МИНЕРАЛ

МИНЕРАЛ (франц. mineral, от поздне-лат.
minera - руда), природное тело, приблизительно однородное по хим. составу
и физ. свойствам, образующееся в результате физ.-хим. процессов на поверхности
ил.и в глубинах Земли (и др. космич. тел), гл. обр. как составная часть
горных пород, руд, метеоритов.

М. в подавляющем большинстве -твёрдые тела,
подчиняющиеся всем законам физики твёрдого тела; реже встречаются жидкие
М. (напр., ртуть самородная). Отнесение воды к М.- вопрос дискуссионный,
но лёд общепринято считать М. Различают М. кристаллические, аморфные -
метаколлоиды (напр., опалы, лешательерит, лимонит и др.) и мета-гчиктные
минералы, имеющие внешнюю форму кристаллов, но находящиеся в аморфном,
стеклоподобном состоянии.

Каждый М. (минеральный вид) представляет
собой природное соединение определённого состава с присущей ему кри-сталлич.
структурой. Модификации М. одинакового состава (напр., алмаз - графит,
кальцит - арагонит), но имеющие различную кристаллич. структуру, относятся
к различным минеральным видам; наоборот, изоморфные ряды М. (напр., оливины,
вольфрамиты, колумбиты) с изменяющимся в определённых пределах составом,
но с постоянной структурой, относят к одному минеральному виду. М., у к-рых
небольшие изменения в хим. составе, некоторых свойствах (напр., окраске)
или морфологич. особенностях не приводят к резким различиям в структуре
(напр., в разновидностях кварца -горном хрустале, аметисте, цитрине, халцедоне),
наз. минеральными разновидностями.

Единичные кристаллы, зёрна и другие минеральные
тела, отделённые друг от друга физ. поверхностями раздела, Относятся к
минеральным
индивидам. Сростки минеральных индивидов образуют минеральный агрегат.

В природе найдено и изучено ок. 2,5 тыс.
минеральных видов и примерно столько же разновидностей. Ежегодно открывается
ок. 30 новых минеральных видов.

Большинство М. представлено ионными структурами
(см. Кристаллохимия). Менее распространены ковалентные и интер-металлич.
структуры. Молекулярные решётки в природе весьма редки (напр., реальгар
AsS, сера самородная, битумы и смолы). Реальные структуры М. характеризуются
наличием дефектов в кристаллах (вакансий, примесных и меж-узельных
атомов или ионов) и дислокаций. Нередко в М. возникают т. н. неупорядоченные
структуры, характеризующиеся нарушением правильного порядка расположения
ионов в решётке и тенденцией к их последующему перераспределению, направленному
к повышению степени упорядоченности (напр., в полевых шпатах). Отдельные
структурные элементы кристаллич. решётки М. (слои, пакеты, цепочки и т.
п.) могут быть несколько смещены относительно друг друга при полном сохранении
структуры внутри этих элементов. В результате возникают политипные модификации
(политипы), характеризующиеся одинаковыми параметрами элементарной ячейки
в двух направлениях и третьим - переменным. Политипы осо-

бенно часто появляются у слоистых минералов
(напр., слюд, графита, молибденита, глинистых минералов).

В отличие от образования полиморфных модификаций
(см. Полиморфизм), переход одного политипа в другой происходит не
скачкообразно, а постепенно и не сопровождается резким тепловым эффектом,
что объясняет существование в природе при одинаковых термодинамич. условиях
нескольких политипных модификаций М. Если явление полиморфизма связано
с изменениями темп-ры и давления, то политипия М., по-видимому, зависит
в первую очередь от условий роста кристаллов. Изучение явлений упорядочения,
структурных дефектов, политипии и др. отклонений в строении реальных М.
от идеальных структур помогает расшифровать термодинамич. условия образования
М.



