Лекция 3, 4. Особенности минерального состава земной коры. Классы минералов

Общее число минералов не так уж велико — порядка 2000, из них широко распространены 400—500 видов. Уже теперь человек может искусственно синтезировать значительно большее количество соединений. По-видимому, ограниченное число минералов находится в связи, во-первых, с особенностями состава земной коры, а во-вторых, с определенными процессами, в результате которых возникают эти природные образования. Рассматривая состав земной коры, мы видим, что восемь химических элементов практически слагают основную ее массу. Кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, калий, натрий и магний образуют более 99% массы земной коры. Но самое замечательное заключается в том, что наибольшим распространением пользуется кислород, который составляет почти половину массы коры. Если учесть объем, который занимают различные химические элементы благодаря своим ионным радиусам, земная кора предстанет перед нами как своеобразная твердая кислородная оболочка, состоящая в основном из кислородных ионов, занимающих более 90% всего объема, между которыми находятся остальные химические элементы. Итак, чем больше содержится химического элемента в земной коре, тем, как правило, больше встречается минералов, в состав которых он входит. Например, известно более 1000 минералов, в состав которых входит кислород, несколько сотен минералов кремния, более 200 минералов железа и всего несколько минералов кадмия.

К группе химических элементов, образующих большое число минералов (от 100 и более) относятся: О, Н, Si, S, Са, Fе, Аl, С, Р, Nа, Мg, Мn, Рb и Аs. Минералы некоторых химических элементов очень редки или до сих пор не обнаружены. Таковы Gа, Rb, In, Hf Re, Ra, некоторые элементы группы редких земель и платины. Элементы группы инертных газов также не образуют природных соединений с другими элементами.

Большая часть химических элементов образует от нескольких до десятков минералов. Следует отметить, что наряду с образованием самостоятельных минералов, в состав которых данный химический элемент входит в значительном количестве и может быть отражен в их формулах, этот же элемент может присутствовать в других минералах, изоморфно( входя в их кристаллохимическую структуру или находясь в состоянии рассеяния). Это состояние, которое еще пока недостаточно хорошо изучено, особенно характерно для химических элементов, редко встречающихся в виде самостоятельных минералов или совсем их не образующих. Химические элементы, присутствующие в рассеянном состоянии, в формуле минерала не показывают.

Так как минералы — это химические соединения, то в основу их классификации положен химический состав. Выделяют следующие крупные группы (типы) минералов:

1) самородные элементы;

2) сернистые и близкие им соединения (сульфиды, арсениды, антимониды и др.);

3) галоидные соединения;

4) оксиды и гидроксиды;

5) кислородные соли, в том числе: а) карбонаты; б) сульфаты, хроматы, вольфраматы, молибдаты; в) фосфаты, арсенаты, ванадаты; г) силикаты и некоторые другие.

Среди всего многообразия минералов обратим внимание на следующие две категории — породообразующие минералы, составляющие основную массу горных пород, и минералы, имеющие промышленное значение, главным образом рудные. Они менее распространены по сравнению с породообразующими, хотя в отдельных местах встречаются в виде крупных скоплений (рудных залежей). Обзор минералов проводится в последовательности приведенной выше классификации.

1 Самородные элементы. В этот класс входят минералы, состоящие из одного химического элемента. В самородном виде встречаются углерод (графит), сера, золото, платина, серебро, медь, осмий, иридий, палладий, благородные газы, железо (в метеоритах).

Графит (С)встречается чаще в виде мелкочешуйчатых агрегатов, реже в виде мелких, таблитчатых шестиугольных кристаллов. Спайность в одном направлении. Листочки толстые, легко ломающиеся. Твердость 1, удельный вес 2,2. Цвет темно-серый до черного, черта темно-серая до черной, блестящая. Блеск металловидный, реже матовый. На ощупь жирный, пачкает руки, на бумаге оставляет черту (отсюда и название минерала от греч. графо — пишу). Образуется при воздействии магмы на карбонатные породы, а также благодаря диссоциации СаСО₃и миграции органического вещества. Встречается графит в метаморфических породах. Аморфная разновидность графита, образовавшаяся при метаморфизме каменных углей, называется шунгитом. Используется графит главным образом для изготовления карандашей, электродов, огнеупорной посуды и смазки трущихся деталей л тех случаях, когда вследствие высокого нагрева нельзя применять масла

Сера (S).Кристаллы имеют вид усеченных дипирамид, сросшихся основаниями. Чаще сера встречается в виде натечных форм и землистых порошковидных масс. Цвет желтый, бурый, черный (от включений битумов). Черта светло-желтая. Блеск на изломе жирный, матовый, на гранях алмазный. Спайность несовершенная. Излом раковистый, землистый. Твердость 1,5—2,5. Просвечивает. Удельный вес 1,0—2,1. При трении электризуется. Сера легко плавится и при 270°С горит синим пламенем, выделяя сернистый газ. Она может образовываться путем восстановления гипса при наличии бактерий, при окислении сульфидов, распаде сернокислых и сероводородных соединений, при вулканическом извержении. Сера используется для получения серной кислоты, красок, широко применяется в резиновой и текстильной промышленности, для борьбы с вредителями сельского хозяйства. Месторождения осадочной серы в Средней Азии (Фергана, Туркмения), в Поволжье. Сера вулканического происхождения имеется на Курильских островах, за пределами в Италии, Японии.

Золото. Этот химический элемент на Земле встречается главным образом в самородном состоянии. Известны лишь очень редкие соединения его с теллуром. Золото кристаллизуется в кубической сиигонии, часто образуя хорошие кристаллы, обычно с преобладанием форм октаэдра, реже ромбододекаэдра и куба. Кристаллы образуют двойники и характерные дендритоподобные сростки. Для химического состава минерала типична постоянная примесь в виде твердого раствора серебра, реже меди. При содержании серебра более15% минерал называют электрумом. С увеличением примеси серебра уменьшается интенсивность желтого цвета и появляется белый оттенок.

Характерными признаками являются высокий удельный вес (тонет в ртути) и высокая устойчивость к кислотам. Растворяется только в царской водке (смесь 2-4 частей концентрир. солян. к-ты с 1 частью азотной к-ты).

