Sviridov_Obschee_zemlevedenie

Красноярск 2010

2

УДК 551.1/4:552.3/5(075) ББК 26.3

С24

Рецензенты:

кандидат геолого-минералогических наук, доцент Л. П. КОСТЕНЕНКО (Сибирский федеральный университет);

доктор технических наук, профессор В. А. ЛАПКО (Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева)

Свиридов, Л. И.

С24 Определитель рудных, породообразующих минералов и горных пород : учеб. пособие / Л. И. Свиридов ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. –

Красноярск, 2010. – 140 с., [8] c. ил.

ISBN 978-5-86433-459-1

Приведены общие сведения о кристаллическом строении минералов, связи внутреннего кристаллического строения и внешнего габитуса кристаллов, дана характеристика изучаемых минералов. Рассмотрены физические свойства, особенности диагностики главнейших рудных и породообразующих минералов. Представлена химическая классификация и номенклатура минералов и пород. Изложены основные сведения о магматических, метаморфических и осадочных горных породах, их практическое значение.

Пособие предназначено для студентов специальности 120201.65 «Исследование природных ресурсов аэрокосмическими средствами» дневной формы обучения.

3

4

ПРЕДИСЛОВИЕ

Вучебном пособии приведены основные сведения по кристаллографии, минералогии и петрографии, предусмотренные курсом «Общее землеведение» и необходимые в дальнейшем при изучении курса «Природные ресурсы Земли» студентами специальности 120201.65 «Исследование природных ресурсов аэрокосмическими средствами».

Вразделе «Кристаллография» дано определение аморфных и кристаллических веществ, золей и гелей, их признаки и различия, зависимость внешнего облика, физико-химических свойств от внутреннего строения кристаллической решетки.

Рассмотрен закон гранных углов, который позволяет определять минералы даже в мелких обломках и выводить идеальную форму, которая дает характерный для данного кристалла тип симметрии.

Приведено определение элементов симметрии, их деление по классам, видам и категориям симметрии, а также даны примеры отдельных элементов симметрии и их комбинации в минералах.

Вразделе «Минералогия» дано определение понятия «минерал», описаны морфологические особенности индивидов и их агрегатов, главнейшие внешние признаки (цвет, блеск, цвет черты, прозрачность, спайность, твердость, упругость, хрупкость, ковкость, плотность, магнитность, растворимость в воде и кислотах, вкус, запах), приведена современная химическая классификация, дана подробная характеристика классов.

Представлена характеристика основных рудных и породообразующих минералов, их главные диагностические признаки, практическое значение, география распространения, дана методика, порядок и особенности диагностики макроскопического определения минералов.

Вразделе «Горные породы» приведена современная химическая классификация магматических, метаморфических и осадочных горных пород и их структурно-текстурные особенности, состав, генезис, возраст, формы рудных и вмещающих пород. Даны рекомендации по визуальному определению и их практическое значение.

Вучебном пособии приведены контрольные вопросы и задания,

атакже тест для проверки и закрепления изученного материала.

Сведения, изложенные в учебном пособии, могут быть использованы студентами географических и геологических специальностей, естествоиспытателей, а также энтузиастами и любителями камня.

Необходимость издания данного учебного пособия связана с тем, что на профильной кафедре, а также в библиотеке университета, отсутствует какая-либо геологическая литература по кристаллографии, минералогии и петрографии горных пород.

Автор выражает искреннюю признательность и благодарность Н. Н. Поздняковой за помощь при оформлении схем и рисунков.

5

ВВЕДЕНИЕ

Землеведение как системное учение складывалось, главным образом, на протяжении XX в. в итоге исследований крупнейших естествоиспытателей, а также обобщения накопленных материалов.

Предметом землеведения является географическая оболочка, под которой понимают объем вещества разного состава и состояния, возникшего в земных условиях и сформировавшего специфическую сферу нашей планеты. Она изучается как часть планеты и космоса, находящаяся под влиянием земных сил, в результате чего ее формирование и развитие осуществляется в процессе сложного взаимодействия космических и планетарных сил.

Землеведение принадлежит к числу фундаментальных естественных наук, в системе географических дисциплин оно объединяет все науки о Земле. В этот цикл входят геология, геофизика, геохимия, геометрия, геодезия, география, для которых объектом исследования является Земля как планета (от греч. гео – Земля). Однако каждая из этих наук изучает не всю планету, а отдельную ее часть или особенности состава, строения поверхности и недр. Поэтому каждая наука четко определяет свой предмет исследования.

