содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..

глава v МИНЕРАЛЫ   ЗЕМНОЙ   КОРЫ

§ 1. Понятие о минералах

Минералами называются природные химические соединения или самородные элементы, образовавшиеся в результате различ­ных физико-химических процессов в недрах Земли или на ее поверхности.

Изучением химического состава минералов, их физических свойств и условий происхождения занимается минералогия. Кри­сталлические формы минералов рассматриваются в кристаллогра­фии.

В природе известно свыше 2000 минералов. По физическому состоянию они подразделены на жидкие, газообразные и твердые. К жидким относят воду, нефть, ртуть; к газообразным — природ­ные газы, например метан и сероводород. Однако подавляющая часть минералов — твердые.

В зависимости от расположения молекул и атомов твердые минералы бывают кристаллические и аморфные. У минералов, находящихся в кристаллическом состоянии, молекулы и атомы располагаются в строго определенном для данного вещества по­рядке, образуя структурную решетку. Физические свойства та­ких минералов постоянны в любых параллельных направлениях и меняются в непараллельных. Другими словами, кристалличе­ские тела разносвойственны, или анизотропны. Аморфные мине­ралы характеризуются беспорядочным расположением молекул и атомов. Их физические свойства развиваются во всех направ­лениях одинаково, в связи с чем эти тела равносвойственны, или изотропны.

Минералы, находящиеся в кристаллическом состоянии, встре­чаются в природе чаще всего в виде агрегатов (скоплений зерен) и реже в виде кристаллов правильной формы.

Наиболее распространены следующие агрегаты: 1) зернистые, представляющие собой скопление сросшихся минеральных зерен;

2) друзы — несколько     минералов,   сросшихся     у    основания;

3) конкреции — образования шарообразной формы, имеющие концентрическое или радиально-лучистое строение; 4) жеоды — пустоты в горной породе, частично заполненные минеральным ве­ществом; 5) секреции — выполненные минеральным веществом пустоты; 6) оолиты — образования шаровидной и эллипсоидаль­ной формы, имеющие концентрически-скорлуповатое и иногда радиально-лучистое строение; характеризуются наличием в цен­тре минеральных обломков, органических остатков или пузырь­ков газа; часто встречаются в известняках, железных рудах, бок­ситах, кремнистых породах; 7) дендриты — древовидные обра­зования, состоящие из отдельных сросшихся друг с другом кри­сталлов ветвеобразной формы, возникающие вследствие быстрой кристаллизации минералов; 8) натечные формы — образуются в результате выделения минерального вещества из растворов — это сталактиты, сталагмиты, почковидные агрегаты и др.

Форма кристаллов может быть самой различной: октаэдр (восьмигранник^, додекаэдр (двенадцатигранник), трех-, четырех-и шестигранные призмы и пирамиды.

§ 2. Физические свойства минералов

К основным физическим свойствам минералов относят кри­сталлическую форму, цвет в образце и цвет тонкого порошка (черты), побежалость, прозрачность, блеск, твердость, спайность, излом, плотность и др. На основании этих свойств можно опре­делить большинство минералов, не прибегая к химическому ана­лизу.

Кристаллическая форма является, пожалуй, самым точным внешним признаком для определения минералов. Однако в природе минералы встречаются главным образом в виде зерен неправильной формы, не имеющих четко выраженных кри­сталлических граней, и установить их кристаллическую форму невооруженным глазом очень трудно. Для этой цели применяются оптические методы исследования шлифов.

Иногда минералы образуют кристаллические формы, несвой­ственные им. Это обусловлено замещением ранее существовавших минералов с сохранением их внешней формы. Такое явление на­зывается псевдоморфизмом. Например, встречающиеся в природе кубы лимонита, никогда не образующего кристаллы, представ­ляют псевдоморфозу по пириту, кристаллы которого имеют форму куба.

Цвет минералов — бржный признак для их характеристики и диагнсстики. Различают цвет минерала в образце и цвет тонкого порошка — черты. Цвет минералов может быть обусловлен вну­тренними их свойствами, незначительными изоморфными при­месями и включениями посторонних минералов, различными све­товыми эффектами (преимущественно с явлениями интерферен-

ции). Поэтому цвет одного и того же минерала может иметь различ­ные оттенки.