2. Класссульфидов. К этому классу относятся свыше 200 минералов, но по весу они составляют, согласно подсчетам В. И. Вернадского, не более 0,15% от веса земной коры, т. е. по распространенности минералы класса сульфидов, подобно классу самородных, занимают одно из последних мест и не являются породообразующими. Вместе с тем многие из этих минералов имеют большое практическое значение как важнейшие руды на свинец (галенит —PbS), цинк (сфалерит —ZnS), ртуть (киноварь —HgS), молибден (молибденит—МоS₂) и т. п. Минералы представляют собой соединение различных элементов с серой (производныеH₂S). Происхождение сульфидов связано главным образом с горячими водами (гидротермальное), в меньшей степени — с застыванием магмы и с холодными растворами (при участии бактерий).

Пирит (железный, или серный, колчедан — FeS₂).Мелкие кристаллы его встречаются довольно часто и имеют форму куба, на гранях которого заметна параллельная граням штриховка. Уникальный по своим размерам кристалл пирита был найден сотрудниками АН СССР в 1965 г. в жильной породе (грейзен). Вес кристалла 15кг, длина ребра 25см. Чаще пирит встречается в виде мелкозернистых и плотных агрегатов, конкреций. Непрозрачен. Цвет золотисто-желтый. Черта зеленовато-черная. Блеск металлический. Спайность весьма несовершенная, излом неровный или раковистый. Твердость 6—6,6. Удельный вес 5. Пирит может быть метаморфического, магматического, гидротермального и осадочного происхождения. В зоне окисления пирит неустойчив и переходит в лимонит. Используется для получения серной кислоты, а огарки — в качестве железной руды. Крупные месторождения пирита открыты на Кавказе и Урале.'

Галенит (свинцовый блеск — PbS)встречается в виде зернистых, реже плотных масс. Кристаллы имеют форму куба, октаэдра и др. Цвет свинцово-серый. Черта серовато-черная, блестящая. Непрозрачен. Блеск металлический. Спайность совершенная по кубу. Твердость 2,5. Удельный вес 7,5. Происхождение гидротермальное, метаморфическое. Часто встречается в парагенезисе с пиритом и сфалеритом. Галенит — руда на свинец. Месторождения: в УзССР, Восточном Казахстане, на Алтае, в Забайкалье, на Северном Кавказе.

Сфалерит (цинковая обманка) — ZnS.Сингония кубическая. Образует выделения неправильных очертаний и крупные скопления. Характерные диагностические признаки минерала — весьма совершенная спайность по ромбододекаэдру и интенсивный алмазный блеск по плоскости спайности. Твердость минерала — 3 – 4. Он хрупок. Растворяется в концентрированной азотной кислоте. Цвет меняется в зависимости от количества примеси мелких выделений сульфида железа (пирротина) и некоторых других сульфидов. Обычно сфалерит имеет коричневый цвет. Сфалерит — важнейший минерал цинковых руд. Некоторые из ценных редких металлов (кадмий, индий, галлий) извлекают из сфалеритовых руд попутно с получением цинка.

Халькопирит (медный колчедан)—CuFeS₂. Кристаллы встречаются довольно редко, они имеют октаэдрический или тетраэдрический облик. Обычно минерал образует выделения неправильной формы или массивные скопления. Цвет халькопирита латунно-желтый, иногда с побежалостью, блеск металлический. Черта зеленовато-черная. Твердость — 3—4. Медленно растворяется в азотной кислоте. Является одной из основных руд на медь наряду с халькозином(Cu₂S) и ковеллином (CuS).

Киноварь — НgS. Кристаллы имеют ромбоэдрический и таблитчатый облик. Типичны двойники прорастания. Образует мелкие вкрапления, примазки по трещинам, землистые скопления. Признаки минерала не позволяют спутать его с другими. Киноварь имеет карминно-красный цвет и красную черту, алмазный блеск на гранях, низкую твердость (2), ясную спайность по призме и высокий удельный вес (8,09—8,20). При нагревании в открытой стеклянной трубке возгоняется с осаждением металлической ртути. Растворяется с трудом в царской водке.

Киноварь — основной источник получения ртути. Этот металл длительное время используется в химической и электротехнической промышленности, необходим для многих медицинских препаратов и применяется в военной промышленности.

Молибденит — МоS. Сингония гексагональная. Имеет весьма совершенную спайность. Кристаллы молибденита редки, они имеют таблитчатый облик. Обычно минерал образует листоватые, веероподобные и сферолитовые агрегаты. Цвет минерала свинцово-серый, с металлическим блеском, с чем, по-видимому, и связано его название. Черта серая. Твердость очень низкая (1), пишет на бумаге, как графит. В кислотах растворяется с очень большим трудом при кипячении.

Молибденит — единственный промышленный минерал молибдена, чем объясняется его исключительное значение. Молибден — важнейший элемент для современной сталелитейной промышленности. Применяется для изготовления танковой и корабельной брони, артиллерийских орудий и снарядов, высокоточных металлообрабатывающих станков.

Пентландит — [Fe,Ni]₉S₈. Кристаллы образует редко. Обычно он присутствует в виде выделений неправильной формы в массе пирротина, от которого его трудно отличить. Цвет бронзово-желтый, несколько светлее, чем у пирротина. Черта зеленовато-серая. Блеск металлический. Твердость —3—4. Растворяется в азотной кислоте, окрашивая раствор в зеленый цвет.

Пентландит — главный промышленный минерал никеля. Этот металл в основном выплавляется из пентландит-пирротиновых руд. Никель используется в виде специальных сплавов для различных отраслей машино- и приборостроения. Весьма важно его применение в качестве антикоррозийного покрытия, а также для изготовления высококачественных броневых сталей.

3. Класс галоидных (галогенных) соединений. К этому классу относится около 100 минералов, являющихся солями галоидно-водородных кислот (НСl,HF,HBr,HI). Наибольшее распространение из них имеют соединения хлористой кислоты.

