Общая минералогия. Минералогия
Рисунок 2. Идеальный разрез через земную кору в области гранитных магм и связанных с ними геохимических процессов.
Ин-т цветных металлов в Москве. При Ком-академии в Москве имеется Институт генезиса минералов и горных пород, а при нем синтетическая лаборатория по производству опытов искусственного получения минералов. Научные минералогические вопросы широко ставятся и глубоко прорабатываются при Минералогическом музее Академии наук. В СССР существует научное минералогическое общество, основанное в 1830 г., имеющее свой орган («Записки Российского минералогического об-ва», М., с 1870). Лит.: Болдырев А., Курс описательной минералогии, вып. 1-2, Л., 1926-28; Вернадский В., Минералогия, вып. 1-2, М., 1910-1912; о н ж е, История минералов земной коры, т. I, вып. 1-2, Л., 1925-1927; о н ж е, Очерки геохимии, М.-Л., 1927; Нерудные ископаемые, изд. Академии наук СССР. т. I-V, Л., 1926-29; Федоровский Н., Курс минералогии, М.,1930; о н ж е, Минералы в промышленности и сельском хозяйстве, Л., 1927; Ферсман А., Химические элементы земли и космоса, П., 1923; N i g g 1 i P., Lehrbuch der Mineralogie, В., 1924-26. См. также лит. к ст. Кристаллы. Н. Смольягогаов. МИНЕРАЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ. Источники называются минеральными, если вода их отличается от обычной воды источников или колодцев 1) более высоким содержанием растворенных веществ, или 2) содержанием редко встречающихся и терапевтически важных веществ, или же 3) более высокой t°. Принято (Deutsches Baderbuch) воду считать минеральной, если 1 л содержит более 1 г всех растворенных твердых веществ (включая гидрокарбонаты) или более 0,25 г свободного угольного ангидрида (С0 2); 1 мг иона лития (Li"); 10 мг иона стронция (Sr**); 5 мг иона бария (Ва**); 10 мг иона закисного или окисного железа (Fe*" или Fe""); 5 мг иона брома (Вг"); 1 мг иона иода (J"); 2 мг иона фтора (F"); 1,3 мг иона гидро-арсената (HAs0 4 "); 1 мг лг-мышьяковой к-ты (HAs0 2); 1 мг всей титруемой иодом серы (S, отвечающая H 2 S+HS" + S 2 0 3 "-f-S0 3 "); Ъ мг м- борной к-ты (НВ0 2); 4 милли-эквивалента титруемой щелочности или гидрокарбонатов и карбонатов щелочей, отвечающей 340 мг NaHC0 3 . Вода также признается минеральной, если обладает радиоактивностью более 3,5 единиц Махе или t° выше +20°. Происхождение М. и. связано с фактом циркуляции воды в земной коре. Все пласты земной коры грубо можно разделить на водопроницаемые (например песок) и водоупорные (например глина); большие количества подземных вод могут передвигаться только по первым. Выход подземной воды на поверхность может иметь место 1) при выходе водоносного пласта на поверхность на склоне горы, в овраге (а при наличии складчатости и размыва пластов-и в любых условиях рельефа), 2) при нарушении целости, или т. н. «сплошности» водоупорных пластов, покрывающих водоносный пласт; такое нарушение может быть естественным (трещины) и искусственным (буровые скважины, шахты). Сама вода минеральных ис- , точников, по Зюссу, получается двумя путями: 1) так наз. ювенильная вода выделяется в глубоких слоях земной коры или у вулканических очагов из магмы; 2) вадозные воды (см. Вадозные источники) происходят из вод поверхностных, прошедших под землей б. или м. длинный путь. Являясь весьма активным химическ. реагентом и будучи распространена на земной поверхности повсеместно, вода давно переработала те вещества, к-рьте могли вступать с нею в энергичное взаимодействие, и потому в наст, время мы наблюдаем в природе лишь сравнительно медленно идущие процессы растворения, выщелачивания, обменной адсорпции и