Главным предметом исследования в геологии являются земная кора

илитосфера, их состав, строение, геологические процессы, происходящие в них, закономерности размещения полезных ископаемых в земной коре. Состав и строение вещества земной коры исследуются не только с целью поисков полезных ископаемых, хотя в этом заключается основное предназначение геологии, но и с не менее важной целью изучения процессов, происходящих в земной коре и смежных оболочках планеты, которые в конечном итоге и привели к ее использованию. Реконструкция этих процессов невозможна без изучения внутренних сфер Земли – ядра и мантии

ивнешних – гидросферы, атмосферы, биосферы, ноосферы (от греч. ноос –

разум, т. е. та часть пространства, на которую особенно сильно воздействует активная деятельность человека).

Кроме этого, объектами геологических исследований являются:

–природные тела, слагающие верхние горизонты твердой оболочки Земли, т. е. минералы, руды и горные породы;

–различные геологические процессы, в результате которых появляются, развиваются и исчезают природные тела, а также формируется рельеф земной поверхности;

–взаимное расположение природных тел в земной коре, которые определяют геологическое строение и геологическую структуру, время их возникновения и историю развития;

–причины и закономерности возникновения и развития геологических процессов, а также закономерности развития Земли.

6

В недрах Земли находятся залежи полезных ископаемых, вопросами поиска и разведки которых занимается геология. На земной поверхности протекают разнообразные геологические процессы, люди возводят здания и различные инженерные сооружения, строят транспортные магистрали. Задачей геологии является обеспечение их устойчивости

ибезопасного функционирования. Правильное решение этих двух основных практических задач немыслимо без глубокого знания общих закономерностей строения и развития отдельных геосфер. Раскрытие данных закономерностей и познание лежащих в их основе причин невозможны без изучения всей Земли, так как наша планета представляет собой единую природную среду и развивается так же, как и все планеты Солнечной системы.

Специфической особенностью геологических объектов и процессов являются их исключительно большие масштабы и длительность воздействия. Геологические процессы могут охватывать целые континенты, а их действие может растянуться на многие десятки и даже сотни миллионов лет. Вследствие этого судить о процессах, проявившихся в образовании различных горных пород, руд и минералов, геологических напластований, геологических структур, можно лишь по их конечным результатам, которые тщательно изучаются. Понять действие геологических процессов возможно только путем восстановления их природы

иистории развития.

Геология обладает собственными методами исследования. Изучением состава занимается одна из древнейших наук о Земле –

минералогия – наука о минералах, т. е. природных химических соединениях, состоящих из молекул, образованных одним (например, С – алмаз, графит) или несколькими элементами (например, SiО2 – кварц). Чаще всего элементы в минералах располагаются в строгом порядке, образуя кристаллическую решетку. Науки, изучающие строение кристаллов, их эволюцию,

состав и свойства, называются кристаллографией и кристаллохимией.

Минералы кристаллические и некристаллические в земной коре встречаются, как правило, в естественных сростках или скоплениях – агрегатах. Такие полиминеральные агрегаты называются горными породами, среди которых известны:

–осадочные породы, образующиеся путем осаждения осадков в водной или воздушной средах;

–магматические породы, образующиеся путем частичной или полной кристаллизации алюмосиликатных расплавов;

–метаморфические – кристаллические породы, возникающие при перекристаллизации других пород в земной коре под действием высокого давления и высокой температуры.

Геологическая наука, как и любая наука естественного профиля, собирает факты, обобщает их различными методами и способами, которые

7

помогают выявить закономерности, а также выдвигает гипотезы и теории, которыми объясняются геологические явления. Геологическая наука к обобщению фактов подходит синергетически, т. е. все геологические и любые природные явления и предметы рассматриваются всесторонне, в их естественной взаимосвязи и взаимозависимости, идет поиск противоречий и закономерностей, с помощью которых раскрывается движущая сила развития, вскрывается переход количественных взаимоотношений в качественные, объясняются природа и ход эволюционных развитий.

Практическое значение геологии огромно и разнообразно. Весь арсенал современной науки и техники основан на использовании продуктов земных недр – нефти, угля, различных металлов, строительных материалов, подземных вод и др. Воды минеральных источников используют в лечебных и бальнеологических целях. Для поисков, разведки и извлечения разнообразного минерального сырья из земных недр требуется прежде всего разработка методов обнаружения залежей (месторождений) полезных ископаемых, которые необходимы для промышленности, сельского хозяйства (минеральные удобрения) и строительства.

Одним из таких методов является «Фотограмметрия и дистанционное зондирование», по которому ведется подготовка студентов специальности 120201.65 «Исследование природных ресурсов аэрокосмическими средствами».