Цвет черты — цвет тонкого порошка минерала, который образуется, если минералом провести черту на неглазурованной поверхности фарфоровой пластинки. Цвет черты может отличаться от цвета образца.

Побежалость — окраска минералов, связанная с по­явлением на них тончайшей пленочки других минералов. Чаще побежалость бывает радужной, переливающейся различными цветами, напоминающими окраску тонких пленок нефти, иногда одноцветной.

Блеск минералов обусловлен их способностью отражать свет и зависит в основном от показателя преломления света. Различают блеск металлический и полуметаллический для не­прозрачных минералов, стеклянный, алмазный, перламутровый, смолистый, восковой и др.

Твердость минераллов — сопротивление механическому воздействию другого, более прочного тела. Точное определение твердости минерала производится специальными приборами — микротвердомерами. Приближенно она оценивается по эталонным минералам шкалы Мооса, которую составляют 10 минералов в по­рядке увеличения твердости на единицу: 1 — тальк, 2 — гипс, 3 — кальцит, 4 — флюорит, 5 — апатит, 6 — ортоклаз, 7 — кварц, 8 — топаз, 9 — корунд, 10 — алмаз.

Если один из минералов царапает другой, то он считается более твердым. Для определения твердости какого-либо минерала его сравнивают с парой смежных эталонных минералов.

Спайность минералов — свойство кристаллов колоться по плоскостям, параллельным действительным и возможным гра­ням. Эти плоскости называются плоскостями спайности. Явление спайности объясняется особенностями внутреннего строения кри­сталлов. Различают несколько степеней спайности. При весьма совершенной спайности минерал легко расщепляется пальцами на отдельные пластинки (слюда, гипс). Совершенная спайность про­является в том, что при ударе молотком минерал раскалывается по ровным плоскостям (кальцит). Для средней степени спайности характерно образование при раскалывании минерала ступенча­тых поверхностей с параллельными ступеньками (полевой шпат). При несовершенной спайности на обломках расколотого мине­рала лишь изредка можно обнаружить остатки плоскостей (бе­рилл). У минералов с весьма несовершенной спайностью на из­ломе практически нельзя обнаружить ровных, параллельных друг другу поверхностей (кварц).

Излом — это форма поверхности раскола, на которой нельзя обнаружить элементов спайности. Различают формы из­лома: раковистый, напоминающий волнистую поверхность ра­ковины (сера); занозистый, напоминающий неструганую доску /роговая обманка); землистый, имеющий матовую поверхность,

как бы покрытую мелкой пылью (мел, лимонит); зернистый, характерный для минералов с зернистым строением (мрамор, антрацит).

Относительная плотность минералов изме­няется от долей единицы (газы, нефть, лед) до 23 (осмистый ири­дий). В соответствии с этим различают минералы легкие с относи­тельной плотностью до 2,5; средние — 2,5—4 и тяжелые — свыше 4.

Наряду с перечисленными общими для всех минералов свой­ствами ряд минералов обладает характерными только для них физическими свойствами, являющимися иногда их основными диагностическими признаками. К таким свойствам следует от­нести прозрачность минералов, их ковкость, плавкость, магнит­ные свойства, реакции с кислотами и т. п.

§ 3. Классификация минералов по химическому составу

В зависимости от химического состава все минералы разде­ляются на несколько классов, важнейшими из которых являются: самородные элементы, сульфиды, галоиды, окислы и гидроокислы, карбонаты, фосфаты, сульфаты, силикаты, а также природные органические соединения.

Самородные элементы. Это класс минералов, со­стоящих из какого-либо одного элемента. Они мало распростра­нены в земной коре. К ним относятся золото, серебро, медь, платина, алмазы, графит, сера и др.

Сера — S. Встречается в виде кристаллов и землистых агре­гатов, желваков, налетов; цвет соломенно-желтый до бурого; черта бесцветная; блеск жирный; твердость 1,5—2,5; спайность несовершенная; относительная плотность 2; образуется при химическом разложении гипса и сернистых соединений, при вул­канических извержениях.