т. п. Хим. активность. воды обусловлена в значительной мере несимметричным строением ее молекулы, полярностью молекулы; в силу этой полярности молекулы воды притягивают как друг друга (явления ассоциации), так и посторонние молекулы, а также и ионы. Этими притяжениями и обусловлена в первую очередь способность воды к растворению"и выщелачиванию горных пород. Соли й другие растворенные вещества. попадают в минеральную воду многими путями. Эксгаляции магмы, т. е. раскаленные пары, выделяющиеся из жидкой магмы, состоят не только из воды, но и еще из целого ряда веществ (H 2 S, C0 2 , Н 3 В0 3 , НС], щелочи); при охлаждении ббльшая их. часть растворяется в воде. Дождь и снег увлекают с собой из воздуха пыль, 0 2> N 2 , 0 3 , S0 2 , S0 3 , NPI 3 , окислы азота, Nad": (особенно над морем) и т. д. Дождевая вода; может содержать соли далеко не в ничтожных количествах: до 950 мг NaCl, до 16 мг- NH 3 в 1 л и т.д. Протекая через пласты земной коры, вода обогащается солями. Состав минеральной воды зависит от того, с какими горными породами, в какой последовательности, при каких условиях (температура и давление) и как долго находилась вода в соприкосновении. Действию воды подвержены все породы, но в разной степени. Особенно резко отличаются друг от друга воды, образовавшиеся путем взаимодействия с первичными кристаллическими горными породами, и воды,получившие свою» минерализацию в пластах пород осадочных. В первую очередь из осадочных пород выщелачиваются легко растворимые соли, захваченные ими в период осаждения солей из морской воды. Особенно энергичным растворителем является вода, обладающая кислой реакцией от присутствия угольной к-ты. или других к-т. Так, в 1 л чистой воды растворяется 0,013 з СаС0 3 , а в воде, насыщенной С0 2 при 1 атм. давл.,-1,099 г СаС0 3 . Кислая реакция может обусловливаться также гуминовыми к-тами (болотные воды) или серной к-той, получающейся при окислении сероводорода, серы, пиритов, при гидролизе сульфатов алюминия и железа. Вообще при действии на породы воды, уже содержащей. растворенные вещества (газы, соли, к-ты), происходит целый ряд реакции обмена с об- разованием как растворимых, так и нерастворимых продуктов. Примеры реакций: СаС0 3 + Н 2 0 + С0 2 ^Са(НС0 3) 2 ; MgC0 3 +H 2 0 + C0 2 £Mg(HC0 3) 2 ; Fe0 + H 2 0+2C0 2 £Fe(HC0 3) 3 ; CaC0 3 +H 2 S0 4 ->CaS0 4 + H 2 0 + C0 2 ; Fe(HC0 3) 2 +CaC0 3 £FeC0 3 +Ca(HC0 3) 2 ; FeC0 3 + H,S:£FeS+H,0 + CO,; FeS 2 +2C0 2 +2H 2 O^H 2 S + Fe(HC0 3) 2 + S. Согласно с опытами и выводами новейшей теории растворов электролитов (Debye иг Нйске1)ионы, находящиеся в растворе, часто способствуют растворению трудно растворяющихся солей(CaC0 3 , CaS0 4 . 2Н 2 0) и уменьшают растворимость газов. Это изменение растворимости может достигать значительной величины. Так, в 1 л чистой воды при 25° растворяется 2,08 г CaS0 4 , а в 1 л воды, содержащей 58 г NaCl, при той же t° растворяется 6,24 г CaS0 4 . При взаимодействии воды, содержащей Са(НС0 3) 2 или CaS0 4 , с породами, содержащими Na(глины), образуются NaHC0 3 или Na 2 S0 4 ; т. о. по всей вероятности объясняется генезис многих содовых и сульфатных минеральных вод. Отдельные струи вод разного состав а могут под землей встретиться и, смешавшись, дать воду нового состава. При этом может быть достигнут предел растворимости для нек-рых солей, и они выпадут из раствора. Состав полученной воды связан с количеством и составом смешавшихся вод определенной математической зависимостью. Биохим. процессы в земной коре также влияют на состав вод. Так, сульфатные воды при встрече с породами, содержащими органические вещества, часто дают сероводород