Химический состав, формулы и классификация.
Роль
хим. элементов в структуре М. различна: одни являются главными и определяют
основной состав М.; другие, будучи по свойствам и строению атомов (ионов)
близки к главным, присутствуют в М. преим. в виде изоморфных (см. Изоморфизм)
примесей
(напр., Pd, Ge, In, Cd, Ga, Tl, Se, I, Br, Re, Rb, мн. редкоземельные).
Для химии М. характерно резкое преобладание соединений переменного состава,
представляющих однородные смешанные кристаллы (твёрдые растворы) - изоморфные
ряды М. Этим, а также различной степенью упорядоченности структуры, определяются
колебания физ. и хим. свойств внутри одного минерального вида: напр., плотности,
твёрдости, цвета, показателя преломления, магнитной восприимчивости, темп-ры
плавления и др. Сложность и недостаточное постоянство состава М. определяются
явлениями изоморфизма, наличием субмикроскопич. включений, а также явлениями
сорбции, к-рые имеют место при образовании М. из коллоидных систем (напр.,
урансодержащие опалы, лимониты, монтмориллониты и др.). Субмикроскопич.
включения в М. могут возникать: а) вследствие захвата дисперсных примесей
в процессе кристаллизации из расплава, раствора и др. сред (напр., газово-жидкие
включения в кварце, включения гематита в полевом шпате); б) при распаде
твёрдых растворов вследствие изменения температурных условий (образование
пертитов у полевых шпатов, распад сложных сульфидов и сложных окислов);
в) при метамиктных превращениях; г) явлениях замещения одного М. другим
или вторичных изменениях. Многие М. (напр., магнетит) постоянно содержат
различные микровключения.

В природе наиболее распространены М. класса
силикатов -ок. 25% от общего числа М.; окислы и гидроокислы - ок. 12%;
сульфиды и их аналоги составляют ок. 13% ; фосфаты, арсенаты (ванадаты)-ок.
18% ; прочие природные хим. соединения - 32%. Земная кора на 92% сложена
силикатами, окислами ц гидроокислами. По типу хим. соединений М. подразделяются
на простые тела (самородные элементы) и составные (бинарные и прочие).
Помимо простых анионов S²-, О²-, ОН-, С1- и др.,
в структурах часты комплексные солеобразую-щие анионные радикалы [СО2,
[SiO4, [PO3- и др. В зависимости
от состава простого или комплексного аниона среди М. выделяют сульфиды
и их

аналоги, окислы, галогениды, соли кис дородных
кислот.

В основу совр. классификации М. по ложены
различия в типах хим. соедине ний и кристаллич. решёток (см. табли цу).
Состав М. определённого структур ного типа, а также закономерные еп изменения
при изоморфизме определяют ся строением и кристаллохим. характе ристиками
слагающих атомов (ионов) их радиусами, координац. числами и ти пом хим.
связи.

Конституция (состав и структура) М. выра
жается кристаллохим. формулами, в к-рыз указываются: а) валентность иона
(если присутствуют элементы в различной степени валентности); б) комплексные
анионы (в квадратных скобках), напр. [SiO.*]*,[AlO4]⁵; в]
изоморфные группы элементов, заключающие ся в круглые скобки и отделяющиеся
друг от друга запятыми; при этом элементы, находящиеся в большем количестве,
пишутся на первом месте; г) дополнительные анионы ОН F-, С1, О²
и др., помещающиеся после ани онного радикала; д) молекулы воды в кристал
логидратах (в конце формулы, соединяются с ней через точку); е) цеолитная
ил? адсорбц. вода показывается также в конщ формулы, пишется через точку
и обознача ется яНотмечается буквой х; з) есль катионы в структуре М. занимают различно*
положение, то в формуле они показываются раздельно, при этом координац.
число их обо зяачается РИМ. цифрами в показателе и справа от символа элемента.
Примеры развёрнутого кристаллохим. написания формул М.: магнетит Fe^2t
Fe3+ Oi; андалузит A1^VI Al^v[SiOгипс Ca[SO4]-2H(OH,F)