Галит (каменная соль — NaCl)—самый распространенный минерал этого класса. Встречается в виде кристаллических агрегатов, реже отдельных кристаллов кубической формы. Цвет бесцветный или белый, есть окрашенные разности (красный, синий, желтоватый, серый). Черта белая. Блеск стеклянный. Спайность совершенная в трех направлениях, параллельных граням куба. Твердость 2. Прозрачный или просвечивает. Удельный вес 2,15. Хрупок. Легко растворим в воде. Вкус соленый. Залегает в виде пластов среди других осадочных горных пород. Используется в пищевой и химической промышленности (для получения едкого натра, соды, гипохлорита, хлоратов и т. п.). Галит осаждается на дне соленых озер (самоосадочная соль). Им бывают насыщены подземные воды (в Славяно-Бахмутском районе, на Украине, около городов Балахна и Усолье и в других местах). Последние специально выпариваются летом или вымораживаются зимой. Галит хоть и редко, но образуется при возгоне вулканических газов. Месторождения его известны на Урале, в Донецком бассейне, у Илецкой Защиты, на полуострове Таймыр и в других местах. Самосадочная соль добывается в озерах Эльтон, Баскунчак (Астраханская область) и многих озерах Средней Азии. Около '/з соли добывают страны мира из морской воды.

Сильвин (КСl)образуется в тех же условиях, что и галит, давая местами с последним зернистые срастания. По физическим свойствам сходен с галитом. Отличительным признаком его являются горько-соленый вкус, более ярко-красная и синяя окраски, обусловленные механическими примесямиFе₂Оз и других веществ, более быстрая растворимость (это используют при разделении их). Применяется сильвин как сырье для калийных удобрений, при производстве мыла, взрывчатых веществ, для очистки тканей и т. п. Месторождения: на Урале (Соликамское — крупнейшее месторождение в мире), в Туркмении, Казахстане, Белоруссии, Западной Украине. За пределами Крупное месторождение сильвина имеется в Германии. Калий добывается и из морской воды.

4. Класс окислов и гидроокислов. К этому классу относятся минералы, представляющие собой соединения различных элементов с кислородом или гидроксильной группой. По количеству входящих в класс минералов он стоит на одном из первых мест, по весу на долю минералов этого класса падает около 17% массы литосферы.

Класс делится на две группы. В первую входят окислы и гидроокислыкремния, во вторую —окислы и гидроокислы металлов (железа, марганца, хрома, алюминия).Большое число минералов второй группы является важным сырьем для получения металлов. Многие минералы этого класса образуются за счет окисления других, образовавшихся на больших глубинах и попавших по той или иной причине в зону окисления земной коры, где они оказались неустойчивыми. Например, лимонит может образоваться за счет окисления магнетита и гематита. Окислы и гидроокислы образуются также при магматических, пегматитовых и гидротермальных процессах.

Кварц* (SiО₂)часто относят к силикатам, так как его структурная решетка такая же, как и у всех силикатов. На долю кварца приходится более 12% массы земной коры. Встречается он в виде зернистых агрегатов и реже образует хорошие кристаллы и их сростки. Кристаллы имеют форму шестигранной призмы, оканчивающейся с одного или обоих концов шестигранными пирамидами. Грани призмы часто покрыты тонкой поперечной штриховкой. Кристаллы кварца иногда достигают большого размера (до метра и даже единиц метров в длину). Цвет его разнообразен. Бесцветная прозрачная разновидность кварца называется горным хрусталем, сероватая— дымчатым кварцем, фиолетовая— аметистом, черная — марионом. Встречается бледно-розовый, зеленый (празем), золотистый или красно-бурый с характерным металловидным отливом (авантюрин), широко распространен молочно-белый кварц. Блеск на гранях кристалла стеклянный, на изломе — жирный. Спайность весьма несовершенная. Излом раковистый или неровный. Твердость 7, удельный вес 2,6. Растворяется только во фтористоводородной кислоте. Кварц выделяется из застывшей магмы, из горячих растворов, образуется также при пегматитовых и метаморфических процессах.

Кварц применяется в радиотехнике, медицине и оптике (пьезокварц), ювелирном деле. Кварцевые пески используются для получения стекла. Месторождения кварца имеются на Урале, Алдане, Памире и др., за границей — в Швейцарских Альпах, Бразилии, Уругвае. Горный хрусталь обнаружен в Антарктике (земля Королевы Мод).

Халцедон (SiО₂)— скрытокристаллическая разновидность кремнезема, встречающаяся в виде плотных масс или натечных почковидных форм. Халцедон, загрязненный глинистыми частицами, называется кремнием. Цвет халцедона различный — серый, голубоватый (сапфирин), оранжевый (сердолик), цвет кремния— от почти белого до желтого, темно-красного и черного, полосчатая ярко окрашенная разновидность халцедона называется агатом. Блеск слабожирный, матовый. Просвечивает по краю (кремень— только по очень тонкому). Излом раковистый. Твердость 6—7. Удельный вес 2,4—2,5. В средние века кремни использовались в качестве огнива в кремневых ружьях. Халцедон и агат применяются в ювелирном деле, а последний, кроме того,— в точной механике. Халцедон и его разновидности имеются в бассейнах рек Вилюя и Нижней Тунгуски, месторождения агата — в Грузии и Якутии.

Опал (SiO₂* nН₂О)— аморфный минерал. Содержание воды в нем меняется от 1 до 5%, реже до 34%. Встречается обычно в виде плотных натечных масс. Цвет желтоватый, оранжевый, красноватый, черный. Молочно-белый опал с красивой голубоватой игрой цветов называется “благородным опалом”, игру цвета называют опалесценцией. Просвечивает только по краю. Блеск слабостеклянный, слабожирный. Излом раковистый, неровный. Твердость 5,5, удельный вес 1,9—2,3. При нагревании в пробирке он выделяет воду, благодаря чему его можно легко отличить от халцедона. Образуется опал в зоне выветривания земной коры в результате распада других минералов, содержащих кремнезем, и осаждения в поверхностных водоемах. Известно и выделение опала из горячих источников и гейзеров в виде кремнистого осадка натечной формы — гейзерита. Опал возникает и в результате жизнедеятельности организмов. Опал благородный используется как драгоценный камень. Лучшие месторождения опала известны в Венгрии и Австрии.

