( Визуальные практики геолога. Рассматриваем минералы и минеральные агрегаты
реклама
С сайта В.Ю.Попова (http://popovgeo.professorjournal.ru/visual_minerais) Визуальные практики геолога. Рассматриваем минералы и минеральные агрегаты Изучаем форму кристаллов. Изучаем форму минеральных агрегатов. Изучаем спайность, отдельность и излом минералов Изучаем цвет минералов Изучаем блеск и отлив минералов Визуальные характеристики объектов Изучаем форму кристаллов Что отличает кристалл минерала от других природных образований? Правильность и отчётливость его форм, выраженная в отчётливости очертаний. Рассматривая минерал, мы наблюдаем определяющие его очертания геометрические фигуры – плоскости граней, линии рёбер, образованные границами граней, точки вершин, в которых сходятся грани. Эти элементы кристалла отражают упорядоченность его внутреннего строения - образующие минералы химические элементы и соединения образуют геометрически организованные структуры, называемые кристаллическими решётками. Кристаллическую решётку можно представить в виде совокупности плотно прилегающих друг к другу параллелепипедов, вершины которых, называемые узлами решётки, заняты атомами, ионами или молекулами. Совокупность узлов, лежащих на одной прямой с равными промежутками, образует ряд решетки. Системы параллельных рядов (или, иначе говоря, совокупность узлов, расположенных в одной плоскости) именуют плоской сеткой. Параллелепипед пространственной решётки образует ячейку. Рёбра кристалла располагаются параллельно рядам кристаллической решётки с наименьшими промежутками между узлами ряда; грани параллельны плоским сеткам с наибольшим количеством узлов, приходящихся на единицу площади (т.е. с наибольшей ретикулярной плотностью). Углы между плоскостями, соответствующими граням кристалла, для каждого минерала являются постоянной величиной, поскольку определяются характером кристаллической ячейки. Внешний облик кристаллов конкретных минеральных индивидов одного и того же минерала могут сильно различаться, но величина углов между гранями будет оставаться неизменной, определяемой строением кристаллической решётки. Следовательно, видимая невооруженным (но опытным!) глазом, форма кристалла указывает, прежде всего, на скрытый порядок вещей – строение кристаллической решетки, недоступной непосредственному наблюдению. А, продолжив причинно-следственные связи, заметим, что формирование той или иной решётки определяется условиями кристаллизации минерала. Выявление очертаний кристалла его габитуса (от лат. "habitus" - внешность) и изучение его формы выступают, таким образом, одним из важных условий идентификации минерала и реконструкции условий его образования и роста. Когда люди определяют форму кристалла, они, как правило, стремятся осмотреть его со всех сторон и, если позволяют размер образца и обстоятельства, активно повертеть его в руках. В том случае, если размер кристалла достаточно велик, уже беглого взгляда достаточно, чтобы определить его как многогранник с плоскими. Если же при небольшом размере геометрическая форма сглажена, недостаточно выражена или разрушена, то такие объекты называют кристаллическими (или минеральными) зёрнами. Начинать смотреть на кристалл можно при помощи евклидовой геометрии, которая, как известно, характеризует двухмерное пространство. В этом случае на поверхности кристалла нужно найти точки, прямые и плоскости, а затем – выяснить их взаимное расположение. Стереометрическое рассматривание кристалла начинается с выделения вершин, граней и ребер. Грани – это место встречи плоскостей, ориентированных в трехмерном пространстве, а вершины – место пересечения прямых, принадлежащих разным плоскостям. Рассматривая кристалл в деталях, важно учитывать – то есть буквально подсчитывать – их количество: геологи считают количество углов на плоскости (их может быть от 3 до 6), вершины, ребра и сами плоскости. Подсчет количества граней в простом кристалле, как правило, позволяет определить тип геометрической фигуры, к которой с большей или меньшей долей условности может быть сведена форма кристалла. Название тоже дает стереометрия. В природе встречаются кристаллы, имеющие форму призмы, тетраэдра, пирамиды, октаэдра, ромбоэдра, пентакоида и т.д., либо в форме которых сочетаются такие фигуры. Для того, чтобы определить форму сложного кристалла, выделяют образующие его простые геометрические формы и рассматривают их пространственное взаиморасположение. Основное внимание при этом сосредотачивают на правильном – симметричном – расположении одинаковых элементов, образующих форму кристалла. Чтобы рассмотреть симметрию, одного лишь зрения недостаточно – его дополняет работа воображения. Требуется не только выявить в кристалле повторяющиеся (одинаковые) элементы, но и представить, как нужно переместить одну часть кристалла, чтобы она в результате этого воображаемого перемещения полностью или частично совпала с другой (другими). В качестве опоры для воображаемых перемещений, выступает один из членов все той же геометрической троицы – точка, прямая или плоскость. Относительно прямой и плоскости части кристалла могут поворачиваться или совмещаться друг с другом напрямую – без вращения: в первом случае говорят о повороте, во втором – об отражении. Угол поворота имеет значение. Для тех, кто не искушен в кристаллографии, существует более простой способ рассматривать и типологически описывать форму кристалла. В этом случае нужно посмотреть, как соотносятся длина, ширина и высота граней. Если они выражены более-менее одинаково и радуют вас правильностью соотношений, такие кристаллы называются изометричными. Кристаллы могут бытьудлинённые - вытянутые в одном направлении. В этом случае можно оценить, до какой степени они удлинены: слабоудлинённые кристаллы имеют столбчатый облик, более удлинённые – шестоватый, по мере дальнейшего удлинения они становятся