Морфология М. определяется их внутр.
структурой и условиями образования. Размер отд. минеральных индивидов широко
варьирует: от 1-100 нм (коллоидные М.) до 10 м (напр., кристаллы
сподумена в пегматитах). В зависимости от кристаллич. структуры и условий
роста возникают кристаллы М. различного облика (габитуса) - изометрич.
(напр., галит, галенит, сфалерит, оливин и др.), листоватого и чешуйчатого
(напр., молибденит, слюды, тальк), дощатого (напр., барит), столбчатого
и игольчатого (рутил, актинолит, турмалин). На нек-рых кристаллах М. наблюдается
характерная штриховка, а также формы роста и растворения. Детально изучая
морфологию М. и скульптуру граней, т. е. проводя кри-сталломорфологич.
исследования, можно воссоздать историю образования минеральных индивидов.
Наряду с отд. кристаллами М. в природе образуются также сростки М., как
закономерно ориентированные по отношению друг к другу (двойники, параллельные
и эпитаксиче-ские сростки), так и без взаимной ориентации (минеральные
агрегаты). По морфологии агрегатов выделяются друзы (щётки), дендриты,
зернистые, плотные и землистые массы, оолиты и сферолиты, секреции и конкреции,
различные натёчные агрегаты минералов, особенно характерные для
минералов экзогенного происхождения. Изучение морфологии минеральных агрегатов
составляет содержание особого раздела минералогии - онтоге-нического анализа
М. Знание морфологич. особенностей М. помогает быстро их определять.



Физические свойства М. обусловлены
кристаллич. структурой и хим. составом. Вследствие изоморфизма, микронеоднородности,
разупорядоченности, наличия дефектов и др. особенностей в природных кристаллах
М., свойства их обычно не являются строго постоянными. Физ. свой-

Схематическая к л а с с и ф и к а п и я
минерале!

Примечания. 1. Группы минералов выделяются
по составу и структуре (напр., группа арагонита, группа ромбич. пироксенов).
2. Внутри подклассов, разделов подразделение основано на группировке М.
с одинаковым типом усложнения состава (добавочные анионы, наличие воды
и т. д.) или объединении по главнейшим типам структурных мотивов (координационные,
цепочечные, слоистые, кольцевые и др.), образуемых пространств, расположением
катионов и анионов в структуре.

ства М. подразделяют на скалярные (напр.,
плотность) и векторные, имеющие различную величину в зависимости от кристаллографич.
направления (напр., твёрдость, кристаллооп-тич. свойства и др.). К физ.
свойствам М., к-рые наряду с формами выделений служат основой их диагностики,
относятся плотность, механич., оптич., люминесцентные, магнитные, электрич.,
тер-мич. свойства, радиоактивность.

По плотности М. подразделяются на: лёгкие
(до 2500 кг/л³), средние (от 2500 до 4000 кг/м³)
- преобладающая масса М., тяжёлые (от 4000 до 8000 кг/м³)
и
весьма тяжёлые (более 8000 кг/м³). Плотность М. зависит
от массы атомов или ионов, входящих в кристаллич. структуру, и характера
их упаковки, а также от присутствия в М. добавочных анионов (ОН-, F- и
др.) и воды.

Механические свойства включают твёрдость
(см. Твёрдость минералов), хрупкость, ковкость, спайность (см. Спайность
минералов), отдельность (см. Отдельность минералов), излом,
гибкость, упругость. При диагностике обычно определяется относит, твёрдость
М. в соответствии с Мооса шкалой.

Спайность - весьма совершенная, совершенная,
средняя (ясная), несовершенная (неясная) и весьма несовершенная -выражается
в способности М. раскалываться по определённым направлениям

(параллельным сеткам кристаллич. решётки
с наибольшей ретикулярной плотностью атомов и наименьшей силой сцепления
между ними). Излом (ровный ступенчатый, неровный, занозистый, раковистый
и др.) характеризуют поверхности раскола М., произошедшего не по спайности.