и угольную к-ту. Процесс этот вызывается бактериями, к-рые живут за счет выделяемой при этом энергии (Microspira desulfuricans и др.). Простейшая схема процесса: 2C+Na 2 S0 4 ->Na 2 S+2C0 2 ; Na 2 S + 2C0 2 +2H 2 0-*2NaHC0 3 + H 2 S. В областях распространения нефтеносных и битуминозных пород часто встречаются воды, совершенно не содержащие сульфатов, обогащенные карбонатами и сульфидами. Нефтяные воды обычно относятся к хлорид-ным, часто содержат значительные количества бария (до 0,4 г в 1 л) и повышенное количество Вг" и J" сравнительно с морской водой. Биохимическими же процессами объясняется во многих случаях переход нитратов в нитриты и аммоний. Микроорганизмы принимают участие также и в образовании барежина (см.). Состав М. и. В минеральн. водах встречаются в виде «следов» почти все известные элементы, но в относительно значительных количествах - только немногие, г. о. Na*, Ca",Mg ,C]",HC0 3 ",S0 4 ", меньше K*,H 2 Si0 3 , COo,N0 3 " и Fe"\ реже или в еще меньших количествахС0 3 ",Вг",«Г,Н8",Р",8 2 0 3 ",80 0 ", HSiCV, HP0 4 ", HAsO/", В^/Мл-ДО-Д", Мд"\ Fe~, АГ\ Zn*\Cu",Ni",HB0 2 , Н 2 ТЮ 3 ; органич. к-ты: нафтеновые (пента- и гексаме-тиленкарбоновые), гуминовые; из газов в больших количествах выносятся минеральными водами С0 2 , СН 4 , N 2 , в меньших H 2 S, COS, 0 2 , H 2 , Ar, He, Ne, Кг, Хе, а также радиоактивные эманации: из коллоидов - S, Fe(OH) 3 , A1(0H) 3 , Mn(OH) a , As 2 S 3 . FeS, Н 2 8Ю 3 ,Н 2 ТЮ 3 ,органичеекие вещества. Максимальная концентрация данного элемента и соединение, в виде которого он присутствует в минеральной воде, для большинства элементов находится в определенной зависимости от присутствия и от концентрации ряда других элементов или соединений. Так, концентрация водородных ионов определяет степень диссоциации всех слабых кислот: H 2 C0 3 , H 2 S, H 2 Si0 3 , Н 2 ТЮ 3 , H 3 P0 4 , H 3 As0 4 , H 3 B0 3 и т. д. Углекислота, сероводород и их ионы связаны между собой отношением x = 0,3, x Максимальные возможные концентрации Са (HC0 3) 2 , Mg(HC0 3) 2 , Fe(HC0 3) 2 зависят от концентрации свободного угольного ангидрида С0 2 . Не могут существовать одновременно в сколько-нибудь значительных количествах окислители N О 3 ", Fe*", O a и восстановители-H 2 S. Присутствие HS", H 2 S или С0 3 " практически исключает возможность присутствия в растворе ионов металлов кроме щелочных.-Коллоиды в минеральных водах часто являются продуктами метамор-физации воды уже после выхода ее на земную поверхность. Так образуются коллоидная сера, коллоидная Fe(OH) 3 , FeS и др.-Каталитическое действие многих минеральных вод на различные реакции (разложениеН 2 0 2 , окрашивание гваяковой смолы) обусловливается поверхностными свойствами коллоидных частиц, образующихся в воде. Методы хим. и физ.-хим. исследований минеральных источников являются одной из сложнейших глав физической и аналитической химии; точный и полный анализ минеральной воды может производиться только в специальной, хорошо оборудованной лаборатории. Сан.-бактериол. анализ минеральных вод производится методами, принятыми для пресных вод.