игольчатыми и, наконец, нитевидными. По мере удлинения кристалла его сечение утоняется, грани становятся всё менее различимыми. Рассматривая уплощённые вытянутые в двух направлениях кристаллы - главное определиться с тем, насколько он плоский: по мере усиления уплощенности выделяют таблитчатые, пластинчатые и листоватые кристаллы. Заметим, что для описания формы использовался не язык геометрии, а язык визуальных метафор. Используя визуальные метафоры, мы можем давать простые и понятные (а потому – эффективные) описания объектов. При более внимательно рассмотрении кристалла можно оценить степень совершенства его формы (выраженность граней, наличие дефектов формы и пр.). Идиоморфные кристаллы (от греч. «идио» - сам, «морфо» - форма) по форме и симметрии близки к идеальным кристаллами данного минерального вида. Габитус идиоморфных кристаллов связан с их внутренней кристаллической структурой, и такие кристаллы могут изучаться с применением методов геометрической кристаллографии. Но встречаются такие кристаллы нечасто. Они образуются либо в благоприятных нестеснённых условиях, например, в магматическом расплаве или в полостях горных пород, либо вырастают в твердой среде среди других минералов, «расталкивая» их и «завоёвывая» себе пространство. В последнем случае кристаллы разрастаются благодаря окружающим их тонким пленкам питающего раствора. Эта насыщенная химическими компонентами пленка питает растущие кристаллы и оказывает растворяющее воздействие на окружающие минералы. Пленка на границе растущего метакристалла и окружающего его кристаллического агрегата создаёт оболочку для растущего минерала, создавая пространство для роста - замещая окружающие минералы, кристалл непосредственно с ними не соприкасается. Как различать кристаллы, образованные этими двумя путями? Здесь поможет внимательное рассматривание, поиск захваченных минералов частичек среды роста. В выросших в твёрдой среде кристаллах могут сохраняться захваченные при их росте частицы замещаемых минералов или породы, «теневые структуры» унаследованные контуры элементов строения замещённых минералов (зональность, трещины). Гипидиоморфные кристаллы (от греч. «гип» почти) обладают частично собственной формой, частично искаженной на границе с другими кристаллами (из-за необходимости «приспособления» в ходе роста в стеснённых условиях). Нередко в срастаниях гипидиоморфные кристаллы приобретают близ окончаний идиоморфный облик. Ксероморфные кристаллы (от греч. «ксено» вынужденный) имеют искажённые очертания, со всех сторон ограничены границами смежных кристаллов. Формирование происходит в стеснённых условиях, поэтому форма кристаллов зависит от пространства, которое они выполняют. Такие кристаллы имеют неправильную форму, часто образуют зернистые срастания. Если кристалл обладает идиморфным или гипидиоморфным обликом, появляется возможность ещё более детально присмотреться к строению его граней, их скульптуре. При внимательном рассмотрении видно, что грани всегда не идеально ровные – они покрыты разной формы наростами, бороздами, следами роста и растворения и прочими фигурами. Кристаллы в нормальных условиях растут послойно, путём нарастания новых слоёв на существующие грани; связанные с ростом выступы и ступеньки иногда бывают видны невооружённым глазом, создавая ступенчато-слоистый микрорельеф. Нередко грани покрывает система параллельных или пересекающихся штрихов. Это так называемаяштриховка на гранях, одной из основных причин которой служит нарастание слоев на гранях кристалла вследствие его роста (например, у алмаза). Такая штриховка проявлена в форме ступенчатых террас и площадок, контуры которых отражают симметрию грани. Если условия нормального роста кристаллов нарушаются (пересыщение раствора, затруднение притока питающего раствора и пр.), многие кристаллы не успевают нарастить полноценные грани, нарастание происходит преимущественно по рёбрам и вершинам, и они вырастают в форме реберных пучков, соответствующих «скелету» (и снова язык метафор!), часто образующих древовидные ветвящиеся сростки. Скелетный кристаллпредставляет собой остов кристалла (монокристалла), образованный рёберными и вершинными формами при полном или частичном отсутствии граней. Рёберные формы представлены параллельными многократно повторяющимися рёберными пучками и каркасами («скелетом»). При заполнении промежутков между ребрами скелета может образоваться обычный многогранный кристалл. Типичными скелетными кристаллами являются снежинки. Причин штриховки на гранях может быть несколько, но и скульптура граней при этом будет различной. Комбинационная штриховка образована сочетанием нескольких многократно повторяющихся геометрических форм, определяющих огранку (такую штриховку часто можно наблюдать на гранях кубических кристаллов пирита); её элементы повторяют не симметрию грани, а сочетание нескольких геометрических форм. Ещё один вид штриховки – индукционная штриховка – образуется при одновременном росте соприкасающихся кристаллов; для её характерно попеременное чередование граней то одного, то другого кристалла. Нередко характерная для данного минерального вида форма может искажаться. Это явление наиболее проявлено при образовании псевдоморфоз. Псевдом орфозы образуются в ходе медленного замещения вещества одного минерала другим минералом с сохранением формы. Новообразованный минерал может настолько точно повторять форму, что сохраняется даже скульптура граней! Псевдоморфозы образуются двумя путями. В одном случае происходит растворение исходного минерала и его замещение по мере реакции с минералообразующим раствором (псевдоморфозы замещения). В другом, путём роста минерала в полости, освободившейся после растворения какого-либо минерала (псевдоморфозы заполнения). Для выявления псевдоморфоз необходимы и внимательность наблюдателя, и знания. Основные признаки – особенности