Сульфиды (сернистые соединения). Класс сульфидов объединяет свыше 250 минералов. В химическом отно­шении сульфиды представляют собой соединения различных эле­ментов с серой (производные H2S). Наиболее распространены галенит, сфалерит, халькопирит, пирит, борнит, киноварь, молиб­денит и др.

Галенит (свинцовый блеск) — PbS. Кристаллы кубической формы; цвет свинцово-серый; черта серовато-черная, блестящая; непрозрачен; блеск металлический; твердость 2,5; спайность совершенная по кубу; относительная плотность 7,5; часто встре­чается с пиритом и сфалеритом; нередко содержит примеси се­ребра; происхождение гидротермальное. Применяется как руда на свинец и серебро.

Сфалерит (цинковая обманка) — ZnS. Встречается в виде кристаллов тетраэдрической формы; цвет бурый, коричневый, черный, реже желтый, зеленоватый; красный, иногда бесцвет-64

ный; черта желтая; блеск жирный, алмазный; прозрачен или полупрозрачен; изотропен; твердость 3—4; спайность весьма совершенная; относительная плотность 3,5—4,2; образуется при гидротермальных процессах. Применяется как цинковая руда.

Халькопирит (медный колчедан) — CuFeS2. Встречается в виде неправильных зерен и сплошных масс; кристаллы тетраэдриче­ской и октаэдрической формы; цвет латунно-желтый, нередко с пестрой побежалостью; черта черная с зеленоватым оттенком; блеск металлический; твердость 3—4; спайность несовершенная; относительная плотность 4,1—4,3; непрозрачен; слабо анизотро­пен; происхождение различное. Применяется как медная руда.

Пирит (серный колчедан) — FeS2. Самый распространенный сульфид; встречается в виде кристаллов кубической формы, сплошных масс, конкреций и т. п.; цвет светло-желтый, часто с побежалостью латунно-желтого, бурого и пестрого цвета; не­прозрачен; изотропен; твердость 6,65; спайность весьма несовер­шенная; относительная плотность 4,9—5,2; происхождение раз­личное. Применяется как сырье для получения серной кислоты.

Галоиды. Минералы этого класса представляют собой соли галоидно-водородных кислот: НС1, HF, НВг, HI. Наиболее распространены соли хлористой кислоты — галит и сильвин.

Галит (каменные соли) — NaCl. Встречается в виде кристал­лических агрегатов, реже — отдельных кристаллов кубической формы; бесцветный или белого цвета, встречаются разности крас­ного, серого, синего, желтого цветов; прозрачен и просвечивает; твердость 2; спайность совершенная в трех направлениях; отно­сительная плотность 2,15; хрупкий; легкорастворим в воде; вкус соленый; образуется в процессе осадконакопления, осаж­дается на дне соленых озер и залегает в виде пластов.

Окислы и гидроокислы. Минералы этого класса составляют около 17 % массы литосферы. Класс делится на две группы: 1) окислы и гидроокислы кремния (кварц, халцедон, опал и др.), 2) окислы и гидроокислы металлов (гематит, магне­тит, лимонит, касситерит, корунд и др.).

Кварц — SiO2. Один из наиболее распространенных в природе минералов, на его долю приходится более 12 % массы литосферы; встречается в виде зернистых агрегатов, хорошо образует кри­сталлы в форме шестигранной призмы, оканчивающейся с одной или двух сторон шестигранной пирамидой; грани часто покрыты тонкой поперечной штриховкой; цвет кварца различный; его бес­цветная прозрачная разновидность — горный хрусталь, серо­ватая— дымчатый кварц, фиолетовая — аметист, черная — ма-рион; блеск на гранях стеклянный, на изломе — жирный; твер­дость 7; спайность весьма несовершенная; излом раковистый, неровный; относительная плотность 2,7; происхождение кварца различное.

Скрытокристаллическая разновидность кварца называется хал­цедоном. Он образует плотные массы, натечные образования,

желваки молочно-ceporo, желтого и других цветов; полосчатая разновидность халцедона называется агатом, а загрязненная песком и глиной — кремнем.