Оптические свойства (см. Кристаллооптика)
- цвет минералов, блеск, степень прозрачности, светопреломление, светоотражение,
плеохроизм
-могут быть изучены на отдельных участках зёрен М. с помощью оптич.
микроскопии в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра.

Блеск М. (металлич., полуметаллич. и неметаллич.-
алмазный, стеклянный, жирный, восковой, шелковистый, перламутровый и др.)
обусловлен кол-вом отражаемого от поверхности М. света и зависит от его
показателя преломления. По прозрачности М. разделяются на прозрачные, полупрозрачные,
просвечивающие в тонких осколках и непрозрачные. Количеств, определение
светопреломления и светоотражения М. возможно только под микроскопом, равно
как и определение плеохроизма. Большинство др. физ. свойств М. (люминесцентные,
магнитные, электрич., радиоактивные и др.) рассматривается в спец. статьях
(см. Люминесценция, Магнетизм, Пьезоэлектричество, Радиоактивные минералы).
В

совр. минералогии возникло и успешно развивается
особое направление - физика минералов.



Диагностика М. производится предварительно
в полевых условиях гл. обр. по внешним физ. признакам - форме выделения
и их окраске, облику и характеру симметрии кристаллов, цвету черты, блеску,
спайности, излому и относит, твёрдости. С помощью магнитной стрелки компаса
определяются ферромагнитные минералы (магнетит, пирротин). Карбонаты легко
диагностируются по "вскипанию" с НС1. Иногда используются качественные
хим. реакции. Существуют специальные определители, позволяющие по этим
данным относить обнаруженный М. к определённому минеральному виду. Многие
М. (напр., глинистые) в полевых условиях диагностировать нельзя. В лабораторных
условиях элементный состав М. определяют методами классич. хим. анализа,
а также эмиссионного или атомно-адсорбционного спектрохим. анализа. Прозрачные
и просвечивающие М. исследуют в проходящем свете с помощью поляризац. микроскопа,
непрозрачные М. изучают в отражённом свете на спец. микроскопах. Точная
диагностика ряда М. производится с помощью рентгенограмм. Тонкодисперсные
М., к-рые показывают нечёткие линии на рентгеновских порошкограммах (дебае-граммах
или дифрактограммах), исследуют электронографич. методом под электронным
микроскопом. Для быстрой диагностики нек-рых люминесцирующих М. (напр.,
шеелита) применяют спец. приборы - люминоскопы. Для решения вопроса о форме
вхождения воды в состав М. используют термич. анализ (диф-ференц. кривые
нагревания, кривые потери веса), инфракрасную спектроскопию, ядерный магнитный
резонанс, а для определения формы вхождения элемента-примеси в состав минерала
-рентгеновский микроанализатор с электронным зондом, электронный парамагнитный
резонанс; в нек-рых случаях применяются люминесцентные и радиографический
(для U и Th) методы.

Явления структурного упорядочения М. и
политипии изучаются методами рентгеновской дифрактометрии и электронографии.



Условия нахождения и образования По
распространённости в природе все М. разделяют на породообразующие и рудообразующие
(принимающие существенное участие в составе горных пород или руд), второстепенные,
или акцессорные (при содержании не более 1% ), редко встречающиеся и весьма
редкие, обнаруженные только в единичных случаях. Такое разделение условно,
поскольку М., чрезвычайно редко образующиеся в одних природных процессах,
оказываются широко распространёнными в др. геол. условиях.

Каждый М. имеет свою историю развития,
возникая в конкретных геол. и физ.-хим. условиях вследствие определённых
природных геохим. процессов. В своём развитии М. проходит стадию зарождения,
роста и изменения. Эволюция минеральных индивидов и агрегатов во времени,
охватывающая все указанные стадии, объединена сов. учёным Д. П. Григорьевым
(1961) под названием онтогении М. Зарождение М. может происходить из различных
по фазовому состоянию сред (расплава, раствора, газа) во взвешенном состоянии
или на к.-н.