строения (тело с формой типичного кристалла при рассмотрении оказывается состоящим из многочисленных зёрен), несоответствие формы видимой кристалла минеральному виду, наличие сохранившихся реликтов замещаемого минерала. Некоторые псевдоморфозы настолько полно повторяют исходный минерал, что несоответствие формы иным диагностическим свойствам даже для опытных минералогов создаёт непростую задачу при определении минерала! Красиво выглядят псевдоморфозы минералов по органических остатками. Иногда, рассматривая минерал, можно заметить, что на гранях отмечается ориентированное нарастание других кристаллов; нарастающие кристаллы могут принадлежать к тому же минеральному виду или быть представлены другими минералами. Ориентировка возникает в начале роста микроскопического кристаллика под влиянием силового поля кристаллической решётки крупного кристалла-основания. Называют рост одного кристалла на поверхности другого эпитаксией (от греч. «эпи» - на и «таксис» - расположение, порядок). Примером эпитаксии служат так называемые скиптровидные кристаллы кварца, один из которых приведён на рисунке справа. Итак, теперь мы знаем, что форма кристалла важна как для определения минерала (как внешнее отражение кристаллической решётки уникальной для каждого минерального вида), так и для определения условий его зарождения и роста. Рассматривать форму минерала целесообразно поэтапно, от общей оценки формы (кристалл удлинённый, уплощённый, ксероморфный и пр.) к выявлению его «геометрических» составляющих и оценки закономерности их расположения в пространстве (элементы симметрии, сочетания простых геометрических форм и пр.), и далее, к рассмотрению скульптуры его граней. Изучаем форму минеральных агрегатов В природе преимущественно встречаются не отдельные, особняком растущие, хорошо выраженные кристаллы, а срастания минералов минеральные агрегаты. Агрегаты являются следующим за минеральным индивидом (кристаллом минерала) уровнем организации минерального вещества. Горные породы и руды – это агрегаты. Классифицировать минеральные агрегаты можно по множеству параметров (форма минеральных индивидов, механизм роста и пр.), но наиболее выразительный их них – облик самого агрегата. Облик агрегатов определяется в первую очередь закономерностями взаимного расположения в пространстве сросшихся минеральных индивидов. В отличие от минеральных индивидов, минеральные агрегаты не обладает чёткими признаками симметричных фигур. Но если агрегат образован кристаллами, то его форма несет на себе следы закономерности и во многом определяется направлением роста кристаллов. Рассматривая сростки кристаллов, в первую очередь следует обращать внимание на их внешние границы, определяющие общие очертания (уже на этом этапе агрегаты можно определить как сферические, зернистые и пр.) и ориентировку относительно места нарастания. Поверхностью нарастания может выступать какая-либо поверхность (стенка трещины или полости, по которой фильтровался минералообразующий раствор), либо точечный центр – кристалл, песчинка или фрагмент органических остатков. Далее целесообразно рассмотреть внутренне строение агрегата, оценив, если возможно, ориентировку слагающих минеральных компонентов (концентрически-зональное, радиально-лучистое, древовидное и пр.) и их взаимоотношения в разных частях агрегата. При более пристальном рассмотрении, если кристаллы хорошо выражены, можно рассмотреть особенности их поверхности – наличие нарастаний других минералов, следы растворения. Агрегат, состоящий из кристаллов, выросших на общем основании, по форме напоминает щетку. Он и так называется – щётка или друза (от нем. Druse - щётка). Такой рост возможен, когда минералы кристаллизуются на дне или стенке трещины в свободном пространстве. Кристаллы растут в направлении от основания – к свободному пространству. И чем больше кристаллов зародилось - тем меньше по соседству свободного пространства, оно остаётся только ближе к центру полости. Именно поэтому, чем теснее расположены кристаллы в агрегате, тем симметричнее их расположение. Присмотритесь к такому агрегату. «Головки» кристаллов обращены вверх, удлинённые, прилегающие друг к другу, кристаллы параллельны, стройно располагаются на общем основании. А вот у основания часто видны небольшие, ориентированные по-разному, кристаллики. Следовательно, рост минералов начинался не в одном направлении. Но одновременный рост множества кристаллов, изначально беспорядочно ориентированных на какой-либо поверхности, в конечном счёте привёл к образованию агрегата с закономерно ориентированными кристаллами. Что же привело к такому упорядочиванию? Рост кристаллов на стенках трещин и полостей начинается с возникновения множества зародышей, ориентированных случайным образом и растущих в разных направлениях. По мере роста, кристаллы соприкасаются друг с другом, что создаёт препятствие их росту. С этого момента могут продолжать расти лишь те кристаллы, которые изначально были ориентированы в направлении открытой полости (т.