КРИСТАЛЛЫ МИНЕРАЛОВ И МИНЕРАЛЬНЫЕ АГРЕГАТЫ

Кристаллы – твердые тела, обладающие упорядоченной атомной структурой и имеющие вследствие этого, при определенных условиях, форму многогранников. Грани кристаллов отвечают плоским сеткам, ребра – рядам, вершины – узлам кристаллической решетки.
Признаки кристаллического вещества

Однородность – в любых участках кристаллического вещества все его свойства тождественны. Взаимное расположение атомов во всех частях объема кристалла одинаково.

Анизотропия – зависимость свойств от направления: в кристаллах свойства неодинаковы в непараллельных направлениях (и одинаковы по параллельным направлениям). Например, анизотропия твердости состоит в том, что твердость одной и той же грани в разных направлениях различна. В некоторых случаях это различие можно заметить, царапая в разных направлениях грань кристалла (дистен). Кроме того, неодинакова и твердость разных граней и срезов одного и того же кристалла.

Симметрия – закономерная повторяемость в расположении отдельных частей кристалла на плоскости или в пространстве.
Элементы симметрии

Центр симметрии С. При наличии С каждой грани кристалла имеется соответствующая равная и параллельная грань.

Плоскость симметрии Р - делит фигуру на две зеркально равные части.

О
Рис.1. а – Р является плоскостью симметрии, б – Р не является плоскостью симметрии [3]

сь симметрии L - воображаемая линия, при повороте вокруг которой на 360° несколько раз совмещаются равные части кристалла. Число совмещений при повороте на 360°- порядок оси: L2, L3, L4, L6.

Рис.2. Многогранники с осями симметрии второго (а), третьего (б), четвертого (в) и шестого (г) порядков

Таблица 1

Характеристика сингоний

Сингония

Признаки сингоний

Минералы

Триклинная

(-); С

Плагиоклазы, микроклин

Моноклинная

P; L2; L2PC

Ортоклаз, слюды, гипс

Ромбическая

3L2; L22P; 3L23PC

Барит, топаз

Тригональная

L3

Кальцит, корунд, кварц

Тетрагональная

L4

Циркон, касситерит

Гексагональная

L6

Берилл, апатит

Кубическая

4L3

Алмаз, галенит, галит

Рис. 3. Простые формы

Сингонии кроме кубической:

1 - моноэдр (одна грань); 2 - диэдр (две пересекающиеся грани); 3 - пинакоид (две параллельные грани);

4 - ромбическая призма (в поперечном сечении ромб); 5 - тригональная призма (в поперечном сечении равносторонний треугольник); 6 - тетрагональная призма (в поперечном сечении квадрат); 7 - гексагональная призма (в поперечном сечении правильный шестиугольник);

8 - ромбическая пирамида; 9 - тригональная пирамида; 10- тетрагональная пирамида; 11 - гексагональная пирамида;

12- ромбическая дипирамида; 13 - тригональная дипирамида; 14 - тетрагональная дипирамида; 15 - гексагональная дипирамида;

16 - ромбоэдр (шесть граней в форме ромба).

Кубическая сингония:

17 - тетраэдр (четыре грани в форме равностороннего треугольника);

18 - куб или гексаэдр (шесть граней в форме квадрата);

19 - октаэдр (восемь граней в форме равностороннего треугольника);

20 - ромбододекаэдр (двенадцать граней в форме ромба);

21 - пентагондодекаэдр (двенадцать граней в форме пятиугольника).

Рис. 2

Древнегреческие слова:

моно - один гекса - шесть

ди, би - два окта - восемь

три - три додека - двенадцать

тетра - четыре эдр - грань

пента - пять гон - угол
Простая форма - совокупность одинаковых граней, связанных элементами симметрии. Сочетание двух или нескольких простых форм называется комбинацией простых форм. Число простых форм в комбинации (на моделях идеальных кристаллов) равно числу видов граней.
Облик кристаллов

Облик – общий вид кристалла минерала; характеризует развитие кристалла (ограненного или неограненного) по трем взаимно перпендикулярным направлениям:

1) изометрический - примерно одинаковые размеры по трем взаимно перпендикулярным направлениям (кристаллы пирита, граната);

2) вытянутый по двум направлениям - таблитчатый, пластинчатый, чешуйчатый (кристаллы слюды);

3) вытянутый в одном направлении - столбчатый, призматический, игольчатый, волокнистый, шестоватый (кристаллы актинолита, турмалина).
К числу закономерных срастаний кристаллов относятся двойники - простые (рис. 4) и полисинтетические (рис. 5 ).

Рис. 4. Одиночный кр-л

и простой двойник гипса.

