|
Часть I
ПРИНЦИПЫ И
МЕТОДЫ
Глава 1
О ПРИРОДЕ
МИНЕРАЛОВ
1.1 Введение
Минералогия — старейшая из наук о Земле. По су-
ществу она стоит в одном ряду с земледелием и
животноводством, принадлежа к старейшим обла-
стям практических знаний. Уже десятки тысяч
лет назад люди использовали кремень для про-
изводства орудий труда и минералы, содержащие
оксид железа, — для получения охр, а начало ис-
пользования медных руд относится, вероятно, к
6000 г. до н. э. Само слово
минералогия
существу-
ет с 1690 г., но современное понятие минерала
(гомогенное твердое тело природного происхожде-
ния) было сформулировано только в начале XIX в.
Тогда минералогия была гораздо теснее связа-
на с химией и физикой, чем с геологией. Можно
считать, что среди основателей и неорганической
химии, и минералогии были такие известные уче-
ные того времени, как швед Йене Якоб Берцели-
ус (1779-1848) и англичанин Гемфри Дэви (1778-
1829). Тесные связи между минералогией и гео-
логией способствовали развитию петрографии на-
чиная примерно с 1840 г. На протяжении послед-
них 150 лет минералогия постоянно развивалась и
изменялась, и теперь эксплуатация минеральных
ресурсов и открытие новых способов использова-
ния минералов в технике происходят быстрее, чем
когда-либо прежде. Развитие техники также спо-
собствует изучению минералов и позволяет глуб-
же понять их состав и структуру. Сейчас нам ста-
ло намного яснее, как изменяются минералы в
соответствии с изменением физических и химиче-
ских свойств окружающей среды. Сегодня иссле-
дования состава, структуры и свойств кристаллов
в физике и химии твердого тела и в материалове-
дении тесно связаны с аналогичными исследова-
ниями в минералогии.
Многие минералы обладают большой эстети-
ческой привлекательностью не только тогда, ког-
да они обработаны как драгоценные камни, но и в
натуральном виде. Помимо этого имеются и неко-
торые другие особенности минералов, от которых
зависят и их полезные свойства и интерес к ним.
Одной из таких особенностей является ценность
минералов как рудного сырья. Это качество ми-
нералов заключено в их химическом составе, так
как он определяет, какие элементы могут быть из-
влечены из минерала посредством плавления или
разрушения его структуры другим способом. Та-
кой ценностью обладают, например, халькозин, га-
ленит и сфалерит (сульфиды меди, свинца и цин-
ка) , касситерит (оксид олова) и многие другие ми-
нералы.
Другой особенностью минералов является их
значимость как кристаллического материала, т. е.
наличие у них уникальных свойств, связанных
с кристаллической структурой. Алмаз и графит
представляют собой различные кристаллические
формы чистого углерода, а весьма заметные раз-
личия в их физических свойствах обусловлены
только способом, по которому атомы углерода рас-
положены в пространстве и объединены в кри-
сталлы. Именно структура алмаза, представляю-
щая собой трехмерную решетку прочно связанных
между собой атомов углерода, делает его самым
твердым из всех минералов и является причи-
ной широкого использования его как драгоценно-
го камня или абразива. С другой стороны, графит
находится в ряду самых мягких минералов, что
определяет его применение в качестве смазочно-
го материала или в карандашных грифелях. Осо-
бенности минералов, которые используются для
получения различных материалов, — это не толь-
ко их твердость и оптические характеристики, но
и пьезоэлектрические и магнитные свойства. На-
пример, кварц, обладающий пьезоэлектрическими
свойствами, применяется при изготовлении часов
и манометров.
Третья особенность минералов заключается в
существовании их ассоциаций, которые слагают
горные породы и позволяют получать информа-
цию о геологических процессах. Петрография, за-
нимающаяся изучением минеральных агрегатов
или пород, неизбежно связана с минералогией, и
весьма трудно провести границу, разделяющую
описание минералов и оценку петрологических об-
становок их образования. Проведя эксперименты
и поняв, как меняются структура и состав минера-
лов при изменении температуры и давления, мы
получаем основу для построения теорий эволюции
земной коры, а также можем судить о строении и
составе глубоких недр Земли.
Значение пространственного расположения
атомов в структуре и их фундаментальная связь с
составом минералов стали ясны уже во второй по-
ловине XIX в., но у исследователей не было тогда
прямого метода для подтверждения этого. Такая
возможность появилась в 1912 г., когда Макс фон
Лауэ впервые показал, что кристалл может слу-
жить трехмерной дифракционной решеткой для
пучка рентгеновских лучей. В одной из последу-
ющих глав мы вернемся к методам рентгенов-
ского изучения кристаллов. Здесь же достаточ-
но сказать, что по величине углов, под которы-
ми происходит дифракция рентгеновских лучей,
можно определять расстояние между плоскостя-
ми, содержащими атомы, из которых построен
кристалл, а изучая интенсивность рентгеновских
лучей, можно делать выводы о положении ато-
мов различных элементов на этих плоскостях. Во-
оружившись точным знанием химического соста-
ва кристаллического соединения, мы оказываемся
в состоянии установить приблизительное положе-
ние всех элементов в его структуре. В этой книге
рассматривается главным образом связь между
кристаллической структурой и химическим соста-
вом при температурах и давлениях, существую-
щих в земных недрах. Вопросы, связанные с ми-
неральными ассоциациями в породах, оставляем
для книг, посвященных различным аспектам пе-
трографии.
Do'stlaringiz bilan baham: |
