждения из водных растворов. Последовательность формирования минералов от эндогенных до экзогенных можно представить следующим образом.
Ниггли и многие другие вокруг влияния температуры дистилляции на дифференциацию магмы, теории минерализующих агентов, их влияния на равновесные комплексы ионов и кристаллизация литых пауков. Погружные минералы также встречаются в фумаролах, которые нельзя считать пневматолитическими, поскольку они происходят без каких-либо химических реакций или реакций между парами фумаролов в сульфатной фазе, такими как сильвит, салгем, котуннит и т.д.
Другим важным видом минералов является теплофизический контакт магматической массы с осадочными отложениями горных пород. Наличие магматической массы может служить установлением относительного возраста двух пород. Многочисленные хорошо кристаллизованные минералы, имеющие это происхождение, называются контактами и широко распространены в метаморфизме.
1. Магматический тип минералообразования имеет место в пределах магматического очага, возникающего в глуби земной коры. По мере остывания и гравитационного разделения магмы, из нее последовательно кристаллизуются вначале тугоплавкие, а затем все более легкоплавкие минералы. Соответственно, первыми возникают тяжелые зелено-черные минералы: оливин , авгит , лабрадор ; затем более легкие: роговая обманка , слюды , ортоклазы , а в завершение – самый легкий низкотемпературный кварц . Такая последовательность получила название реакционного ряда Боуэна (по имени канадского ученого).
Щелочные карбонаты, бикарбонаты щелочных металлов, оксиды, гидроксиды железа и алюминия и другие соли, которые образуются, транспортируются в разбавленный раствор или коллоидную суспензию вместе с твердыми остатками, потоками и реки, текущие в моря, где они сохраняются или осаждаются в почве или закрепляются животными или растительными организмами. После этих процессов образуются осадочные гены минералов, как нормальные элементы в осадочных породах, так и в виде особых образований внутри них.
В процессе химического осаждения осадки растворителя с выпариванием или без потери летучих компонентов оказывают значительное влияние, которые изменяют растворимость данной соли. Научное исследование выделения минералов из солевых растворов осуществляется химико-физическими методами, тем самым определяя кривые растворимости отдельных компонентов при данной температуре, аналогичные плавким кривым конденсата.
2. Пегматитовый тип проявляется на последних стадиях остывания магмы, при температурах 500 – 700° С, когда в расплавленном виде остаются лишь самые легкие фракции, обогащенные кислотами и щелочами и насыщенные газами. В этих условиях формируются своеобразные породы – пегматиты , сложенные крупными и гигантскими кристаллами кварца , ортоклаза , слюд . На данной стадии возникают многие драгоценные камни, рудные и радиоактивные минералы.
Как и в этих случаях, существуют простые случаи, то есть системы с летучим элементом и одним растворенным веществом, или с двумя или более, и становятся все более сложными с помощью двойных солеобразований, гидратированных солей, разделения кристаллов в смеси, Ключевым исследованием является исследование Ван Гоффа о осаждении многих минералов кальция, калия, магния, натрия, таких как полигалогенит, кизерит, карналлит, бишоффит и т.д. Из салгемического поля в Штассфурте.
Долгое время фундаментальным для исследования кристаллизации из водного раствора была теория Нернста о том, что вход вещества происходит в виде диффузионного тока из окружающего раствора, насыщенного растущим кристаллом, который немедленно поглощает слой насыщенной жидкости Кроме того, ряд химических и физических побочных эффектов способствовал решению проблемы. Изучалось влияние добавления веществ в растворы на процесс кристаллизации и кристаллического плавника. кристаллов и его влияние на явления роста и образование вицинальных граней.
3. Пневматолитовый тип заключается в кристаллизации перенасыщенного газами вещества магмы, поднимающегося по трещинам земной коры. Из летучих соединений формируются руды висмута, вольфрама, молибдена, мышьяка и др. Когда температура понижается до 500° С, пневматолитовый тип начинает сопровождаться гидротермальными процессами, ведущими к накоплению рудообразующих минералов: галенита , сфалерита , киновари , халькопирита , пирита , золота , а также кальцита и др.