-О бозначение состава минеральных вод до последнего времени было часто произвольным; приводили состав в виде окислов,ионов или комбинировали их в соли совершенно произвольно. В 1930 г. на IV Гидрологическом совещании при Управлении курортами Наркомздрава был утвержден стандарт анализа в ионной форме в виде 5 столбцов: 1) название анионов (см.), катионов (см.) и недиссоцииро-ванных соединений; 2) содержание их в граммах в1л;3)в миллимолях (миллимоль- число миллиграммов, равное молекулярному весу); 4) в милливалях (милливаль-число миллиграммов, равное эквивалентному весу; милливаль равен миллимолю, деленному на валентность иона) и 5) в вальпроцентах (процент от суммы милливалей катионов или анионов). Для характеристики и классификации минеральных вод решающим считается 5-й столбец-вальпроценты. Для наглядной характеристики минеральной воды IV Гидрологическим совещанием принята формула Курлова-Карстенса: в начале ее ставится содержание газов и активных элементов (в граммах на 1 л); затем «степень минерализации»-сумма всех ионов и нерасщепленных молекул без газов (в граммах на 1 л); дальше следует дробь: в числителе ее помещаются в порядке убывающих чисел анионы (в вальпроцентах), в знаменателе-катионы (в вальпроцентах). Те и другие вводятся в формулу только тогда, когда они содержатся в количестве, большем 25 вальпроцентов. В конце формулы ставится t° воды и дебит в гектолитрах в сутки. Пример: Александро-Ермоловский источник в Пятигорске: м С1 40 нсо 3 з 8 0 ^=Г^ ^ i.jlcXJc со "г,№:* L 46^5600 Na 60 Ca s „ При International Society of Medical Hydrology работает специальная комиссия по стандартизации описаний М. и. Ею выра- 13 ботан стандарт, сходный с русским и отличающийся гл. обр. тем, что за единицу принят не грамм, а миллиграмм. Номенклатура и классификация минеральных вод по постановлению IV Гидрологического совещания должны основываться на названиях ионов, а не солей; как правило в название вводятся только ионы, содержащиеся в количестве не менее 25 вальпроцентов. Терапевтически активные элементы и газы вводятся в название и в формулу Курлова при концентрации их не ниже: Fe"-10 мг.,Ы" -5 мг, J"-10 мг, Вт"- 25 мг, HAs0 4 " и НР0 4 "-I мг, H 2 S свободного-10 мг, С0 2 своб.-750 мг.-Г о р я-ч и м и называют источники с t° выше 35°; при 20°-35° их называют теплыми. Т. о. названия составляются из названий терапевтически активных веществ (в порядке убывающих концентраций в граммах), анионов (в порядке убывающих значений вальпроцентов) и катионов (в порядке убывающих значений вальпроцентов). В конце названия стоит t°, если она того заслуживает. На основе этой номенклатуры проф. В. А. Александровым в «Основах курортологии» развита новейшая классификация минеральных вод, имеющая перед всеми прежними преимущества однозначности: каждый класс имеет определенные числовые пределы, и ни одна вода не может попасть сразу в два класса. Как пример приводится анализ воды Баталинского источника. В старых клас- Баталинский источник (Кавказские мин. воды). Карстенс Температура. . . 9,6° Дебит в сутки. . . , 7,2 гл М ил- В 1 л воды Грам- М ил- Проц. мил- содержится мы мо ли вал и ли-валь Ион калия К*. . . 0,0228 0,58 0,58 0,3 » натрия Na*. . 3,7989 164,81 164,81 50,4 » кальция Са". 0,4600 11,50 23,00 7,0 » магния Mg". . 1,6877 69,28 138,56 42,3 » железа Fe". . следы - - - » алюмин. АГ" следы " " 27= 326,95 100,0 Ион хлора СГ. . 1,3455 37,95 1 37,95 11,6 » сульфатаS0 4 " 13,351 138,98 ! 277,96 85,0 » гидрокарбо- ната НС0 3 ". . 0,6729 11,03 11,03 ! 3,4 1 Г= 326,94 100,0 Кремневой кисло- 0,21 Свободной СО а. . 0,1025 2,33 2 = 436,7 so 4s5 M,1,1 Na..M &1 T ,.