е. перпендикулярно поверхности нарастания. Кристаллы, ориентированные в иных направлениях, упираются в соседние и не имеют пространства для дальнейшего роста. Таким образом происходит геометрический отбор. Выше зоны геометрического отбора рост продолжают только кристаллы, изначально ориентированные перпендикулярно поверхности роста. Состав питающих рост кристаллов растворов может меняться, что приводит к нарастанию на кристаллы друзы иных минеральных индивидов. Особенно часто на поверхность кристаллов покрывается присыпками, то есть большим количеством мелких кристалликов. Примечательно, что присыпки образуются на поверхности, ориентированной в определенном направлении, а не равномерно на всех гранях кристаллов. Образование присыпок связано с массовым возникновением в питающем растворе взвешенных в нём зародышевых кристаллов и их оседанием под действием силы тяжести. При скорости их роста, соизмеримой со скоростью оседания, они успевают до прирастания к подложке приобрести видимый размер. По расположению присыпок можно с достаточной уверенностью судить об ориентации покрытых ими кристаллов и агрегатов относительно направления действия силы тяжести в момент роста. Для формирования друз необходимо свободное пространство – трещины в горных породах, миндалины вулканических пород, карстовые полости и пр. В процессе роста кристаллы могут покрыть стенки трещин щётками кристаллов или по мере роста заполнить всё свободное пространство. Нарастающие от противоположных стенках трещин кристаллы в последнем случае сформируют параллельно-шестоватые агрегаты. Если нарастание происходит в округлой полости породы, то, постепенно срастаясь и заполняя всё пространство, минеральные агрегаты образую так называемые секреции агрегаты, возникающие во внутренних полостях пород по мере роста кристаллов от стенок полости к центру. Полости могут быть округлые, овальные или любой иной формы, что определяет форму секреции. Крупные секреции, размером более сантиметра называют жеоды, мелкие – миндалины. В центральной части секреций нередко хорошо выражены друзы кристаллов, а в заполняющем секрецию агрегате просматриваются срастания кристаллов. (рисунок). Впрочем, заполняющее вещество может быть и скрытокристаллическим. Именно так образуются, например, агаты, образованные халцедоновыми слоями, различающимися по оттенку или прозрачности. Ещё одна морфологическая группа минеральных агрегатов образуют за счёт нарастания минерального вещества вокруг центров кристаллизации. Сферолиты близкие к сферическим минеральные агрегаты, сложенные волокнистыми, игольчатыми, столбчатыми или пластинчатыми кристаллами, расположенными по радиусам вокруг общего центра. Центром, вокруг которого происходит нарастание минерального вещества, выступает расщеплённый в процессе быстрого роста зародышевый кристалл. При рассмотрении таких агрегатов можно заметить концентрическую зональность в их строении, а ещё более пристальное рассмотрение позволяет обнаружить радиально-лучистое строение, связанное с геометрическим отбором в процессе нарастания материала. В случае, если рост в длину превышает разрастание кристаллов в ширину, сферолиты могут приобретать форму игольчатых шариков. Часто сферолитовые агрегаты имеют полусферический вид, так как арастают на подложку. Срастаясь между собой, образуют агрегаты в виде сферолитовых корок. Сходными по форме агрегатами являются оолиты, также образованные за счёт нарастания минерального вещества вокруг общего центра.Оолиты – это небольшие по размеру (15-25 мм) образования шаровидной или эллипсоидальной формы. Обычно в центре оолита находится песчинка или фрагмент раковины какого-либо организма, вокруг которого происходит последовательное нарастание тонких корочек осаждающегося вещества, вследствие чего строение оолиты имеют концентрически-скорлуповатое или радиально-лучистое строение. Оолиты крупнее 2,5 мм называются пизолитами. Образуются оолиты в процессе осадконакопления (в воде во взвешенном состоянии) и при циркуляции минерализованных растворов в пустотах осадков и горных пород. Более грубую разновидность оолитовых агрегатов со сфероидами размером с горошину называют бобообразными агрегатами (например, известный «гороховый камень» из пещер Карловых Вар). Часто встречаются в бокситах, где их образование связано с отложением минерального вещества из коллоидных растворов. В осадочных породах можно заметить тела, резко отличающиеся от вмещающих пород по физическим свойствам, структуре и составу. Это – конкреции. Формирование конкреций происходит за счёт концентрации рассеянных в породе компонентов вокруг центров кристаллизации, в качестве которых могут выступать минеральные зёрна или органические остатки. Рост минеральных зёрен конкреции происходит во всех направлениях от (или вокруг) одного или многочисленных центров. По форме чаще округлые, но в зависимости от условий роста могут иметь самые разнообразные, иногда причудливые, очертания. Для всех конкреций характерны отчётливо выраженная внешняя поверхность (они обычно легко извлекаются из вмещающей породы) и целостная внутренняя структура. Если агрегат в породе не обладает отчетливой внутренней структурой и внешними границами к нему обычно применяется термин стяжение (например, землистые скопления вивианита в торфяниках) или желвак. Форма желваков изменчива, часто весьма причудлива. В глинисто-карбонатных конкреция иногда образуются радиальные трещины, расширяющиеся к центру конкреции, и системы трещин и полости внутри. Причина их возникновения сокращение в объёме усыхающего полужидкого сгустка исходного вещества конкреции (трещинами усыхания). Конкреции такого облика называют септариями. В случае, если визуально различимые зёрна минералов срастаются в плотный агрегат говорят о зернистом агрегате. Абсолютный и относительный размёр зёрен уточняется определениями (например, неравномернозернистый средне-мелкозернистый агрегат). Среди зернистых агрегатов нередко выделяют массивные, образованные сросшимися кристаллами, не образующими отчётливых индивидуумов, но вместе с тем достаточно выраженные, чтобы их различать визуально (зёрна кальцита в мраморе, многие срастания в сульфидных рудах). В случае, если отдельные кристаллы в агрегате настолько малы, что едва различимы (или вообще визуально неразличимы) и образуют сплошную массу, используют термин плотный агрегат. Примером такого агрегата является, например, кремень. Если кристаллы минералов имеют закономерно ориентированное срастание, форма агрегата уточняется с использованием морфологических аллегорий – шестоватый агрегат, игольчатый агрегат, радиально-лучистый агрегат и пр. При этом иногда употребляются устоявшиеся более красочные сравнения, например, «турмалиновое солнце» для