Гематит (железный блеск — Fe₂O₃) встречается обычно в виде мелкокристаллических, чешуйчатых или листоватых скоплений (железной слюдки), в виде желваков радиально-лучистого пли скорлуповатого строения и скрытокристаллических масс (красный железняк), реже в виде кристаллов ромбоэдрического строения. Цвет от железно-черного у кристаллических разностей до темно-красного и красного у плотных скрытокристаллических. Цвет черты красновато-бурый, вишнево-красный. Блеск металлический, матовый. Твердость 5,5—6 (у скрытокристаллических масс). Спайность несовершенная, излом раковистый. Непрозрачен. Удельный вес 5,2. Образуется при гидротермальных, метаморфических процессах, при дегидратации гидроокислов железа, в море. Гематит является важной рудой на железо. Главнейшие месторождения в Курской и Белгородской областях, Кривом Роге.

Магнетит (магнитный железняк — FeO*Fe₂O₃)встречается в виде зернистых масс, реже в виде правильных восьмигранников, включенных в породу. Цвет железно-черный, черта черная. Блеск металлический. Твердость 5,5—6,0. Удельный вес 5,5— о,0. Магнетит притягивает иглу, изменяет положение магнитной стрелки компаса. Образуется при застывании магмы основного состава, из горячих растворов и при процессах метаморфизации, является важнейшей рудой на железо. Богатые месторождения его известны на Урале, Алтае, Южной Якутии, в Курской, Кустанайской, Иркутской областях и др. Крупнейшими месторождениями являются шведские, североамериканские.

Лимонит* (Fe₂O₃ * nН₂О)относится к гидроокислам железа. Встречается в виде горошин, лепешек, нередко в виде землистых разностей и натечных масс. Цвет ржаво-бурый, темно-коричневый, светло-желтый и красно-бурый, обусловлен различным, часто изменяющимся количеством воды в минерале. Черта желто-бурая. Твердость 1—5. Удельный вес 3,3—4. Образуется за счет выветривания железосодержащих минералов и пород, в результате жизнедеятельности микроорганизмов, а также при выпадении в виде осадков в поверхностных водоемах. Лимонит — руда на железо. Месторождения лимонита известны в Горьковкой, Калужской, Владимирской, Тульской и Днепропетровской областях, на Керченском полуострове и в Карелии.

Корунд (А1₂О)₃.Кристаллы имеют призматический или бипирамидальный облик. Благодаря развитию граней бипирамид кристаллы часто принимают характерный бочонковидный облик. Цвет обычно синевато-серый. Блеск стеклянный. Среди драгоценных разновидностей наиболее известны р у б и н (красный) и с а п ф и р (синий). Твердость очень высокая (9), спайность не выражена. Корунд применяется как абразив, драгоценные разновидности — для изготовления ювелирных украшений.

Бокситы — сложная смесь минералов гидроксидов алюминия и железа, а также глинистых минералов. Цвет бокситов белый, желтый, красно-бурый. Бокситы представлены рыхлыми глинистыми массами, оолитами из гидроксидов железа и алюминия, иногда уплотненными породами.

Пиролюзит (МnО₂).Образует плотные и рыхлые скопления, натечные массы, конкреции. Величина конкреций достигает 20 см в диаметре. Цвет железо-черный. В кристаллических массах заметен металлический блеск. Черта черная. Твердость значительно колеблется. В кристаллических зернах видна совершенная спайность. Является рудой на марганец.

5. Класскарбонатов. Минералы этого класса — соли угольной кислоты. Для них характерна способность вступать в реакцию с соляной кислотой. Карбонаты легко различаются по интенсивности этой реакции. К карбонатам относится 80 минералов, составляющих до 1,7% массы земной коры. Многие из них являются породообразующими минералами осадочных и метаморфических пород, ценными рудами на железо, цинк, свинец, медь.

Кальцит (известковый шпат — СаСО₃)— наиболее распространенный минерал класса карбонатов. Он слагает целиком такие породы, как известняки, мел и мрамор. Встречается в виде друз, отдельных кристаллов и зернистых агрегатов. Чрезвычайно характерны псевдоморфозы кальцита по остаткам морских животных. Некоторые горные породы полностью состоят из таких образований. Встречается также в виде натечных форм — плотных, с радиально-концентричекой структурой (сталактиты и сталагмиты, пещерный жемчуг),и рыхлых, ноздреватых (известковый туф).

Кальцит осаждается из поверхностных и подземных вод, из горячих растворов, образуется при процессах метаморфизма. Бесцветный, белый, примесями минерал может быть окрашен в желтые, серые, розоватые, голубоватые тона. Бесцветная, прозрачная, обладающая свойством двойного лучепреломления разновидность кальцита называется исландским шпатом. Цвет черты белый. Блеск стеклянный, иногда перламутровый. Спайность совершенная в трех направлениях параллельно граням ромбоэдра. Твердость 3. Прозрачный или просвечивающий. Удельный вес 2,6, Бурно реагирует с соляной кислотой в куске. При нагревании из кальцита выделяется углекислый газ и остается окись кальция (СаО), известная под названием негашеной извести. Прибавление воды переводит последнюю в гашеную [Ca(OH)₂]. Кальцит широко используется в строительстве, в химической (получение соды) и металлургической (в качестве флюса) промышленности. Исландский шпат широко применяется в оптических, поляризационных приборах и установках.

Разновидностью кальцита является арагонит(СаСО₃), имеющий иное внутреннее строение. Он образует часто плотные натечные массы, реже оолитовые скопления и игольчатые кристаллы. Осаждается из вод горячих источников, слагает раковины. От кальцита отличается несколько большей твердостью — 3,3—4,0, слабо выраженной спайностью.