°, D т „ Источник сульфатный, на трневый, магнг евый сификациях, часто употребляемых еще и теперь, очень много неясностей; чтобы облегчить использование старых литературных данных, приводится сводка главнейших названий наряду с отвечающими им ионами: источники железные, железистые содержат Fe**, стальные-Fe", известковые-Са", земельные, землистые-Са", Mg", Fe", щелочноземельные-2 значения: 1) Са", Mg", 2) Са", Mg", К", Na*; щелочные-2 значения^ 1) Na*, К*, 2) воды щелочной реакции; гла-" уберовые - Na 2 S0 4 ; горькие, сульфатные, сернокислые-SO/"; гипсовые-CaS0 4 ; соленые, муриатич., рассольные-СГ; газовые- обычно С0 2 , реже H 2 S, CH 4 , N 2 ; сульфидные, сернистые, серные, сероводородные, содержащие H 2 S или HS" или то и другое вместе [правильнее называть сернистыми воды с S0 3 ", серными-с серой свободной (коллоидной), сероводородными-с H 2 S свободн.]; углекислые-С0 2 , НС0 3 ", С0 3 " (правильно только С0 2); карбонатные-СО 3 ^НС0 3 "(п Р а -вильно-только С0 3 "); двууглекислые, гидрокарбонатные - НС0 3 "; мышьяковистые, мышьяковые -As. (Обзор старых классификаций - см. Бальнеология.) - Международная комиссия по стандартизации описаний М. и. предложила в 1930 году очень простую классификацию-по одному преобладающему или активному ингредиенту, напр. хло-ридная, железная и т. п. Широкого распространения эта классификация пока не имеет. Радиоактивность минеральных вод измеряется обычно в единицах Махе (ME); колеблется от долей ME до тысяч; зависит 1) от содержания газа - эманации радия (Em); такая радиоактивность быстро исчезает, т.к. период полураспада Em равен 3,85 дня; или 2) от содержания солей самого радия или других радиоактивных металлов с большим периодом полураспада (радий- 1760 лет); такая радиоактивность может и возрастать до известных пределов, так как к ней прибавляется активность продуктов распада. - К р и о с к о п и ч е с к и е и э б у-лиоскопические исследования (понижение t° замерзания и повышение t° кипения) минеральных вод определяют общую концентрацию всех веществ, растворенных в минеральной воде, следовательно и ее осмотические свойства, или «тоничность» (tonicity). Международной комиссией по стандартизации описаний минеральных вод предложено называть «гипотоничн.ыми»воды, осмотическое давление к-рых меньше осмотического давления раствора, содержащего 9 г NaCl в 1 л, или 303 миллимоля всех ионов и молекул; «изотоничными» и «гипертонич-ными» называют воды с осмотическим давлением, равным или соответственно большим, чем у этого раствора. Изменения в составе минеральной воды могут зависеть от изменения режима источника или (чаще) от изменения условий при выходе воды на поверхность. В первом случае чаще всего изменения зависят от подтока пресной воды к основной минеральной струе; для вадозных и смешанных источников колебания состава имеют место напр. при сезонных колеэаниях количества осадков; такие изменения всегда сопровождаются изменениями дебита и обычно t°. Поэтому область питания источника должна быть защищена от возможностей загрязнения и от нарушений нормального режима вод, что является задачей горно-санитарной охраны (см.) М. и.-При выходе минеральной воды на поверхность уеловияее существования радикально меняются; это всегда сопровождается нек-рым изменением состава; часто эти изменения настолько велики, что через небольшой промежуток времени совершенно обесценивают минеральную воду. При изменении t° воды изменяются условия растворимости, и вещества, бывшие в насыщенном растворе, могут выделиться. Так, термальные источники при охлаждении часто отлагают кремнистые осадки; холодные источники, насыщенные газом, согреваясь, отдают его в виде пузырьков. Уменьшение давления тоже вызывает выделение пузырьками газов, насыщающих воду. Однако потеря газов происходит не только путем пузырьков, но и путем невидимой диффузии газа из воды в воздух. Особенно важна потеря СО 2 , так как благодаря этому изменяется реакция воды (повышение рН), следствием чего является переход гидрокарбонатов в карбонаты и выпадение в осадок СаС0 3 , MgC0 3 , Fe(OH) 3 . Они образуют у выхода источника отложения, называемые травертинами. С уменьшением концентрации углекислоты (соотв. повышением рН) изменяются условия сульфиднокарбонатно-го равновесия, и часть свободного H 2 S переходит в «связанное» состояние-в HS".