субстрате. В процессе роста М. изоморфно
или механически захватывает примеси, находящиеся в минералообразующей среде
(вследствие чего возникает зональное строение М.), и жидкие, газово-жидкие
и газовые включения самой среды. При изменении физ.-хим. обстановки (напр.,
падение темп-ры, увеличение давления, приток новых растворов и т. д.) могут
происходить след, явления: а) деформации, приводящие к механич. двойникованию,
появлению дислокаций, мозаичного и блочного строения; б) растворение М.,
о к-ром свидетельствуют специфич. фигуры на гранях; в) полиморфные превращения;
г) распад твёрдых растворов; д) перекристаллизация; е) процессы хим. изменения,
приводящие к замещению одних М. другими. Если при этих замещениях сохраняется
внешняя форма ранее существовавшего М., возникают псевдоморфозы (напр.,
лимонита по пириту). Псевдоморфозы, у к-рых первичный и образующийся по
нему вторичный М. представлены полиморфными модификациями одного состава,
наз. параморфозами (напр., сфалерита по вюртциту, графита по алмазу). Возникая
вследствие различных реакций, любой М. не встречается изолированно, а всегда
сопровождается другими М. Эти минеральные ассоциации, закономерно образующиеся
в ходе единого процесса, ограниченного в пространстве и во времени и протекающего
в определ. физ.-хим. условиях, наз. парагенезисом минералов или
парагенетич е-скими ассоциациями. Количество возможных устойчивых М. в
пара-генетич. ассоциации определяется минералогическим правилом фаз.
Поскольку
природные процессы протекают в условиях меняющихся темп-ры, давления и
концентрации компонентов, то в ходе их развития одни парагенетич. ассоциации
М. закономерно сменяются другими. Исследование возникающих ассоциаций М.
с помощью физ.-хим. диаграмм (состав - парагенезис) является основой парагенетического
анали-з а, разработанного сов. учёным Д. С. Коржинским. Этот метод позволяет
предсказывать нахождение М. в той или иной ассоциации, а также выделять
различные стадии процесса минералообра-зования. М. может встречаться на
одном месторождении в разных парагенетич. ассоциациях, т. е. выделяться
на разных стадиях. Такие разновременные выделения одного и того же М. наз.
генерациями. Являясь продуктом природных реакций, М. причинно связан с
образующей его средой, её фазовым состоянием и физ.-хим. параметрами. Всё
это отражается на составе и свойствах М., к-рый приобретает на каждой стадии
развития процесса минералооб-разования свои специфические типоморф-ные
черты. Под типоморфизмом понимают сумму хим., структурных и физических
признаков М., связанных причинно-следств. отношениями со средой, в к-рой
М. образовался. Типоморф-ными могут быть как сами минералы или их парагенезисы,
так и отдельные их признаки. Типоморфные особенности М. можно использовать
для установления генезиса М., а также как поисковые признаки при геологоразведочных
работах. М. возникают при эндогенных, экзогенных и метаморфогенных процессах.
Совр. понятие "генезис минералов" включает характеристику ряда явлений,
обусловливающих возникновение М., в т. ч.: а)химизм процесса минералообразования;
б) фазовое состояние среды минералообразования; в) физ.-хим. параметры
системы, при к-рых происходило возникновение М. (темп-pa, давление, активность
компонентов, кислородный потенциал, режим основности - кислотности); г)
механизм зарождения, роста и развития М., в частности способ его образования
(свободная кристаллизация, метасоматич. развитие, перекристаллизация, раскристал-лизация
гелей и др.); д) процессы последующего изменения М. и явления метаморфизма;
е) источник вещества.