Рис.5. Полисинтетический двойник (плагиоклаз).

Образование кристаллов минералов

Кристаллы минералов могут возникать в газовой, жидкой и твердой среде.

Жидкие среды минералообразования: магма – высокотемпературный раствор-расплав, водные растворы – гидротермальные и поверхностные (грунтовые, карстовые, почвенные, озерные, морские воды).
Флюидные (газово-жидкие) включения в кристаллах - захваченные кристаллами включения минералообразующих растворов. Имеют размеры преимущественно в доли миллиметра. Могут содержать жидкость, газ и твердые фазы. Жидкость чаще всего представлена водой или водным раствором, газ - СО2, твердые фазы - мельчайшими кристалликами NaCl и других солей.

Английский ученый Сорби в 1858 г предложил использовать флюидные включения для определения температуры геологических процессов. Газовые пузырьки, присутствующие во флюидных включениях, возникают, по Сорби, в результате различной степени сжатия кристалла и жидкости включения в ходе их охлаждения от температуры образования кристалла до температуры, при которой мы наблюдаем кристалл. Из этого он сделал вывод, что температура образования кристалла может быть оценена путем нагревания образца до температуры исчезновения газового пузырька (температуры гомогенизации). В настоящее время метод гомогенизации флюидных включений – один из наиболее широко используемых методов определения температуры образования минералов.

С

одержимое флюидных включений отражает состав растворов, в которых рос кристалл. С помощью специальных методов установлено, что во многих случаях главными компонентами обнаруживаемых во включениях растворов являются Н2О и СО2.
К
Рис.6. Флюидное включение с жидкой углекислотой (lw – водный раствор, lc – жидкая

углекислота, v – газовый пузырек) в кварце (по Э.Реддеру)
ристаллы зарождаются и начинают расти при достижении критического пересыщения среды веществом будущих кристаллов. Это часто происходит в результате падения температуры (кристаллизация магматических расплавов) или за счет испарения растворителя (при испарении рассолов в озерах и лагунах кристаллизуются галит, сильвин, гипс, ангидрит). Примером кристаллизации в твердой среде является рост ограненных кристаллов пирита и других минералов внутри горных пород.

Генерации – разновременные выделения одного и того же минерала.

Парагенезис – совокупность м-лов, образовавшихся при сходных физико-химических условиях в одну и ту же стадию процесса.

Типоморфизм – отражение в минералах условий их образования. Например, содержание железа в сфалерите убывает с понижением температуры его образования.
После своего возникновения кристаллы минералов в ходе геологической истории могут подвергаться различным преобразованиям, в том числе:

механическим деформациям (хрупким – дроблению с образованием обломков кристаллов, или пластическим – например, сплющиванию, изгибанию и т. п.);

химическим изменениям – например, на месте пирита FeS2 при выветривании может возникать лимонит Fe2O3.nH2O;

радиогенным изменениям – например, кварц под действием радиоактивного облучения нередко приобретает дымчатую окраску.

Генезис минерала – его происхождение, возникновение, процесс его образования и изменения.
Строение минеральных агрегатов

Минералы чаще встречаются не отдельными кристаллами, а образуют различные скопления, называемые минеральными агрегатами.

По величине зерен агрегаты подразделяются на скрытозернистые (зерна на глаз неразличимы), мелкозернистые (зерна менее 1 мм, но различимы на глаз), среднезернистые (1-5 мм), крупнозернистые (5-20 мм), гигантозернистые (зерна крупнее 20 мм в поперечнике).

Рис. 7. Схема образования зернистого агрегата при кристаллизации жидкости: А – возникновение взвешенных в жидкости зародышей кристаллов, Б - рост кристаллов до взаимного соприкосновения (показаны зоны роста кристаллов), В – продолжение роста кристаллов до полного заполнения пространства, Г- внешний вид образовавшегося зернистого агрегата (по А.Г. Бетехтину)

По форме зерен - чешуйчатые, игольчатые, шестоватые, волокнистые агрегаты. Шестоватые агрегаты состоят из вытянутых кристаллов, расположенных параллельно или почти параллельно друг другу.

Кроме того, выделяют:

друзы - совокупности кристаллов, прикрепленных к общему основанию;

конкреции - образования округлой формы, иногда радиально-лучистого строения, рост которых происходил от центра к периферии;

ж
Рис. 8. Строение жеоды лимонита из Липецкого района (по Л.В.Пустовалову)
еоды (например, жеода лимонита у входа в ИГГ);

натечные агрегаты - образуются за счет обволакивания стенок пустот минеральным веществом с образованием гроздьевидных, сталактитовых, почковидных форм.