радиально-лучевых срастаний кристаллов турмалина. Как и описанных выше примерах, образование закономерно ориентированных агрегатов начинается с одновременного роста множества беспорядочно ориентированных кристаллов. Взаимопересечения кристаллов образуют сетчатые агрегаты (характерные для церуссита и крокоита). Гибкие и пластичные самородные металлы (золото, серебро) иногда образуют проволочные агрегаты. Для того, чтобы охарактеризовать форму агрегатов, не имеющие выраженного кристаллического строения, важно понять, на что они похожи в своей неправильности. Если осматриваемое образование обладает признаками стекшего и застывшего раствора, принимает вид сосулек, каплеобразных форм, неправильных натёков, плотных сливных масс, его можно охарактеризовать как натёчный агрегат. К натёчным агрегатам принадлежат, в частности, сталактитовые агрегаты – сходящиеся на конус свисающие массы, которые могут смыкаться с растущими вверх от нижнего уровня полости образованиями (сталактитам), образуя колонны. Сталактиты образуются за счёт отложения вещества, растворённого в воде, которая просачивается по трещинам в породах. Такая форма свойственна преимущественно кальцитовым отложениям в карстовых пещерах. Медленно продвигающиеся коллоиды при высачивании на стенки пустот обволакивают их, постепенно теряют воду и затвердевают, образуяпочковидные и гроздевидные агрегаты. Крупные шарообразные образования с блестящей поверхностью носят название «стеклянные головы». Натечные образования обнаруживают концентрически-зональное внутреннее строение, обусловленное послойным отложением вещества из раствора. С течением времени коллоидные массы натечных форм подвергаются раскристаллизации с образованием кристаллически-зернистых агрегатов. Если минеральное вещество имеет рыхлый и бесформенный вид это землистый агрегат. Своим видом они напоминают куски рыхлой почвы и обычно пачкают руки. В зависимости от цвета эти агрегаты называют сажистыми (если они черного цвета) или охристыми (коричневого и бурого цвета). Образуются в экзогенных условиях при химическом выветривании горных пород и руд. Землистые агрегаты образуют глинистые минералы, гидроксиды железа и марганца (лимонит, псиломелан) и др. Скопления скелетных кристаллов беспорядочно ориентированных и ветвящихся в разные стороны образуют агрегаты, называемыедендритами. Выглядят дендриты как древовидные ветвящиеся агрегаты, в породе напоминающие отпечатки растений. Хорошим примером дендритов служат причудливые ледяные «морозные узоры» на стеклахобразование которых связано с ростом скелетных кристаллов. Часты дентрдитовые агрегаты и в тонких трещинах вмещающих пород. Миниатюрная форма дентдритовых агрегатов называется моховидным агрегатом. Кроме того, в экзогенных условиях минералы часто выделяются в виде налетов, примазок, выцветов, покрывающих пленкой или корочкой поверхность минералов, горных пород или почв. Изучаем спайность, отдельность и излом минералов Ещё одним внешним проявлением кристаллической структуры в форме служит спайность - способность минералов раскалываться параллельно определённым направлениям с образованием гладких параллельных поверхностей, называемых плоскостями спайности. Спайность не зависит от внешней формы кристалла или зерна минерала, она обусловлена особенностями строения кристаллической решётки раскалывание кристалла происходит по плоскостями, между которыми действуют самые слабые связи. При этом проявляться спайность может в одном или нескольких направлениях. Например, графит обладает очень хорошо выраженной спайностью, но только в одном направлении. Структура графита определяется наличием параллельных слоёв, образованных правильными шестиугольниками из атомов углерода. При этом атомы внутри слоя связи собой прочными ковалентными связями, а связь между слоями осуществляется относительно слабыми ван-дерваальсовыми силами (энергия связи между слоями графита составляет 16,75 Дж/моль (15°С), энергия связи С-С в пределах слоя 167,6 Дж/моль (1118°С)). Такое строение графита приводит к тому, что при механическом воздействии происходит разделение минерала на тончайшие пластиночки за счёт разрыва слабых ван-дер-ваальсовых связей. Именно спайность обуславливает наличие следа карандаша с графитовым стержнем на бумаге. Визуально спайность проявляется в присутствии в кристалле систем параллельных трещин (по ним и будет происходить раскалывание) или по наличию спайных выколков - геометрически правильных форм, образованных поверхностями спайности при выкалывании частей минерала. Спайность в кальците: видны спайные выколки и системы параллельных трещин Естественно, спайные выколки будут присутствовать, если плоскости спайности ориентированы в нескольких направлениях. В зависимости от особенностей кристаллической решётки минерал может раскалываться по одному, двум, трём и более направлениям. При можно установить принадлежность плоскостей спайности простым кристаллографическом формам, сочетание которых и определяет форму кристалла. Соответствие числа направлений спайности и простых кристаллографических форм следующее: • по пинакоиду 1 направление; • по ромбической или тетрагональной призме 2; • по гексагональной призме 3; • по ромбоэдру и кубу 3; • по октаэдру 4; • по ромбододекаэдру 6. В кубической сингонии различают спайность по кубу (галенит, галит), по октаэдру (флюорит), по ромбододекаэдру (сфалерит). В гексагональной сингонии различают спайность по пинакоиду, по призме или ромбоэдру (кальцит). В других сингониях ее различают по пинакоидам, призме и т. д. При рассмотрении кристалла можно определить не только наличие и направление, но и степень совершенства спайности. В зависимости от степени совершенства спайности условно выделяют четыре её разновидности, используя описательную шкалу: весьма совершенная - минерал легко расщепляется на тонкие листы или пластины с образованием ровных