книги из ГПНТБ / Жилинский, Г. Б. Искусственные минералы

ПРИРОДНЫЕ

МИНЕРАЛЫ

Наша земля на протяжении своего развития под­ вергалась значительным изменениям. О ее истории многое могут рассказать горные породы, слагающие земную кору. Они образовались различными путями в разное время, и по ним, как по занимательной книге, геологи узнают о геологическом прошлом земли, ис­ числяемом миллиардами лет.

Путешествуя по родному краю, обратите внимание на склоны гор, долин, вершины мелких сопок, утесы, обрывы, и вы заметите, что они сложены из различ­ ных по виду, окраске и рисунку каменных образова­ ний. Присмотритесь повнимательнее. В одних случаях горные породы имеют слоистое сложение, то есть со­ стоят из отдельных слоев. Это песчаники, известняки и сланцы, так называемые осадочные породы. Они обра­ зовались первоначально в виде рыхлых осадков на дне морских, озерных впадин или в речных долинах и впоследствии уплотнились до состояния твердых камней. В других случаях они серого, розового цвета, состоящие из мельчайших кристалликов, стекловидных, таблитчатых, типичных пластинчатых минералов : кварца, полевого шпата, слюды. Часто разрезаны эти породы трещинами различного направления на боль­

3

шие глыбы и небольшие куски. Однородные светлые, красные, желтоватые или белые породы встречаются огромными массивами. Это изверженные породы, обра­ зовавшиеся из расплавленной магмы в недрах земли. Примером могут служить граниты.

В очень редких случаях простому наблюдателю уда­ ется увидеть на поверхности каменистых скал мелкие остроугольные образования, различные по цвету и раз­ мерам обломков, которые окружены темной или такой же пестрой массой, имеющей иногда зернистое строе­ ние. Это вулканические породы — результат излияния на поверхность расплавленной магмы.

Рассматривая горные породы, можно заметить, как мы уже сказали, что одни из них состоят из мелких об­ ломков (зерен), другие — из кристаллических образо­ ваний, то есть из минералов. Геологи установили, что осадочные породы образуются в морских и озерных бассейнах. Это происходит и в наше время. Для нагляд­ ности проведем небольшой опыт. Возьмем стакан воды, насыплем в него горсть песка и подождем, когда он ося­ дет. Теперь осторожно добавим в тот же стакан немно­ го золы от костра или из печки. Через некоторое время она осядет на песок. Повторив опыт несколько раз, мы получим в нижней части стакана подобие слоеного пирога: чередование темных и светлых полос. Это и есть модель процесса возникновения осадочных пород. Его можно наблюдать на обрывистых берегах озер, рек и морей.

Изверженные горные породы образуются в резуль­ тате застывания (кристаллизации) расплавленных масс, поднимающихся в верхние слои земли из глубины недр. Различают две основные группы изверженных по­ род. Те, которые достигли дневной поверхности, называ­ ются вулканическими образованиями. Примером могут служить породы в окрестностях действующих вул­

4

исследования проводят под микроскопом и путем хи­ мических анализов.

Характерной особенностью минералов является то, что они образуются из растворов. Все твердые мине­ ральные вещества подразделяются на три класса : стек­ ла, полимеры, кристаллы.

Взависимости от среды, в которой они находятся

вприроде (в осадочных породах морских бассейнов; в магматических расплавах; в перегретых газово-жид­ ких растворах, возникающих при застывании магмати­ ческих расплавов), минералы образуются различными путями. Стекла обычно «рождаются» на поверхности земли и часто называются переохлажденными жид­ костями. Их формирование происходит в результате

быстрого снижения температуры, при этом возрастает вязкость жидкости — расплава, она густеет, становит­ ся пластичной и твердой. Стекла можно получить быстрым охлаждением расплавов многих окислов, в частности, окиси кремнезема (кварца). Это широко используется при производстве стеклянных изделий (посуды, оконного стекла и др.).

Полимеры образуются при взаимодействии молекулвеществ, находящихся в желеобразном состоянии, на основе их валентных связей. Этому процессу способ­ ствует давление, сближающее атомы и облегчающее тем самым соединение их в молекулы. Активизации валентных связей между атомами в молекулах способ­ ствуют специальные вещества — катализаторы, введе­ ние которых в процесс ведет к преобразованию моле­ кул. Процесс полимеризации для многих жидкостей необратим. Спутановолокнистая структура полимеров определяет их прочность и другие ценные технические свойства. В природе известен минерал с полимерной структурой — нефрит (известково-магнезиально-желе­ зистая роговая обманка). Этот породообразующий ми­

6

нерал из класса силикатов состоит из окислов, как и многие другие горные породы. Его прочность настоль­ ко велика, что при попытке расколоть глыбу нефрита паровым молотом в куски разлеталась стальная нако­ вальня. Лучшие образцы этого бледно-зеленого слабопросвечивающего камня легко обрабатываются твер­ дым резцом. Это его качество издавна известно челове­ ку: он использовался мастерами для изготовления изящных статуэток, пепельниц. Несмотря на редкость, месторождения нефрита есть и в Казахстане.