Доломит* [MgCa(CО₃)₂]встречается чаще в виде зернистых агрегатов, слагающих слои значительной мощности. Доломит бесцветен, при наличии примесей бывает серым, желтым, красным, бурым и черным. Цвет черты белый. Твердость 3,5—4. Блеск стеклянный. Спайность совершенная по ромбоэдру. Удельный вес 2,8—2,9. С соляной кислотой реагирует в порошке. Образуется доломит в основном путем выпадения осадка в водных бассейнах, гидротермальным путем, частично в процессе метасоматоза (замещения кальция магнием) известняков. Применяется как флюс и огнеупор в металлургической промышленности и как строительный материал. Месторождения имеются в Подмосковье, Поволжье, на Урале, в Восточной Сибири, Средней Азии.

Магнезит — МgСО₃. Облик кристаллов ромбоэдрический, но обычно минерал образует не кристаллы, а зернистые или скрытокристаллические фарфоровидные массы. Цвет белый, с серым или желтоватым оттенком. Блеск стеклянный, в скрытокристаллических массах — матовый. Совершенная ромбоэдрическая спайность проявляется только в кристаллическом магнезите, для фарфоровидных разностей типичен раковистый излом. В соляной кислоте растворяется очень медленно, без вскипания.

Магнезит используется как сырье для изготовления огнеупорных материалов, необходимых в металлургическом производстве. Магнезит — один из основных минералов магния, который в виде металлических сплавов с алюминием используется в авиационной промышленности.

Сидерит (железный шпат — FeCO₃)встречается в виде сплошных масс кристаллического сложения или разнообразных натечных, лучисто-шаровых и прочих форм. Спайность совершенная. Цвет буровато-желтый, серовато-бурый и коричневато-бурый. Черта буроватая. Твердость 3,5—4,5. Блеск стеклянный. Удельный вес 3,9. Вскипает с соляной кислотой в нагретом виде.

Образуется при гидротермальных и метаморфических процессах, при метасоматозе. В зоне окисления сидериты переходят в лимониты. Сидерит — руда на железо. Крупные месторождения известны в Курской области (КМА), Прибайкалье, на Керченском полуострове и Южном Урале (Бакальское).

Малахит (СиСО₃.Си(ОН)₂) кристаллизуется в моноклинной сингонии, но хорошо образованные кристаллы — редкость. Обычно встречается в натечных формах с концентрически-зональным или радиально-концентрическим строением. Цвет зеленый, блеск шелковистый, черта бледно-зеленая. Твердость — 3,5—4. В соляной кислоте растворяется с бурным выделением углекислого газа. Из плотных разностей, обладающих колломорфным строением, изготовляют различные ювелирные изделия, предметы искусства.

6. Класс фосфатов.Из многочисленных представителей фосфатов и родственных им минералов (арсенатов, ванадатов) наибольшее практическое значение имеют апатит и загрязненная глинистыми и песчаными частицами его разновидность — фосфорит. Для минералов этого класса характерно сравнительно слабое распространение — они составляют не более 0,1 % массы земной коры.

Апатит — Са₅ (F или Сl) [РО₄]₃— встречается в виде мелкозернистых масс, реже в виде отдельных кристаллов, имеющих форму шестигранных призм с дипирамидами, иногда усеченными. Размер кристаллов от микроскопических до огромных (весом в 50кг). Цвет белый, черный, бледно-зеленый, зеленовато-голубой, желтоватый. Черта светлая. Спайность несовершенная. Излом неровный. Твердость 5. Блеск на гранях стеклянный, на изломе — жирный. Удельный вес 3,2. Образуется чаще магматическим путем при внедрении щелочных магм. Применяется как сырье для получения фосфора и фосфорных удобрений (суперфосфаты после обработки серной кислотой). Месторождения аппатита: Хибинское на Кольском полуострове, в хребте Каратау (Казахстан), в Прибайкалье (Слюдянское).

Фосфорит — Са₅(РО₄)₃ (F, C1).Встречается в виде плотных желваков в осадочных толщах, в виде конкреций с радиально-лучистой или скрытокристаллической структурой, в виде псевдоморфоз по органическим остаткам (раковины, кости, обломки древесины), а иногда в виде гнезд и пластов среди известняков, глин и песчаников. Фосфорит часто цементирует песчаный материал, а иногда кремневидные и глиноподобные массы. Цвет темно-коричневый, буровато-серый и желто-бурый. Для фосфорита характерен запах жженой кости, выделяющийся при трении двух его обломков друг о друга. Легко растворяется при нагревании в соляной и азотной кислотах. Генезис — осадочный, химический и биогенный. Чаще он образуется на дне морей в участках, где скапливается большое количество органических остатков и где в еще разжиженных осадках моря, в илах образуются фосфоритные конкреции. Применяется для получения суперфосфата. Месторождения: центральные области европейской части РФ, Южный Казахстан, Северная Африка, Западные штаты США.

7. Класс сульфатов. Минералы этого класса являются породообразующими минералами осадочных пород. Распространенность их, несмотря на многочисленность (свыше 250 минералов), небольшая, на их долю падает 0,1 % всей массы земной коры. Образуются они в основном в результате осаждения солей серной кислоты в лагунах и озерах и при окислении сульфидов. Это светлые, легкие, мягкие минералы, среди которых различают водные (мирабилит, гипс), безводные (ангидрит, барит) и содержащие гидроксил (алунит).

Гипс (легкий шпат — CaSO₄-2H₂O)встречается в виде хорошо выраженных толсто- и тонкотаблитчатых кристаллов. У гипса нередки двойниковые кристаллы (“ласточкин хвост”). Чаще он встречается в виде листоватых, чешуйчатых и зернистых агрегатов. Гипс столбчатого строения носит название селенита, а мелкозернистые разности — алебастра. Он бесцветен, белый. Примесями окрашивается в желтые, сероватые, голубоватые, розоватые тона, обладает весьма совершенной спайностью в одном направлении — у селенита параллельно столбикам. Листочки (иголочки) тонкие, хрупкие. Твердость гипса 2—легко чертится ногтем. Блеск стеклянный, у селенита — шелковистый. Удельный вес 2,3. При нагревании несколько выше 100°С гипс теряет сначала одну молекулу воды, а при дальнейшем повышении температуры— и вторую. Гипс, потерявший одну молекулу воды, размалывают в муку, которая при прибавлении к ней воды превращается в тестоподобную массу и затвердевает. Гипс поэтому широко применяется в медицине (гипсовые повязки), в архитектуре, в скульптуре и т. д. Гипс имеет большое значение в химической, цементной и бумажной промышленности, используется для различных поделок. Месторождения: на Западном Урале и в центральных областях европейской части РФ, на Северном Кавказе, в Дагестане, Средней Азии.