блестящих поверхностей (свойственна минералам со слоистой структурной – графит, слюды, тальк); совершенная - минерал колется на более толстые пластины или брусочки с ровными поверхностями (галит, кальцит); средняя - при раскалывании образуются неровные поверхности излома, но при внимательном рассматривании можно обнаружить и участки спайных поверхностей, при этом поверхности сколов по спайности слоистые или ступенчатые, не всегда ровные и блестящие (полевой шпат, рутил); несоврешенная - минерал колется с образованием неровных поверхностей, спайность обнаруживается с трудом (кварц). Ряд минералов не имеет спайности (магнетит и др.). В некоторых случаях спайность у минерала присутствует, но визуально выражено плохо, с плохо сформированными поверхностями, трудноопределима, в таких случаях говорят о неясной спайности. Определение ясная спайностьобычно соотносится с понятием спайность средняя. Поскольку строение кристаллической решетки закономерно и уникально для каждого минерального вида, диагностическим признаком может выступать и значение угла пересечения плоскостей спайности. Так, роговая обманка и гиперстен, сходные по большинству диагностических свойств, хорошо различаются именно углом спайности: соответственно 56 и 87. Важно не путать плоскости спайности с гранями кристаллов, а углы, образованные за счёт пересечения плоскостей спайности - с углами, образованными срастанием кристаллов. На плоскостях кристаллов присутствуют следы роста и растворения, и они обладают более слабым блеском. Нужно иметь в виду, что спайность присуща кристаллу минерала, но не минеральным агрегатам, в которых при механическом воздействии происходит раскалывание по границам срастания минеральных зёрен. Раскалывание образца минерала преимущественно по определенным плоскостям может быть вызвано такжеотдельностью. Причинами возникновения отдельности могут являться двойникование, закономерная концентрация включений в минерале, раскалывание по зонам роста кристаллов. Различить спайность и отдельность можно при внимательном рассматривании поверхности излома. Медленно поворачивая образец, следует добиться такого положения, когда плоские участки излома дают яркие отблески света. В случае спайности получается однородная картина: отблески равномерно распределены по излому или сливаются в один. Отблески от плоскостей отдельности образуют полосчатый узор на более темном фоне неровного излома. Также нужно иметь в виду, что отдельность обнаруживается только в отдельных экземплярах данного минерала и в отдельных зонах кристалла, поскольку не связана с закономерным строением кристаллической решётки. Вместе с тем, отдельность - свойство довольно распространенное и для некоторых минералов (корунда, диопсида и др.) достаточно характерное, чтобы служить диагностическим признаком. При раскалывании кристалла по не соответствующим спайности направлениям образуются изломы - поверхности, образующейся при раскалывании минерала в произвольном (неспайном) направлении. Поверхности спайности и излома различаются довольно легко: поверхность излома имеет сложную неправильную форму (может обладать ярким блеском, но при этом не является плоскостью). По форме поверхности обычно выделяют следующие виды излома: раковистый - поверхность раскола напоминает форму створки раковин (кварц, халцедон), занозистый - характерен для минералов с волокнистыми или игольчатыми кристаллами (актинолит), крючковатый - поверхность излома напоминает мелкие крючочки (характерен для самородные металлы, обладающих ковкостью), землистый, оскольчатый, неровный и пр. Следует отметить, что иногда понятие «излом» применяют к минералам обладающих хорошо выраженной спайностью. В данном случае говорят о ровном (если спайность проявлена по одной плоскости) или ступенчатом изломе (если спайность проявлена в двух или более направлениях, как, например, у полевых шпатов). Оценивание наличия и характера спайность включает следующие визуальные операции: рассматривание очертаний кристаллам минерала и определение его граней; выявление трещин, оценка соответствия образуемых ими поверхностей к плоскостям и принадлежности к системе (трещин спайности нередко образуют системы параллельных трещин); выявление спайных выколок и образующих их трещин; оценка количества и ориентировки плоскостей спайности; рассматривание поверхности спайности и оценка степени совершенства спайности по данному направлению; определение геометрических характеристик спайности – углов между направлениями спайности, соответствие плоскостей спайности простым кристаллографическим формам. Изучаем цвет минералов Царство минералов пестрит разнообразием цветов и оттенков! Даже минералы с простым химическим составом нередко удивляют разнообразием окрасок: соединения мышьяка и серы обладают то ярким красным цветом (реальгар As4S4), то лимонно-желтым (аурипигмент As2S3); кварц (SiO2) встречается и в виде прозрачного горного хрусталя, и в виде черного мориона, и в виде фиолетового аметиста, и в виде других цветовых разновидностей. Большинство окрасок минералов обязано своим происхождением специфике светопоглощения, связанной с особенностями их состава и химических связей в кристаллической решётке. Равномерное поглощение всего спектра видимого света определяет бесцветный облик минералов (горный хрусталь) или их окрашивание в светло-серый (галит) и черный цвета (пиролюзит). Но в большинстве случае светопоглощение избирательно, поскольку энергия перехода и энергия возвращения электрона энергетически несколько неравноценны, что и определяет поглощение части световой энергии, воздействующей на минерал, в той или иной части спектра. Так из-за более сильного поглощения лучей длинноволновой части спектра золото приобретает жёлтый цвет. Такая избирательность поглощения света отчётливо наблюдается у прозрачных минералов-диэлектриков, в состав которых входят ионы