Опал — SiO2-nH2O. Аморфный минерал, встречающийся в виде плотных натечных масс; цвет желтоватый, оранжевый, красно­ватый, черный; блеск слабостеклянный, слабожирный; излом раковистый, неровный; твердость 5,5; относительная плотность 1,9—2,3; при нагревании кусочков опала в пробирке выделяется вода, этим опал отличается от халцедона.

Гематит (железный блеск) — Fe2O3. Встречается в виде листовых, чешуйчатых, зернистых и землистых агрегатов, редко в виде кристаллов ромбоэдрического строения; цвет в кристаллах серо-стальной до черного, в чешуйках просвечивает тёмнокрас­ным, землистые агрегаты — красные; черта вишнево-красная; блеск металлический; твердость 5—6; спайность несовершенная; излом раковистый; непрозрачный; относительная плотность 5,2; обладает магнитными свойствами; образуется при метаморфиче­ских и гидротермальных процессах. Гематит является важнейшей железной рудой.

Магнетит (магнитный железняк) — FeO-Fe2O3. Встречается в виде зернистых масс, вкраплений, кристаллов; цвет железо-черный с синеватым оттенком; черта черная; блеск металличе­ский; непрозрачный; твердость 5,5—6,5; спайность несовер­шенная; относительная плотность 4,9—5,2; обладает сильными магнитными свойствами; наиболее крупные месторождения имеют метаморфическое происхождение.

Карбонаты. Класс карбонатов объединяет минералы, являющиеся солями угольной кислоты Н2СО3. Для всех карбона­тов характерна способность вступать в реакцию с соляной кисло­той НС1. На их долю приходится около 2 % массы земной коры. Некоторые карбонаты являются рудами металлов: железа, мар­ганца, меди, цинка, свинца и др.

Кальцит (известковый шпат) — СаСО3. Самый распростра­ненный минерал этого класса, он целиком слагает такие породы, как известняк, мел и мрамор; бесцветный, белый, из-за примесей иногда имеет желтые, розоватые, сероватые и голубоватые тона; черта белая; блеск стеклянный, иногда перламутровый; прозрач­ный или просвечивает, прозрачные кристаллы кальцита называются исландским шпатом; твердость 3; спайность совершенная; отно­сительная плотность 2,6; бурно реагирует с соляной кислотой; происхождение осадочное, гидротермальное, биогенное, может быть также продуктом метаморфизма. Применяется в строитель­ной, химической, металлургической, оптической и других отрас­лях промышленности.

Доломит — MgCa(CO3)2. Встречается в виде зернокристалли-ческих масс, почвовидных, шаровидных и других агрегатов; цвет белый, сероватый, красноватый, зеленоватый; блеск стеклянный; твердость 3,5—4, спайность совершенная; относительная плот-

ность 2,8—2,9; реагирует с НС1 в порошке или при нагревании; происхождение гидротермальное и осадочное. Применяется в строи­тельной, металлургической и других отраслях промышленности.

Фосфаты. Фосфаты относительно слабо распространены. Их масса не превышает 0,1 % массы литосферы. Из многочислен­ных минералов этого класса, в основном солей ортофосфорной кислоты, наибольшее практическое значение имеют апатит и фосфорит.

Апатит — Са5 (F или С1) (РО4)3. Встречается в виде мелко­зернистых масс, реже в виде отдельных кристаллов в форме шестигранной призмы, достигающих огромных размеров; цвет белый, зеленый, фиолетовый, бурый; черта светлая; блеск стек­лянный, на изломе жирный; твердость 5; спайность несовершен­ная; излом неровный; относительная плотность 3,2; образуется чаще магматическим путем при внедрении щелочных магм. Слу­жит сырьем для получения фосфора и фосфорных удобрений.

Фосфориты имеют такой 'же состав, что и апатиты, но обра­зуются в результате экзогенных процессов; генезис — осадочный, химический и биогенный; легко растворяются при нагревании в соляной и азотной кислотах. Применяются для получения су­перфосфата.

Сульфаты. Минералы этого класса — соли серной кис­лоты. Образуются они в основном в результате осаждения солей серной кислоты в лагунах и озерах и при окислении сульфидов. Наиболее распространены гипс и ангидрит.

