Встречаемость минералов в природе

Из огромного количества минералов массовое распространение в природе имеют очень немногие. Количество минералов в природе определяется количеством того или иного химического элемента, входящего в их состав.

Химический состав минералов весьма разнообразен, в их состав входят все химические элементы таблицы Д.И. Менделеева. Но, как и встречаемость минералов в природе, участие химических элементов в составе минералов не одинаково. Одни элементы склонны образовывать минералы чаще, другие – реже, а некоторые совсем не образуют их.

В природе относительно велико число минералов, содержащих кислород или кремний, меньше алюминиевых, еще меньше железистых и кальциевых и т.д. Так, кислород участвует в строении 1750 минералов, кремний – 800, железо и кальций – 290. На долю этих элементов приходится свыше 92% веса земной коры. Если к ним прибавить еще натрий, калий и магний, то эти элементы составят более 98% веса земной коры. На долю остальных химических элементов приходится менее 1% веса земной коры (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Химический состав Земли (об. %)

В основном они рассеяны в горных породах, но бывают сконцентрированы в рудных телах и месторождения. Видное место среди них занимают водород, углерод, фосфор, сера, хлор, титан, марганец и хром.

Минералы, играющие существенную роль в составе горных пород, называются породообразующими (кварц, полевой шпат, слюда и др.).

Для удобства запоминания необходимо знать, что практически все породообразующие минералы – это кристаллические постройки на основе кислорода, кремния и алюминия. Таких минералов насчитывается около 30 и они составляют основную часть земной коры.

Другие минералы встречаются в горных породах в незначительных количествах. Такие минералы называются акцессорными. Общий минеральный состав земной коры представлен на рис 1.2.

Рис. 1.2. Общий минеральный состав земной коры (об. %)

1.3. Кристаллы и минеральные агрегаты

В природе различные минералы могут встречаться в разнообразном фазовом состоянии: твердом, жидком или газообразном. Наиболее распространенным фазовым состоянием минералов является твёрдое. Это либо отдельные кристаллы и их сростки, либо минеральные массы, наблюдаемые в виде сплошных зернистых агрегатов различных размеров и форм. Мы рассмотрим наиболее распространенные формы минералов, встречающиеся в земной коре.

Кристаллами называются природные твердые тела способные самоограняться. Элементами кристаллов являются грани, ребра и вершины (рис. 1.3).

Минералы, состоящие из таких кристаллов, называются кристаллическими. Размер кристаллов, слагающих минералы, бывают разными: от микроскопических, различимых только под микроскопом, до гигантских, в первые метры и весом в несколько тонн.

Вещество кристаллов составляют материальные частицы: атомы, ионы и молекулы, образующие строго закономерные для каждого кристалла пространственные решетки.

Рассмотрим простейшую кристаллическую структуру, которая присуща минералу галиту, имеющему химический состав NaCl (рис. 1.4).

Этот минерал кристаллизуется в виде куба и имеет способность раскалываться на более мелкие кубики по ровным плоскостям.

Кристаллическая решетка галита представляет собой чередование атомов натрия и хлора в закономерном порядке.

Катионы натрия и аниона хлора находятся в вершинах маленьких бесконечно повторяющихся «элементарных» кубиков. Это кубическая кристаллическая структура. Вдоль сторон куба расположены слои с ионами натрия и хлора. Слоев с такими направлениями в кубе три и располагаются они вдоль трёх осей прямоугольных координат. Способность кристаллов галита раскалываться на кубики обусловлена именно этим строением.

В отличие от кристаллических минералов аморфные минералы не имеют закономерного внутреннего строения. Это изотропные вещества, обладающие по всем направлениям одинаковыми физическими свойствами.

Среди других минеральных форм, называемых агрегатами, наиболее распространенными являются зернистые агрегаты, землистые массы, друзы, конкреции, секреции, жеоды, оолиты, натечные образования, корочки, примазки, дендриты.

Зернистые агрегаты– минеральные образования, сложенные зернами различной величины и формы (оливин, апатит).