переходных металлов (атомы этих элементов обладают d-орбиталью, в пределах которой возможны различные переходы электронов по вакантным позициям). При этом в кристаллических решётках минералов энергетические характеристики вакантных позиций у этих элементов ещё более усложняются за счёт формирования химических связей, в результате чего у одного и того же элемента в разных минералах проявляются разные энергии перехода. В зависимости от значения этой энергии, как отмечено выше, зависит избирательность светопоглощения. По этой причине примесь Cr3+, находящегося в кристаллических решётках в разной структурной позиции, окрашивает корунд в рубиновый цвет, а берилл – в изумрудный (именно так возникают драгоценные рубин и изумруд ). Такие придающие окрасу ионы элементов называют хромофорами. Изменения в электростатическом состоянии ионов часто связаны с замещением в кристаллической решётке минерала одних элементов другими. Замещение части кремния алюминием в кварце приводит к модификации кристаллической решётки, придающей окраску раухтопазу и цитрину. Кривая светопоглощения александрита, представляющего собой разновидность хризоберилла (BeAl2O4), в которой незначительная часть алюминия замещена на Cr3+, обладает двумя пиками поглощения в разном диапазоне, поэтому при дневном свете он зелёный, а при свете свечи кажется красным. В отечественной литературе окраску, определяемую конституцией минерала, типичную для данного минерала, называютидиохроматической окраской («идиос»– собственный, «хрома» - окраска) обусловлена. Но это не единственная причина окраски. Цвет может быть обусловлен и присутствием механических примесей в составе минерала. В этом случае говорят обаллохроматической окраске («аллос» - чужой). В качестве таких придающих окраску примесей выступают захваченные в процессе роста зёрна других минералов, газовые и жидкие включения, органические соединения, гидроокислы железа и пр. Такой тип окраски не зависит от конституции минерала. Примером могут служит черный цвет кальцита, обусловленный включением органического вещества, или агаты, концентрические слои которых в разной степени насыщены гидроокислами и окислами железа, окислами марганца и др. соединениями. Псевдохроматическая окраска (от греч. pséudos — ложь) связана с оптическими эффектами - процессами дифракции и интерференции света, а также рассеяния, преломления, полного внутреннего отражения падающего белого света, связанными с особенностями строения минеральных образований или состоянием поверхностного слоя кристаллов. Так закономерное чередование фаз различного состава приводит к иризации (от греч. «íris» -радуга) - оптическому явлению, заключающемуся в появлении радужной игры цветов на гранях и плоскостях спайности некоторых минералов. Такое явление хорошо проявлено в лабрадорах, солнечном и лунном камнях. Возникновение на поверхности минерала тонкой плёнки окислов приводит к появлению побежалости - пёстрой, часто радужной окраски тонкого поверхностного слоя минерала, резко отличающаяся от окраски остальной его масс (радужные плёнки на халькопирите, ковеллине и др.). Аналогом явления может служить появление радужной окрасе в пленке бензина или масла на поверхности воды. Иногда эти типы окрасок могут сочетаться и образовывать интегральную окраску минерала. Такой экскурс в природу окрасок минералов (далеко не исчерпывающий указания причин окрасок!) указывает на сложность явления, а если учесть, что восприятие цвета определяется целым рядом объективных и субъективных факторов, то нужно признать, что использовать это свойство минералов для диагностики и описания весьма непросто. При этом оценка окраски минералов в обыденной практики проводится исключительно визуально, лишь при специальных исследованиях (например, ювелирных камней) используются технические средства. Более того, и в описательном языке использование цветовых шкал инструментализированно слабо - единые и в достаточной степени дифференцированные словари и определители цветов или же отсутствуют, или не используются. В таких условиях при описании окраски минералов требуется не точная идентификация цветов (в справочниках-определителях редко встречаются названия оттенков, используемых, скажем, живописцами!), а соотнесение с основными цветами, выявление оттенков в системе координат «светлее-темнее» и соотнесение с некими «эталонными», присущими некоторым распространённым минералам цветами. Последнее, несмотря не огромное разнообразие палитры минералов, позволяет практически с первого взгляда «узнать» многие минералы по цвету. Не случайно многие названия минералов даны по характерным для них цветам: аурипигмент («аурум» по-латыни – «золото»), рубин («рубер» по-латыни – красный), хлорит («хлорос» по-гречески – зелёный) и пр. Итак, в основе описания цвета минералов лежат основные, используемые в повседневном языке, названия цветов. При этом все же возникает необходимость в некоторой «калибровке» цветовосприятия, применительно к краскам мира минералов. За основу можно принять следующие часто употребляемые названия цветов, более или менее постоянных, для ряда минералов: 1. Фиолетовый аметист 2. Синий азурит 3. Зеленый малахит 4. Желтый аурипигмент 5. Оранжевый крокоит 6. Красный киноварь (в порошке) 7. Бурый пористые разности лимонита 8. Желто-бурый охристые разности лимонита 9. Оловянно белый арсенопирит 10. Свинцово-серый молибденит 11. Стально-серый блеклая руда 12. Железно-черный магнетит 13. Индигово-синий ковеллин 14. Медно-красный самородная медь 15. Латунно-желтый халькопирит 16. Металлически золотистый золото 17. Чёрный - пиролюзит Оттенки цвета уточняются с использованием дополнений «светло-» и «тёмно-» (светло-зелёный), либо, нередко, прибегая к сравнительной оценке, сопоставляя цвет минерала с окраской каких-либо хорошо известных предметов или веществ (латунно-желтый, изумруднозеленый, фисташково-зелёный, свинцово-серый