8

1. КРИСТАЛЛОГРАФИЯ

Окружающий нас мир состоит из кристаллов. Мы живем в мире кристаллов. Жилые здания и промышленные сооружения, самолеты и ракеты, теплоходы и тепловозы, горные породы и минералы слагаются из разнообразных кристаллов. Из кристаллов состоят и такие вещества, как каучук, сажа, шерсть, шелк, целлюлоза, кости и многие другие предметы. Мы едим кристаллы, лечимся ими и частично сами состоим из кристаллов.

Изучением кристаллического строения минералов и других веществ занимается наука кристаллография. Кристаллография подразделяется на три вида: геометрическую, занимающуюся описанием различных форм встречающихся кристаллов, физическую, или кристаллофизику (включая кристаллооптику), и химическую, или кристаллохимию.

Физическая и химическая кристаллографии изучают зависимость физических и химических свойств от особенностей кристаллического строения минералов. Кристаллооптика изучает оптические свойства кристаллов.

Среди природных минералов преобладают минералы кристаллического строения: их 98 %. В связи с этим, изучению минералогии всегда предшествует знакомство с основными понятиями по кристаллографии.

Земная кора состоит из различных горных пород и минералов. Минералы – это природные химические соединения или самородные элементы, возникшие в результате разнообразных физико-химических процессов, происходящих в земной коре и на ее поверхности. Иными словами, минералы являются продуктами определенных физико-химических и термодинамических процессов, существующих в земной коре (температура, давление, состав компонентов). Минералы в природе находятся преимущественно в твердом состоянии. Реже встречаются жидкие (ртуть, вода) и газообразные (горючие газы, углекислый газ) минералы. Ниже приводится описание только твердых минералов

В настоящее время известно около 3000 минералов, включая и их разновидности. Из всех минералов лишь очень немногие имеют широкое распространение в составе горных пород. Они называются породообразующими. В курсе общего землеведения изучаются не все, а только главнейшие минералы.

1.1. ВНЕШНИЙ ВИД МИНЕРАЛОВ

Наиболее простой и распространенный метод изучения минералов – это знакомство с ними по внешним признакам, т. е. определение их макроскопическим путем, в отличие от микроскопического и других более точных методов, применяемых в минералогии, петрографии и минераграфии. Твердые минералы в большинстве случаев являются кристаллическими

9

веществами, либо имеющими более или менее хорошо выраженную форму многогранников, либо встречающимися в виде неправильных по форме зерен или сплошных масс. Реже встречаются аморфные минералы, образующие бесформенные массы.

Основным признаком кристаллических веществ является строго определенная группировка слагающих их атомов и ионов, которые занимают соответствующие места в пространстве, образуя кристаллические решетки. Геометрически кристаллическая решетка представляет собой плотно пригнанные друг к другу многогранники (кубы, октаэдры, параллелепипеды, ромбоэдры и др.), в вершинах, центрах или серединах граней которых на строго определенном расстоянии располагаются атомы (или ионы). Они образуют так называемые узлы кристаллической решетки. Совокупность узлов, лежащих вдоль прямой и периодически повторяющихся через равные промежутки, образует ряд пространственной решетки, а совокупность рядов, расположен-

ных в этой плоскости, – плоскую сетку кристаллической решетки.

Кроме явно кристаллических веществ, в земной коре широкое распространение получили скрытокристаллические, к числу которых относятся коллоиды. Как известно, к коллоидам относятся разнородные дисперсные системы, состоящие из дисперсной среды (растворитель) и дисперсной фазы (тонкораспыленные частицы). Среди коллоидов различают золи,

вкоторых дисперсная среда преобладает над дисперсной фазой, и гели,

вкоторых, наоборот, преобладает дисперсная фаза. Примером золей могут служить железистые воды, а гелей – лимонит (гель гидроокислов железа), опал (гель кремнезема) и др. Потерявшие с течением времени воду гели подвергаются перекристаллизации, при этом часто возникают радиальнолучистые, зернистые или волокнистые агрегаты, называемые метаколлоидами (бывшими коллоидами). Твердые коллоиды, как показали рентгеноструктурные исследования, представляют собой не аморфные, как считали ранее, а скрытокристаллические вещества.

Аморфные (стеклообразные) вещества характеризуются отсутствием кристаллического строения. Они подобны жидкостям или расплавам. Физические свойства аморфных веществ – электропроводность, теплопроводность, твердость, оптические свойства и др. – изотропны, т. е. они одинаковы во всех направлениях. Различие во внутреннем строении приводит и к различию свойств и внешних признаков кристаллических и аморфных веществ.

1.2.СВОЙСТВА КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Взависимости от величины ионного радиуса данного иона находится число соприкасающихся с ним в кристаллической решетке ионов другого элемента (рис. 1.1). Например, в решетке галита (NaCI) каждый ион натрия окружен шестью ионами хлора, расположенными в шести углах октаэдра, так же как и каждый ион хлора окружен шестью ионами натрия.

10