Гипс —CaSO4-2H2O. Встречается в виде толсто- и тонко-таблитчатых кристаллов; цвет белый, бесцветный, примеси обус­ловливают различные цветные тона; черта белая; блеск стеклян­ный; твердость 2; спайность весьма совершенная; относительная плотность 2,3. При обезвоживании гипс переходит в ангидрит.

Ангидрит — CaSO4. Встречается в виде плотных мелкозер­нистых масс; цвет белый; блеск стеклянный; просвечивает; твер­дость 3—3,5; спайность совершенная; относительная плотность 3.

Силикаты. Самый многочисленный класс минералов. На их долю приходится до 33 % всех минералов. Силикаты составляют до 75 % массы земной коры (без кварца, сходного с ними по внутренней структуре). Участвуют в образовании пород, некоторые представляют собой ценные полезные ископаемые: драгоценные камни, слюды, керамическое сырье, руды. Силикаты— соли кремниевых и алюмокремниевых кислот. Наиболее распро­странены полевые шпаты. На их долю приходится до 50 % массы земной коры. В свою очередь, полевые шпаты делятся на калиевые полевые шпаты и плагиоклазы.

Из калиевых полевых шпатов наиболее представителен орто­клаз.

Ортоклаз — KAlSi3O8. Является составной частью осадочных,
пзверженных и метаморфических пород; встречается в виде зер­
нистых масс и кристаллов таблитчатой формы; цвет белый, светло-
 

серый, розовый, мясо-красный; блеск стеклянный; твердость 6; спайность совершенная; относительная плотность 2,6; разно­видность ортоклаза — микроклин.

Плагиоклазы объединяют группу минералов, состоящих из смеси двух конечных минералов этой группы: альбита — NaAlSi3O8 и анортита — CaAl.2Si2O8, имеющих одинаковую кристалличе­скую решетку. Такая смесь минералов называется изоморфной. Группу плагиоклазов составляют следующие минералы: альбит, олигоклаз, андезин, Лабрадор, битовнит и анортит.

Альбит. Встречается в виде плотных зернистых масс; образует кристаллы в виде мелких пластинок, сросшихся в щетки; цвет обычно белый; черта белая или бесцветная; блеск часто перла­мутровый; твердость 5,5—6,0; спайность совершенная по двум направлениям; относительная плотность 2,6.

Одну из групп силикатов составляют пироксены.

Авгит — Ca(Mg, Fe, Al) (Si, A1)2O6. Наиболее яркий пред­ставитель группы пироксенов; чаще встречается в виде зернистых агрегатов; кристаллы имеют форму восьмигранных столбиков; цвет зеленовато-черный и черный; блеск стеклянный; твердость 5—6; спайность средняя; относительная плотность 3,5.

В отличие от пироксенов минералы группы амфиболов имеют иное строение кристаллов. Типичным минералом этой группы является роговая обманка.

Роговая обманка. Характеризуется очень сложным и непо­стоянным химическим составом; кристаллы представляют собой удлиненные четырех- и шестигранные призмы; встречаются в виде волокнистых и плотных масс и отдельных кристаллов; цвет темно-зеленый, черный; черта зеленая; твердость 5,5; спайность совер­шенная в двух направлениях, в третьем направлении — занози­стый излом; блеск стеклянный; относительная плотность 3,1—3,3.

Большую группу минералов образуют листовые силикаты, к которым относят слюды (мусковит и биотит), тальк, серпентин, каолинит, глауконит и др.

Мусковит (белая слюда). Бесцветный минерал; блеск стеклян­ный, перламутровый; твердость 2—3; спайность весьма совер­шенная, раскалывается на очень тонкие пластинки по плоскостям спайности; относительная плотность 2,7; образуется при магма­тических и метаморфических процессах. Применяется в электро-и радиотехнике и др.

Каолинит (фарфоровая глина) — Al2(OH)8[SiaO5]. Встре­чается в виде плотных порошковидных и землистых масс; цвет белый, серовато-белый, желтоватый; твердость 1; излом земли­стый; прилипает к языку; относительная плотность 2,6; образуется при выветривании главным образом полевых шпатов, слюд и содержащих их пород. Применяется на строительстве, при про­изводстве керамики, бурении скважин, для получения алюминия.