Ангидрит (CaSO₄)встречается в виде плотных мелкозернистых масс, реже толстостолбчатых кристаллов. Цвет белый, иногда слабо окрашен в сероватые и голубоватые тона. Твердость 3—3,5. Блеск стеклянный. Прозрачен, чаще просвечивает. Спайность совершенная и средняя в двух направлениях под углом 90°. Удельный вес 3. Он отлагается при испарении морской воды (в лиманах, заливах) при температуре выше 42°С (при более низкой температуре отлагается гипс). Ангидрит может образоваться и при обезвоживании (дегидратации) гипса. При нормальном давлении в присутствии воды ангидрит переходит в гипс, увеличивая свой объем на 30%. Крупные месторождения известны на Украине.

Барит (ВаSО₄).По облику кристаллы барита призматические, образованные гранями ромбических призм или таблитчатые по. Образует землистые массы, корки, натеки. Очень характерны конкреции. Кристаллы чистого барита водяно-прозрачные, но благодаря механическим примесям минерал обычно окрашен в различные цвета: бурый (глинистые минералы), красный (гидроокислы железа и некоторые глинистые минералы), черный (битуминозные вещества). Блеск стеклянный. Твердость — 3 – 3,5.

Спайность совершенная. Растворяется в концентрированной серной кислоте. Характерный диагностический признак — большой удельный вес (4,7). Раньше этот минерал даже называли тяжелым шпатом. В барите присутствуют в качестве изоморфной примеси кальций, стронций, свинец, радий.

Барит применяют в качестве утяжелителя глинистых растворов при бурении нефтяных скважин, используют в пиротехнике, для изготовления некоторых химических препаратов и белых красок, в фармацевтике. Барит непрозрачен для рентгеновских лучей, поэтому в рентгеновских лабораториях делают специальную баритовую штукатурку.

8. Класс силикатов и алюмосиликатов. К этому классу относятся соли кремниевых и алюмокремниевых кислот (не существующих в чистом виде в природе). Они составляют около трети всех известных минералов. В весовом отношении на долю силикатов падает свыше 75% (без сходного с ними по внутренней структуре кварца). Они входят в состав магматических, осадочных и метаморфических пород.

Силикаты по внутренней структуре разделяются на островные, цепные, поясные, листовые и каркасные. Внутренняя структура силикатов отражается на облике кристаллов (габитусе) и на их физических свойствах.

Островные силикаты. Решетка их состоит из изолированных тетраэдров [SiO₄] или из групп изолированных тетраэдров. У них у каждого кислорода 4 свободных связи, поэтому радикал записывается как [SiO₄]^-4(у минерала оливина).

Оливин (перидот) —(Mg,Fe)₂[SiO₄] — самый бедный кремнекислотой минерал этой группы. Встречается в виде зернистых агрегатов и реже в виде отдельных кристаллов, включенных в породу. Кристаллы короткостолбчатые или в виде толстых табличек. Бесцветный, черный, желтовато-зеленый, оливковый или бутылочно-зеленый. Прозрачная его разновидность известна под именем хризолита (полудрагоценный камень). Твердость 6,5—7. Блеск стеклянный, жирный. Спайность средняя, несовершенная. Излом неровный, у агрегатов — зернистый. Удельный вес 3,4. Оливин легко разлагается крепкими кислотами с выделением студнеобразного кремнезема. Образуется оливин при застывании магм, бедных кремнеземом и глиноземом. В парагенезисе с ним образуются платина, магнетит. Применяется оливин для изготовления огнеупорных кирпичей, а хризолит — в ювелирном деле. Месторождения имеются на Урале, в Восточном Саяне, Карелии.

Цепные силикаты (пироксены)—тетраэдры — соединены в виде отдельных цепочек. Радикалы их — [SioO₆]^-4или [Si₃O₉]^-6 (у минерала авгита). Из минералов этой группы наиболее распространенным является авгит.

Авгит —[ Ca (Mg, Fe…, Fe…, Al)] [(Si, Al)₂0₆]. Количественное соотношение входящих в него элементов изменяется. Чаще встречается в виде зернистых агрегатов. Кристаллы авгита имеют форму коротких восьмигранных столбиков. Цвет зеленовато-черный и черный. Спайность средняя или совершенная в двух направлениях под углом 87°. Твердость 5—6. Блеск стеклянный. Удельный вес 3,5.

Поясные силикаты представляют силикаты с непрерывными обособленными лентами или поясами из тетраэдров. Радикал их [Si₄O₁₁] ^-6(у амфиболов). Минералы группы амфиболов внешне отличаются от пироксенов резко выраженными удлиненными четырех- и шестигранными призмами, иногда волокнистым или игольчатым строением кристаллов.

Роговая обманка (Са, Na)₂ (Mg, Fe…₄) (Fe…, Al) + (OH)₂ [(Si, Аl)₄О₁₁]₂.Химический состав непостоянен. Встречается в виде волокнистых и плотных масс, в виде отдельных кристаллов. Цвет темно-зеленый, черный. Черта зеленая. Спайность совершенная в двух направлениях с углами между ними 124°, 56°, в третьем направлении — занозистый излом. Твердость 5,5. Блеск стеклянный, по плоскостям спайности шелковистый. Удельный вес 3,1—3,3.

Листовые силикаты (слюды, тальк, глауконит, хлориты, серпентин, каолинит и многие другие). Они имеют тонколистовое строение внутренней решетки, в которой кремнекислородные слои связаны между собой посредством катионов. Их радикал [Si₄О₁₁] ^-6. По направлениям расположения катионов происходит наиболее легкое раскалывание на тончайшие листы с образованием ровных плоскостей спайности, что обусловливает минералам этой подгруппы весьма совершенную спайность в одном направлении. Особенно тонкие листы образуются при расщеплении слюд. Кристаллы слюд имеют листоватую форму. Размер их от мельчайших чешуек до нескольких метров в поперечнике. Вес уникальных кристаллов достигает тысяч килограммов.