и пр.). Ещё раз замечу, что при всём разнообразии окрасок минералов, для «опытного взгляда» цвет служит хорошим диагностическим признаком. Но для этого необходимо научится различать оттенки и вырабатывать зрительную память на цвета, особенно специфичные для конкретных минералов. Целесообразно ознакомиться с представительными музейными коллекциями, дающими возможность сравнить различные оттенки цветов минералов, и расширять категории сравнительной оценки цветов. Как показано выше, окраска минерала в образце может определяться не только его собственном составам и строением, но и существенно изменяться за счёт так называемых чужеродных окрасок, связанных с наличием вростков других окрашенных минералов, цветными плёнками и налётами на поверхности, оптическими эффектами. Для устранения влияния чужеродных окрасок применяется определение цвета минерала в порошке. При этом используется цвет черты - цвет порошка, оставленного минералом на шероховатой фарфоровой пластине (фарфор используется ввиду высокой твёрдости и белого цвета, исключающего наложение окрасок). Оставленный на фарфоре тонкий порошок более точно характеризует истинную окраску минерала. Большинство прозрачных или полупрозрачных минералов обладают бесцветной или слабоокрашенной чертой. Поэтому наибольшее диагностическое значение цвет черты имеет для непрозрачных и полупрозрачных с насыщенной окраской минералов (латунно-жёлтый пирит обладает чёрной чертой, красно-бурый или стально-серый гематит – вишнёво красной и пр.). Минералы, обладающие идиохроматической окраской, обычно дают цветную черту, а остальные типы окраски чаще имеют бесцветную черту. Следует иметь в виду, что минералы, обладающие твёрдостью выше, чем твёрдость фарфора черты не оставляют. Блеск и отлив Блеск – оптический эффект, вызываемый отражением части светового потока, падающего на минерал. Зависит в первую очередь от среднего показателя преломления минерала, а также от характера связанного с ним показателем отражения и строения отражающей свет поверхности. При условии, что свет отражается от ровной гладкой поверхности (грани, плоскости спайности), выделяют следующие типы блеска по возрастанию яркости: стеклянный – сходный с блеском стекла; характерен для прозрачных и полупрозрачных минералов, присущ большинству минералов, таким блеском обладают, например, лёд, флюорит, кварц, гранаты; алмазный – яркий, напоминающий блеск алмаза; встречается относительно редко, в качестве примеров можно отметить циркон, касситерит, сфалерит, алмаз, рутил; полуметаллический – сходен с блеском графита; встречается несчастно, например, у киновари, гематита, магнетита; металлический – сходен с блеском полированного металла, характерен для непрозрачных минералов, таким блеском обладают, например, молибденит, пирит, антимонит. Следующим важным фактором, влияющим на характер блеска, вне зависимости от значений коэффициентов преломления и отражения, является характер поверхности, от которой происходит отражение. В случае зеркально гладких поверхностей (граней кристаллов и плоскостей спайно¬сти) этот фактор не оказывает существенного влияния, но если отражение происходит от изломов или граней, поверхности которых не абсолютно гладкие, то яркость блеска снижается, они приобретают тусклый оттенок. Из-за присутствия дефектов свет отражается в различных направлениях. В случаях, когда размер дефекта поверхности соизмерим с длиной волны света, происходит световая диффузия, в результате чего наблюдается матовый блеск. Такой блеск присущ поверхностям тонкодисперсных агрегатов, обладающих микропористой поверхностью (например, мел, каолин, лимонит и др.). Если излом минерала имеет не идеально гладкую поверхность, на ней присутствуют микроскопические выпуклые и вогнутые участки, свет подвергается некоторому рассеиванию, за счёт чего стеклянный, алмазный и другие блески тускнеют, переходя в жирный блеск. Такой блеск типичен для нефелина, поверхности которого на контакте с воздухом подвергаются интенсивному разрушению, или для галита, у которого зеркальные поверхности спайности на влажном воздухе быстро тускнеют. Поверхности с более грубой неровностью обладают восковым блеском, особенно присущим скрытокристаллическим массам (например, кремням). Для прозрачных минералов с выраженной слоистой структурой (мусковит, тальк и др.) характерен перламутровый блеск, напоминающий блеск внутренних поверхностей раковин или жемчуга, связанный с преломлением и отражением света между обусловленными спайностью тонкими пластинками кристалла. У минералов с волокнистым строением (асбест, селенит и др.) проявлен шелковистый блеск. Перламутровый и шелковистый блески являются следствием оптических эффектов, связанных не столько со значениями коэффициентов преломления и отражения и строением поверхности, сколько со структурой минерала, что даёт основание рассматривать их как отливы или разновидности стеклянного блеска. Отливы прозрачным минералам могут придавать и захваченные в процессе роста кристалла включения. Так характерный искристозолотистый отлив и мерцающий блеск авантюрину (разновидность кварца) придают включения чешуек слюды, гётита и гематита, а также трещинки, заполненные гидроксидами железа; радужные переливы опала связаны с содержанием воды в пространстве между тончайшими (150-300 нм) агрегатами SiO2. Характер блеска практически невозможно установить по фотоснимку. Определение блеска минерала требует работы с образцом – улавливания и отражения поверхностями минерала падающего на него света. Определение блеска требует определенного навыка, однако является важной диагностической операцией. При этом визуальной оценке подлежит не только хорошо воспринимаемая яркость блеска, но и выявление эффектов, связанных с отливами, для чего образец целесообразно наклонять под разными углами к падающему естественному свету.