Обсуждался вопрос о векторной анизотропии скорости роста, тесно связанной с кристаллическим платьем. Исследована связь между анизотропией роста и анизотропией раствора, а также между кристаллической оболочкой и парагенезисом. И многие другие вопросы были рассмотрены, но точные количественные исследования были в любом случае еще более сложными для многих тревожных факторов. Более того, более трудно, минералы могут возникнуть из-за химического осаждения из-за реакции между двумя растворами: например, раствор сульфата бария и сульфат железа выпадает в осадок сульфата бария.
4. Гидротермальный тип начинается при охлаждении газов и растворов до 375° С, что обуславливает образование как самородных минералов, так и хлоридных, сульфатных и других соединений: серы , галита , сильвина и др.
5. Гипергенный тип минералообразования проявляется на земной поверхности в воздушной или водной среде, или на небольших глубинах в земной коре. Здесь неустойчивые ко внешним воздействиям минералы разрушаются и переходят в устойчивые соединения. Основополагающее значение принадлежит процессам выветривания, осаждения веществ из водных растворов, деятельности подземных вод. Характерными минералами являются каолин, монтмориллонит, галит, сильвин, малахит, лимонит, боксит и др.
Другим важным действием является то, что из-за карбонатов кальция и кремнезема в растворе. Мощность растворителя в воде значительно возрастает с увеличением температуры и давления, поэтому при спусках эти воды обогащаются минералами, которые затем осаждаются при снижении температуры и давления.
А также для химического действия циркулирующих растворов или магматического разделения паров и газов их минералогические компоненты будут возобновляться в медленном и общем метаморфическом процессе. В частности, когда образована горная цепь, интенсивные явления гофрирования они достигают почти полной рекристаллизации или превращения минералов. Вот как генезис этих, как нормальных элементов метаморфических пород.
6. Метаморфический тип обусловлен воздействием на горные породы высоких температур, давления, а также магматических газов и растворов. При этом возникает обширный перечень минералов, как хлорит , тальк , графит , магнетит и др.
Процессы минералообразования могут сопровождаться метасоматозом – замещением одних минералов другими при изменении физико-химических условий. Например, переходом пирита (FeS 2) в лимонит (Fe 2 O 3 x nH 2 O) в результате окисления. Кроме того, возможно образование одного и того же минерала в разных условиях. Наконец, каждому типу минералообразования характерны свои, строго закономерные сочетания минералов, что ведет к образованию минералов-спутников. Такое явление получило название парагенезиса. Практическое значение парагенезиса заключается в том, что на основании обнаружения одного минерала, можно предполагать наличие другого. Так, наличие пегматитового кварца свидетельствует о возможности обнаружения золота.
Эпидоты и гранаты, хлориды, серпентин и тальк, слюда и каолин, салманиты и цианиты и многие другие являются минералами, характерными для нового метаморфического генеза. Их формирование из примитивных минералов вносит свой вклад в пневматическую гидротермальную химию. Минералогический состав метаморфической породы также связан с зоной глубины, где произошел процесс трансформации, или более или менее интенсивными тектоническими событиями в течение орогенетического цикла.
Так, например, действие при слегка повышенной температуре и давлении воды и двуокиси углерода на ортофото, генерирует мусковит, каолин и кварц. Подобные реакции приводят к генезису оливинового серпентина или пирофорного пирувата, хлорита или талька у амфибий.