Землистые массыпредставляют собой значительные по величине скопления мучнистых минеральных масс разнообразной плотности (каолинит, охра).

Друзы – это сростки большого или меньшего числа хорошо ограненных кристаллов, имеющих одно общее основание (рис. 1.5. а). Друзы образуют минералы кварца, берилла, топаза, кальцита и др.

Конкреции – это шарообразные или неправильно-округлой формы минеральные тела, образовавшиеся в горной породе в результате кристаллизации минерального вещества вокруг какого-либо включения, которым может быть либо зерно другого минерала, либо вещество органического происхождения. Для конкреции характерно радиально-лучистое строение или концентрически-зональное (рис. 1.5. б). Размеры конкреции колеблются от нескольких миллиметров до нескольких метров в диаметре. Наиболее часто в виде конкреций встречаются фосфорит, пирит, халцедон, сидерит.

Секреции – минеральные тела различной формы, являющиеся результатом заполнения минеральным веществом какой-либо естественной полости. Рост их происходит от периферии к центру (рис. 1.5. в). Если центральная часть полости остается свободной, то такие образования называются жеодами. Внутри них иногда вырастают друзы кристаллов (горный хрусталь, аметист, пирит и др.).

Рис. 1.5. Агрегаты минералов: а – друза; б – конкреция; в − секреция

Оолиты – образования шаровидной и эллипсовидной формы, образующиеся по типу конкреций, но отличаются от них небольшими размерами (до 10 – 15мм.). Оолиты обычно имеют концентрическое строение и образуются чаще всего из карбонатных (кальцит) и железисто-силикатных соединений.

Натечные формы – минеральные образования, возникшие в пустотах горных пород за счет поступавших туда длительное время коллоидов и их осадков – гелей, из которых формировались почковидные натеки, корочки, сосульки слоистого строения.

Наиболее характерные из них сталактиты и сталагмиты. Натечные формы образуют такие минералы, как кальцит, малахит, лимонит, опал, халцедон.

Корочки – представляют собой тонкий слой плотно сросшихся мелких кристалликов в какого-либо минерала. Встречаются на поверхности трещин или полостей в горных породах, например – корочки солей.

Налёты, примазки – это более тонкие пленки на поверхности кристаллов, представляющие собой различные по составу минералы. В виде примазок могут встречаться пленки гидроокислов железа, меди, марганца, мелкие кристаллики кальцита или гипса.

Если натеки имеют вид узоров, напоминающих форму веток, возникающих при морозе на оконных стеклах, то в этом случае они называются дендритами. Наиболее часто дендриты образованы гидроокислами марганца.

Жидкие минералы (самородная ртуть, вода) характеризуются отсутствием определенной формы и наличием определенного объема. По этим признакам они занимают промежуточное положение между твердыми телами и газами, но по своей природе ближе к твердым телам, чем к газам. Из жидких минералов наибольшее значение имеет вода, как в качестве породообразующего минерала, так и в качестве полезного ископаемого.

В газообразном состоянии в природе широко распространены такие соединения, как кислород, азот, углекислый газ и др. Газообразные вещества имеют очень слабые связи между частицами и поэтому обладают малой плотностью.

1.4. Физические свойства минералов

Многие минералы можно распознать по внешним признакам, не прибегая к специальным методам исследования (кристаллографическому, структурному, термическому, спектральному, химическому и другим). Для этого необходимо знать физические свойства минералов.

Физические свойства минералов подразделяются на оптические, механические и прочие. Сочетание этих свойств наряду с химическими строением у каждого минерального вида неповторимо. Наиболее характерными оптическими свойствами минералов являются: цвет минерала в куске и цвет его порошка (так называемый цвет черты), прозрачность, блеск, механическими - спайность, излом, твердость, удельный вес. Для некоторых минералов характерны особые, только им присущие свойства. Среди таких свойств выделяют: вскипание в соляной кислоте, вкус, магнитные свойства, люминисцентность, двойное лучепреломление, электрические свойства.