Среди слюд особенно широко распространены мусковит и биотит (слюды ныне умеют получать и искусственно).

Мусковит — КАl₂(ОН)₂ [АlSiO₃O₁₀].Бесцветный, слабожелтый. Блеск стеклянный, перламутровый. Прозрачен. Спайность весьма совершенная в одном направлении, листочки упругие. Твердость 2—3. Удельный вес 2,7. В Западную Европу этот минерал ввозился из Московского государства (залежи его на Урале разрабатывались еще в средние века); отсюда и название московит, или, искаженное, мусковит. Образовался при магматических и метаморфических процессах, крупные кристаллы встречаются в пегматитовых жилах. Применяется в электропромышленности, радиотехнике, приборостроении как диэлектрик; в виде порошка добавляется при приготовлении огнестойких материалов. Месторождения известны в Карелии и Иркутской области.

Биотит —К (Mg, Fe²+, Fe³+, A1)₃ (OH, F)₂-[Si₃AlO₁₀]. Цвет бурый, черный. Просвечивает. Удельный вес 3,3—3,1. При выветривании черная слюда приобретает бронзовый оттенок. Спайность весьма совершенная в одном направлении. Блеск стеклянный, перламутровый. Образовался при магматических и метаморфических процессах. Биотит широко применяется для приготовления жаростойких масс и бронзовой краски.

Тальк — Mg₃(OH)₂[SiO₄O₁₀].Встречается в виде плотных масс, листоватых или чешуйчатых агрегатов, одиночные кристаллы редки. Цвет белый, светло-зеленый, голубовато-зеленый, серебристо-серый. Спайность весьма совершенная в одном направлении. Листочки гибкие, но неупругие. На ощупь жирный. Твердость 1. Блеск перламутровый, в плотных агрегатах матовый. Удельный вес 2,8. Образуется при метаморфизации доломита и при действии гидротермальных растворов на богатые магнием оливиновые и пироксеновые породы. Применяется в кожевенной, бумажной, текстильной, парфюмерной промышленности, в электронной технике, для смазки (где масла малоприменимы) и как огнеупор. Месторождения: в Прибайкалье, на Урале.

Глауконит —K(Fe, Al, Mg)₃ (OH)₂ *[AlSi₃O₁₀-nH₂0] (воды от 5 до 13,5%). Глауконит встречается в виде мелких округлых и неправильной формы зерен в слоях осадочных пород; встречаются также глауконитовые пески. Цвет зеленый до темно-зеленого. Блеск матовый. Твердость 2—3. Удельный вес 2,2— 2,8. Образуется в морях в местах холодных течений, при участии организмов. Применяется для смягчения воды, в приготовлении краски и в качестве удобрения. Месторождения его известны во многих местах европейской части бывшего СССР.

Хлориты.Под названием “хлориты” объединяют несколько минералов близкого состава, представляющие собой изоморфный ряд соединений составаMg₆(OH)₈[Si₄Oio] иMg₄Al₂(OH)₈

[Al*Si₂Oio]*Mgи Аlмогут замещатьсяFe. Хлориты встречаются в виде плотных или чешуйчатых агрегатов темно-зеленого цвета (по-гречески хлорос — зеленый). Твердость 2—2,5. Блеск перламутровый, стеклянный. Спайность весьма совершенная в одном направлении; листочки не обладают упругостью. Удельный вес 2,7. Образование их связано главным образом с процессом метаморфизма основных и ультраосновных пород.

Серпентин* (змеевик)— Mg₆ (ОН)₈[Si₄O₁₀]— встречается в виде плотных масс. Цвет от беловато-зеленого до черно-зеленого, причем окраска располагается полосами и пятнами, откуда и произошло название (серпентария с латинского — змеевидный). Блеск стеклянный, жирный. Спайность в одном направлении наблюдается у антигорита, дающего иногда хорошие кристаллы, и у хризотиласбеста — волокнистой разновидности змеевика. Твердость 2,5—4. Удельный вес 2,5—2,7. Цвет у хризотиласбеста белый, светло-зеленый, зеленовато-желтый. Блеск шелковистый. Твердость 2—3. Расщепляется на тончайшие эластичные волокна, длина которых от долей миллиметра до 20— 40см. Приурочен он обычно к трещинам, разбивающим змеевик. Волокна располагаются перпендикулярно к стенкам трещины. Образуются серпентин и его разновидности в результате действия гидротермальных растворов на оливинсодержащие горные породы (перидотит, дунит) и на карбонатные породы (серпентинизация). Серпентин широко распространен, асбест встречается реже. Применяется последний для изготовления огнестойких тканей, теплоизоляции и во многих других производствах. Месторождения асбеста есть на Урале (г. Асбест), в Восточном Сахалине и на Северном Кавказе.

Каолинит — Al₄(OH)8[Si₄O₁₀]— встречается в виде плотных порошковидных и землистых масс. Кристаллы очень мелки и могут изучаться только микроскопическим путем. Бесцветный (кристаллы), белый. Блеск матовый. Твердость 1. Излом землистый. На ощупь жирный, в сухом состоянии легко поглощает влагу (прилипает к языку), намокая, становится пластичным. Удельный вес 2,6. Образуется на поверхности Земли при выветривании других силикатов и главным образом полевых шпатов, слюд и содержащих их пород: входит в состав глин, глинистых сланцев, мергелей. Применяется в строительном деле, бумажной, керамической и электроизоляционной промышленности, при изготовлении красок, бурении скважин, для получения алюминия. Месторождения известны на Кавказе, в Восточной Сибири, Ленинградской области, на Украине, Урале.