МИНЕРАЛЫ И МИНЕРАЛОГИЯ. Минералы - твердые природные образования, входящие в состав горных пород Земли, Луны и некоторых других планет, а также метеоритов и астероидов. Минералы, как правило, - довольно однородные кристаллические вещества с упорядоченной внутренней структурой и определенным составом, который может быть выражен соответствующей химической формулой. Минералы не являются смесью мельчайших минеральных частиц, как, например, наждак (состоящий в основном из корунда и магнетита) или лимонит (агрегат гетита и других гидроксидов железа), к ним относятся также соединения элементов с неупорядоченной структурой, подобные вулканическим стеклам (обсидиану и др.). Минералами считаются химические элементы или их соединения, образовавшиеся в результате естественных природных процессов. Из числа минералов исключаются такие важнейшие виды минерального сырья органического происхождения, как уголь и нефть.
Характерным в празинитовых зеленых породах является метаморфический генезис интимной ассоциации: «альбитовый эпидот», путем сортировки исходных изоморфных содико-кальциевых смесей плагиоклаза. Это наблюдается в областях, не очень глубоких, где они не слишком высокие или в в которых преобладают динамические воздействия, поэтому влияние фактора давления вытесняет систему в сторону вышеупомянутой ассоциации, которая в сборке имеет меньший молекулярный объем соответствующей смеси плагиоклазы.
Как последнее пневматолито-гидротермическое проявление метаморфических явлений, образование минералов литоклаза, то есть кристаллов, которые справляются с расколами метаморфических пород, можно увидеть во многих альпийских полях: Готтардо, Оссола, Альто-Адидже, Тироль и т.д. следующий список может дать представление о наиболее распространенной серии минералов для одного из этих гнейсовых пород, упорядоченных по наблюдаемой генетической последовательности: анфибол, эпидот, титанит, хлорит, альбит, адулярия, кварц, кальцит и цеолит.
Минералогия - наука о минералах, их классификации, химическом составе, особенностях и закономерностях строения (структуры), происхождении, условиях нахождения в природе и практическом применении. Для более глубокого объяснения внутреннего строения минералов и их связи с историей Земли минералогия привлекает математику, физику и химию. Она в большей мере, чем другие геологические науки, использует количественные данные, так как для адекватного описания минералов необходимы тонкий химический анализ и точные физические измерения.
И, наконец, следует помнить, что новые минералы могут быть получены для процессов изменения минералов на поверхности земной коры. Они в основном обусловлены действием внешних или атмосферных агентов, то есть действием кислорода, воды и углекислого газа. Поэтому наиболее распространенными трансформациями являются гидратация, окисление, карбонизация.
Существуют минералы, устойчивые к атмосферным агентам, так как есть другие, которые легко атакуют и разлагаются. Например, на силикатах наблюдаются поверхностные явления, аналогичные явлениям, вызванным пневматолитическими или гидротермальными изменениями, приводящими к распаду пород, явление, которое начинается с седиментации. Например, превращение полевого шпата в белую слюду и чаще в каолин. Обычно внешними агентами агента нет образования чистого каолина, такого как эндогенные, но коллоидные гидратированные коллоидные силикаты неопределенного состава, которые являются глинистым веществом.
ИСТОРИЯ МИНЕРАЛОГИИ
Кремневые отщепы с острыми краями применялись первобытным человеком в качестве орудий труда уже в палеолите. Кремень (тонкозернистая разновидность кварца) долгое время оставался главным полезным ископаемым. В древности человеку были известны и другие минералы. Некоторые из них, например вишневый гематит , желто-коричневый гетит и черные оксиды марганца, применялись в качестве красок для наскальной живописи и раскрашивания тела, а другие, например янтарь , нефрит, самородное золото , - для изготовления ритуальных предметов, украшений и амулетов. В Египте додинастического периода (5000-3000 до н.э.) знали уже много минералов. Самородная медь , золото и серебро использовались для украшений. Несколько позже из меди и ее сплава - бронзы стали изготавливать орудия труда и оружие. Многие минералы употреблялись в качестве красителей, другие - для украшений и печаток (бирюза , жад , хрусталь, халцедон , малахит , гранат , лазурит и гематит). В настоящее время минералы служат источником получения металлов, строительных материалов (цемент, штукатурка, стекло и проч.), сырья для химической промышленности и др.