Природные органические соединения. Среди природных органических соединений особая роль отводится 68

углеводородам. Это твердые, жидкие и газообразные химические соединения углерода (С) и водорода (Н), называемые битумами и получающиеся в результате распада органических веществ.

К жидким битумам относится нефть. Подробно о нефти ска­зано во втором разделе учебника.

К твердым битумам относятся асфальты, кериты, антраксолиты и др. Все твердые битумы (за исключением озокерита) являются продуктами изменения тяжелых смолистых нефтей нафтеново-ароматического типа.

Асфальты (горные смолы). Это хрупкий (иногда вязкий) смо­листый минерал темно-бурого, почти черного цвета; представляет собой смесь окисленных углеводородов с содержанием С от 67 до 88 %, Н от 7 до 10 % и О + N + S от 2 до 23 %; твердость 2; относительная плотность 1,0—1,2; является продуктом измене­ния нефтей с нафтеновым основанием; легкорастворим в скипи­даре, хлороформе и сероуглероде; часто пропитывает пески и известняки, а также встречается в виде жил, заполняет пустоты, образуя озера. Асфальты широко применяются в промышлен­ности.

Асфальтиты. Так называется группа твердых и более чистых, чем асфальты, ископаемых битумов — альберита, гремита, гра-хемита. Элементарный состав асфальтов и асфальтитов прибли­зительно одинаков; цвет асфальтитов черный; хрупкие; поверх­ность излома блестящая; относительная плотность 1,13—1,20; полностью растворяются в хлороформе; плавятся без видимого разложения.

Кериты. Твердые, углеводородные битумы, образовавшиеся в результате метаморфизма нефтей; элементарный состав: С (80—90 %), Н (4—10 %), О + N + S (2,5—10 %); твердые, очень хрупкие минералы черного цвета с сильным блеском; в органиче­ских растворителях полностью не растворяются; при нагревании не плавятся, а вспучиваются и разлагаются.

Антраксолиты. В отличие от рассмотренных выше твердых битумов антраксолиты являются продуктом более высокой сте­пени метаморфизма нефтей. Это черное, хрупкое, блестящее вещество, нерастворимое в органических растворителях; при на­гревании не плавится; элементарный состав: С 90—99 %, Н 0,2— 4 %, О + N + S 0,5—5 %; относительная плотность 1,3—2,0; залегает в виде жил.

Озокериты (горный воск). Минералы от светло-желтого до черного цвета, с раковистым изломом; относительная плотность 0,85—0,97; температура плавления 52—82 °С. Твердость озокери-тов определяется глубиной проникновения иглы под нагрузкой (пенетрация), она изменяется от 2—8° (царапание ногтем) до 360° (мазеподобен); озокериты горят ярким пламенем. Элементар­ный состав: С 84—86 %, Н 13—15 %, N 0—26 %, S 0 — 0,2 %. В составе озокеритов преобладают твердые парафиновые угле­водороды метанового ряда (СлН.г„+2)-. Хорошо растворимы в бен-

зине, керосине, нефти, сероуглероде, смолах, хлороформе. Широко используются в электротехнике, парфюмерии, кожевенной и тек­стильной промышленности, а также в медицине.

Газообразные битумы. Они объединяют природные углеводо­родные газы, среди которых выделяют сухие газы, попутные, газы газоконденсатных и газы каменноугольных месторождений. Подробно рассмотрены во втором разделе учебника.

§ 4.  Породообразующие минералы

Минералы, определяющие основные свойства горных пород, называются породообразующими. К ним относят полевые шпаты, кварц, амфиболы, пироксены, слюды, карбонаты, сульфаты и др.

Наряду с породообразующими выделяют второстепенные и акцессорные минералы. К второстепенным относят минералы, присутствие или отсутствие которых не меняет положения породы в систематике, не влияет на основные ее свойства. Акцессорные минералы— это минералы, образующие количественно ничтож­ную, а качественно нередко характерную примесь в горных по­родах. Их можно использовать при корреляции горных пород, для определения возраста осадочных пород разных районов и т. п. Для каждой группы пород характерны свои породообразующие минералы. Минералы, являющиеся для одних пород второсте­пенными, для других могут быть породообразующими.

содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..