При возможности получения этого минерала искус­ ственно (в природе он встречается крайне редко и в ог­ раниченных количествах) мы могли бы строить из не­ го легкие, прочные, красивые дома, дворцы и мосты, заменив традиционный бетон.

Кристаллы (кристаллические минеральные образо­ вания) отличаются от стекол и полимеров строгим за­ кономерным распределением атомов, ионов и молекул, из которых они состоят. Такое распределение элемен­ тарных частиц обусловлено кристаллической решеткой минералов. Грани кристаллов обычно соответствуют плоскостям структуры решеток с наиболее плотным расположением атомов, ребра образуются пересечени­ ем таких плоскостей.

КЛАДОВАЯ

СОКРОВИЩ

Итак, мы знаем, что минералы образуются при застывании (кристаллизации) магматических распла­ вов, когда они рассеяны в массе изверженных и вулка­ нических пород; отложением вещества на стенках тре­ щин, в пустотах и порах горных пород из циркулирую­

7

щих по ним водных растворов и паров, насыщенных разнообразными химическими элементами. Это проис­ ходит при глубинных процессах, протекающих в нед­ рах земли при высоких температурах и давлениях. Но многие минералы возникают и на поверхности земли, например, осадочным путем из минерализованных вод соленых озер и в морских бассейнах.

Один и тот же минерал, например, кварц (окись кремния) может образовываться различными путями: кристаллизацией при застывании расплавов, выпаде­ нием из гидротермальных растворов, осаждением из минерализованных вод при испарении водных бассей­ нов. Однако в зависимости от происхождения кварц (как и другие минералы, образующиеся различными путями) будет иметь разный «облик», обладать специ­ фичными свойствами. Это объясняется различной структурой кристаллических решеток одного и того же по составу химического соединения, образовавшегося в неодинаковых условиях.

Если совершить экскурсию в Геологический музей Института геологических наук им. К. И. Сатпаева, в котором собрана богатейшая коллекция руд, горных пород и минералов, найденных на территории Казах­ стана, то невозможно будет пройти мимо многочислен­ ных витрин и стендов, где помещены минералы. Пора­ жает разнообразие их внешних признаков. Есть чистые и прозрачные, как стекло (горный хрусталь, изумруд, галит, флюорит и др.), есть мутноватые, полупрозрач­ ные (халцедон, опал и др.) и совершенно непрозрачные, но с блестящими гранями (пирит, галенит, магнетит и др.),

Одной из особенностей минералов является их ок­ раска. Различную окраску имеют не только разные минералы (киноварь всегда ярко-красного цвета, а ма­ лахит — зеленого), но даже один и тот же минерал.

8

Кварц, к примеру, бывает желтого, молочно-белого, фиолетового, розового, черного цветов и обладает мно­ жеством переходных оттенков.

Обычно минералы встречаются в виде кристаллов, то есть таких образований, которые характеризуются правильными геометрическими очертаниями, формой, отражающей структурную решетку расположения атомов. Чаще всего размеры таких кристаллических зе­ рен настолько малы, что кристаллическое строение минерала устанавливается только под микроскопом. Но в природе встречаются и крупные кристаллы. В Ка­ захстане, например, известны месторождения кварца, кристаллы которого достигают размеров письменного стола, флюорита — размеров тыквы, пирита — с граня­ ми 30X30 сантиметров.

Особенности строения кристаллической решетки оп­ ределяют замечательные свойства кристаллов. Одним из них является так называемая анизотропность — не­ однородность их свойств в различных направлениях их кристаллических решеток. Известно, что кристаллы обладают способностью делить свет на лучи, обращать электрические колебания в звуковые, стабилизировать электрические колебания высокой частоты (радиовол­ ны), превращать переменный ток в постоянный, ульт­ развуковые сигналы в электрические колебания.

С древних времен славился самоцветами — драго­ ценными камнями Урал. Академик А. Е. Ферсман — выдающийся минералог нашей страны в сороковые го­ ды высказал мысль, что «только советская наука, со­ ветская могучая техника, сумеют по-настоящему раскрыть недра старого Урала». Однако открытие но­ вых месторождений, находки драгоценных кристаллов на Урале не могут полностью обеспечить потребностей в них народного хозяйства, потому что природа все-та­ ки скупа на свои уникальные произведения.

9