В первом известном трактате по минералогии О камнях ученика Аристотеля грека Теофраста (ок. 372-287 до н.э.) минералы делились на металлы, земли и камни. Примерно через 400 лет Плиний Старший (23-79 н.э.) в пяти последних книгах Естественной истории обобщил все имевшиеся на тот момент сведения по минералогии.
В раннем Средневековье в странах арабского Востока, воспринявших знания античной Греции и древней Индии, происходил расцвет науки. Среднеазиатский ученый-энциклопедист Бируни (973 - ок. 1050) составил описания драгоценных камней (Минералогия ) и изобрел метод точного измерения их удельных весов. Другой выдающийся ученый Ибн Сина (Авиценна) (ок. 980-1037) в трактате О камнях дал классификацию всех известных минералов, разделив их на четыре класса: камни и земли, горючие ископаемые, соли, металлы.
В Средние века в Европе происходило накопление практических сведений о минералах. Горняк и старатель по необходимости становились минералогами-практиками и передавали свой опыт и знания ученикам и подмастерьям. Первым сводом фактических сведений по практической минералогии, горному делу и металлургии стал труд Г.Агриколы О металлах (De re metallica ), опубликованный в 1556. Благодаря этому трактату и более раннему труду О природе ископаемых (De natura fossilium , 1546), в котором содержится классификация минералов на основе их физических свойств, Агрикола прослыл отцом минералогии.
На протяжении 300 лет после выхода работ Агриколы исследования в области минералогии были посвящены изучению природных кристаллов. В 1669 датский натуралист Н.Стенон, обобщив свои наблюдения над сотнями кристаллов кварца, установил закон постоянства углов между гранями кристаллов. Столетием позже (1772) Роме де Лиль подтвердил выводы Стенона. В 1784 аббат Р.Гаюи заложил основы современных представлений о кристаллической структуре. В 1809 У.Волластон изобрел отражательный гониометр, что позволило проводить более точные измерения углов между гранями кристаллов, а в 1812 выдвинул концепцию пространственной решетки как закона внутреннего строения кристаллов. В 1815 П.Кордье предложил изучать оптические свойства обломков раздробленных минералов под микроскопом. Дальнейшее развитие микроскопических исследований связано с изобретением в 1828 У.Николем устройства для получения поляризованного света (призмы Николя). Поляризационный микроскоп был усовершенствован в 1849 Г.Сорби, который применил его к изучению прозрачных шлифов горных пород.
Появилась необходимость классификации минералов. В 1735 К.Линней опубликовал труд Система природы (Systema naturae ), в котором минералы классифицировались по внешним признакам, т.е. так же, как растения и животные. Затем шведскими учеными - А.Кронстедтом в 1757 и Й.Берцелиусом в 1815 и 1824 - было предложено несколько вариантов химических классификаций минералов. Вторая классификация Берцелиуса, модифицированная К.Раммельсбергом в 1841-1847, прочно утвердилась после того, как американский минералог Дж.Дана положил ее в основу третьего издания Системы минералогии (Dana"s System of Mineralogy , 1850). Большой вклад в развитие минералогии в 18 - первой половине 19 в. внесли немецкие ученые А.Г.Вернер и И.А.Брайтхаупт и русские - М.В.Ломоносов и В.М.Севергин.
Во второй половине 19 в. усовершенствованные поляризационные микроскопы, оптические гониометры и аналитические методы позволили получить более точные данные по отдельным минеральным видам. Когда с помощью рентгеновского анализа стали изучать кристаллы, пришло более глубокое понимание строения минералов. В 1912 немецкий физик М.Лауэ экспериментально установил, что информация о внутренней структуре кристаллов может быть получена путем пропускания сквозь них рентгеновских лучей. Этот метод произвел переворот в минералогии: преимущественно описательная наука стала более точной и минералоги смогли увязать физические и химические свойства минералов с их кристаллическими структурами.