Каркасные силикаты очень разнообразны. Если каркас состоит только из кремнекислородных тетраэдров, он будет нейтрален, так как все валентности кислорода использованы на связь с кремнием, т. е. это [SiO₂]⁰— кварц (поэтому последний и относят к силикатам каркасной структуры). Разнообразие каркасных силикатов обусловлено тем, что во внутренней решетке этих минералов, помимо кремнекислородных тетраэдров, присутствуют и алюмокислородные. Здесь за счет замены четырехвалентного кремния трехвалентным алюминием появляется одна свободная связь, благодаря чему в состав их могут войти катионы натрия пли калия. Следовательно, радикал каркасных силикатов можно записать: [Si_nAl_mO_2(m+n)]^m. Алюминий, а иногда и железо замещают кремний и в других структурах силикатов.

Из минералов, обладающих каркасным строением, наибольшим распространением пользуется группа полевых шпатов. На их долю приходится свыше 55% массы всех минералов литосферы. По химическому составу полевые шпаты делятся на две подгруппы: калиево-натриевые (ортоклаз, микроклин) и натриево-кальциевые (плагиоклазы).

Ортоклаз* — K [AlSi₃O₈].В некоторых разновидностях ионы калия замещены ионами натрия. Встречается в виде зернистых масс и кристаллов таблитчатой формы. Размер кристаллов от микроскопических до крупных (в несколько метров). Цвет белый, розовый, мясо-красный, светло-серый. Спайность в двух направлениях под углом в 90° (в одном — совершенная, в другом — средняя); в третьем направлении — неровный излом. Твердость 6. Блеск стеклянный. Удельный вес 2,6. Происхождение магматическое, метаморфическое, осадочное. В зоне выветривания он каолинизируется. У ортоклаза много разновидностей, в том числе: 1) санидин — бесцветная разновидность ортоклаза; 2) адуляр — водопрозрачный (нежно-голубая его разновидность названа лунным камнем); 3) микроклин незначительно отличается от ортоклаза строением структурной решетки (в переводе с греческого микроклин — незначительно отклоненный — угол между плоскостями спайности у него на 20' меньше прямого); по внешнему виду микроклин обычно не отличается от ортоклаза и может быть макроскопически выделен только в том случае, если окрашен з ярко-зеленый пли голубовато-зеленый цвет (амазонит). Под микроскопом микроклин довольно легко отличается от ортоклаза.

Калиево-натриевые шпаты (главным образом микроклин) применяются в керамической и стеклянной промышленности, лунный камень и амазонит — в ювелирном деле. Месторождения: в Карелии, амазонит — на Урале, в Казахстане и Забайкалье.

Плагиоклазы*объединяют большую группу минералов, представляющих собой изоморфную смесь в различных соотношениях альбита —Na[AlSi₃0₈] и анортита —Ca[Al₂Si₂0₈]. В этом ряду за альбитом следуют такие наиболее распространенные для этой подгруппы минералы, как олигоклаз, затем андезин, Лабрадор и битовнит, причем от олигоклаза к битовниту процентное содержание кальциевой составляющей (анортита) повышается, а альбитовой — уменьшается. В зависимости от содержания анортита и альбита минералам плагиоклазового ряда даются номера, предложенные русским кристаллографом Е. С. Федоровым, Содержание кремнекислоты также от альбита к анортиту постепенно падает от 68,81 до 43,28%. Плагиоклазы чаще встречаются в виде зернистых агрегатов, кристаллы их сравнительно редки. Для них характерны полисинтетические двойники, которые можно иногда заметить невооруженным глазом на поверхности плоскостей спайности минералов в виде тонкой параллельной штриховки, представляющей собой следы срастания кристаллов. По свойствам плагиоклазы мало отличаются от калиево-натриевых полевых шпатов и тем более друг от друга. Отличить макроскопически плагиоклаз от ортоклаза можно в некоторых случаях по цвету: для первых наиболее характерны светло-серые и зеленовато-серые цвета (для альбита и олигоклаза — белый), для вторых — белые, желтые, мясо-красные и розовые: по взаимному расположению плоскостей спайности (у плагиоклазов они располагаются под углом 86°50' — плагиоклаз с греч. — косораскалы-вающийся); по наличию у плагиоклазов двойниковой штриховки; по изменению цвета при поворачивании (иризация). Иногда макроскопически невозможно отличить ортоклаз от плагиоклазов и приходится ограничиваться наименованием минерала как полевого шпага. Макроскопически из плагиоклазов сравнительно просто определяется Лабрадор. Цвет его от темно-серого до черно-серого с синевато-фиолетовыми и зеленоватыми оттенками (иризация). Широкое применение из плагиоклазов имеет лишь Лабрадор, хорошо поддающийся обработке, и потому используется в качестве облицовочного материала. Месторождения его имеются на Украине, на полуострове Лабрадор — в Северной Америке.

Нефелин и лейцит относятся к группе фельшпатидов. Минералы этой группы имеют то же каркасное строение и состоят из тех же химических элементов, что и полевые шпаты, но отличаются от них меньшим содержанием кремнекислоты и поэтому как бы замещают полевые шпаты в щелочных породах, образовавшихся из магмы, бедной кремнекислотой.

Нефелин* (Na [AlSiO₄]) никогда не встречается вместе с кварцем. Кристаллы мелкие, призматические, чаще встречаются в виде плотных кристаллических масс. Цвет серый, зеленовато-серый, красновато-серый до коричнево-красного и мясо-красного. Спайность несовершенная. Излом неровный. Твердость 5—6. Блеск на изломе жирный (по жирному блеску минералу было дано название элиолит — с греч.— жирный камень). Удельный вес 2,6. Образуется из щелочных магм, бедных кремнеземом, но богатых натрием. Применяется нефелин в стекольной и фарфоровой промышленности и как руда на алюминий. Месторождения нефелина имеются на Кольском полуострове и на Урале.

Лейцит*—Ka[AlSi2O₆]— обычно встречается в виде округлых вкрапленников в эффузивных породах. Кристаллы редки, форма их двадцатичетырех гранник. Цвет белый, светло-серый, бесцветный. Спайоность несовершенная. Излом неровный. Твердость 6. Блеск стеклянный и слабожирный. Удельный вес 2,5. Образуется из лавы, бедно кремнеземом, но богатой калием. Применяется для получения калийных удобрений и в качестве сырья для получения алюминия. Месторождения в Италии, Албании, Закавказье.