Главнейшими путями определения генезиса
М. являются: а) наблюдения геол. условий нахождения М.; б) выявление типоморфных
особенностей М.; в) парагенетич. анализ; г) онтогенич. исследования; д)
изучение газово-жидких включений в М.; е) расчёты термодинамич. характеристик
природных реакций; ж) определение термодинамич. параметров по различным
геотермометрам и геобарометрам; з) изучение физ.-хим. систем; и) экспериментальное
моделирование возможных природных процессов образования М.; к) изучение
изотопного состава М. Получение объективных количеств, данных, характеризующих
генезис М., позволяет восстанавливать геол. процессы и историю формирования
месторождений полезных ископаемых и тем самым создать научную основу для
их поисков, разведки и промышленной оценки.



Применение. Свойства М. определяют
области их применения в технике. Так, напр., весьма твёрдые М. (алмаз,
корунд, гранаты и др.) применяются как абразивы; М. с пьезоэлектрич. свойствами
используются в радиоэлектронике и т. д. На различиях физ. свойств М. (гл.
обр. плотности, упругих, магнитных, электрич., поверхностных, радиоактивных
и др.) основаны методы обогащения руд, а также геофизические методы
разведки месторождений полезных ископаемых. В этой связи особо важное
значение приобретает всестороннее изучение свойств и особенностей М. Большие
перспективы открывает возможность направленного изменения свойств М. путём
"генерирования" или "залечивания" дефектов кристаллич. решётки, что может
быть осуществлено разными путями - механическим, акустическим (ультразвуковая
обработка), термическим (нагреванием и последующим быстрым или медленным
охлаждением), химическим (протравливанием, обработкой реагентами, способными
"легировать" поверхность М. примесными ионами), радиационным (облучением
рентгеновскими и гамма-лучами, потоками быстрых частиц и т. п.). На совр.
этапе развития пром-сть использует не более 15% всех известных М. Детальное
изучение распространённости, состава и свойств М. позволяет вовлекать в
сферу практического применения всё новые минеральные виды, используя при
этом почти все элементы таблицы Менделеева, заключённые в различных М.
в форме основных компонентов (руды чёрных, цветных, частично редких металлов)
или элементов-примесей (рассеянные элементы). Широкое применение в оптике,
радиоэлектронной технике, в электроэнергетике приобрели монокристаллы М.
и их синтетич. аналоги. Нек-рые М. являются драгоценными и поделочными
камнями. В число объектов изучения минералогов всё шире вовлекаются
М. Луны, космич. тел и М. мантии Земли. Илл. см. на вклейке к стр. 265.

Лит.: Вернадский В. И., История
минералов земной коры, т. 1, в. 1-2, Л., 1923-27; Д и р У. А., X а у и
Р. А., 3 у см а н Д ж., Породообразующие минералы, пер. с англ., т. 1-5,
М., 1965-66; Современные методы минералогического исследования. Сборник,
ч. 1 - 2, М., 1969; Основные проблемы в учении о магматогенных рудных месторождениях,
2 изд., М., 1955; Ферсман А. Е., Пегматиты, т. 1, Избр. труды, т. 6, М.,
1960; Б е т е х т и н А. Г., Курс минералогии, 3 изд., М., 1961; К ос то
в И., Минералогия, [пер. с англ.], М., 1971; Лазаренко Е. К., Курс минералогии,
М., 1971; Смольянинов Н. А., Практическое руководство по минералогии, 2
изд., М., 1972; Вопросы однородности и неоднородности минералов. Сборник,
М., 1971; Минералы. Справочник, т. 1 - 3, М., 1960 - 72; Григорьев Д. П.,
Онтогения минералов, Львов, 1961; Шафрановский И. И., Кристаллы минералов,
М., 1961; Типоморфизм минералов и его практическое значение, Сб. ст., М.,
1972; Коржинский Д. С., Теоретические основы анализа парагенезисов минералов,
М., 1973.

Г. П. Барсанов, А. И. Гинзбург.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я