-Одновременно происходит процесс насыщения минеральной воды газами атмосферы; особенно важен здесь кислород, т. к. им обусловливается целый ряд окислительных процессов, радикально меняющих состав минеральной воды. Соединения закисного железа окисляются в соединения окиси, к-рые более подвержены гидролизу и потому обычно выпадают в осадок; то же относится и к марганцу. Свободный сероводород окисляется в зависимости от условий до серы или до серной к-ты. Сульфиды (S") и гидросульфиды (HS") при окислении дают гипосульфит (S 3 0 3 "). H сульфат (SO/")- При этом как промежуточный продукт появляется в растворе и сульфит (S0 3 ")- Во всех этих процессах принимают большое участие микроорганизмы; их органическое вещество часто является связующим материалом для осадков S, Fe(OH) 3 и др.,-так получаются студенистые массы «муффа», «барежина» и др. осадков; эти скопления вызывают закупорку труб, по к-рым минеральная вода подается к ваннам. или "бюветам (см.). Для бальнеотехники особенно важны физич. свойства минеральной в оды. Темп, измеряется в градусах Цельсия. Теплопроводность воды (К) истинная очень мала, но практически передача тепла из ванны в тело б-ного и обратно происходит очень быстро вследствие конвекционных токов, благодаря которым слой воды, прилегающий к телу, .постоянно меняется; отдача тепла особенно ускоряется при т. наз. проточных ваннах (Strombader), при душах Шарко и т. п. Теплоемкость (С) колеблется от 1 (чистая вода) до 0,75 (крепкие рассолы), т. е. рассолы отдают телу или отнимают от него меньше тепла, чем воды малой минерализации при той же t°. Уд. в. (d) минеральных вод обычно близок к 1; повышается с увеличением количества раствор, солей и в рассолах достигает 1,3; уд. в. определяет давление воды на тело-б-ного, погруженное на известную глубину. Электропроводность Г -1 измеряется в обратных омах на 1 см 3 ; имеет значение при гальваноминеральных ваннах; зависит от состава солей и степени их диссоциации. Материалы, употребляемые для каптажа М. и. и для проведения воды к месту пользования, подвергаются действию воды и сами влияют на ее состав. Цемент, бетон разъедаются углекислой водой и обогащают ее кальцием; сульфаты вод вызывают разрушение бетона в силу объемных изменений при образовании комплексных соединений в бетоне. Железные трубы подвержены действию углекислых, сульфидных, рассольных вод; особенно сильно "действуют на все материалы (кроме дерева и стекла) сульфидные воды в месте их соприкосновения с воздухом; образующаяся здесь серная кислота разъедает все в очень небольшой срок; поэтому сульфидные воды необходимо проводить совершенно герметично, следя за постоянным заполнением всего сечения труб водой.-Возможность больших изменений состава минеральной воды как под землей, так и на поверхности вызывает необходимость постоянного контроля состава путем кратких анализов. Обычно вполне достаточным является ежедневное определение 1-2 ингредиентов, напр. для соленых вод-хлора; для сульфидных-H 2 S, щелочности (рН); для углекислых-С0 2 своб. и рН и т. д. Методы анализа при контроле применяются исключительно объемные или колориметрические как требующие минимум времени. Небольшие изменения в составе воды легко обнаруживаются по изменению ее электропроводности. Существуют самопишущие приборы, регистрирующие колебания электропроводности воды. Сроки и принципы наблюдения над М. и. и хим. контроля их установлены в 1925 году Главным курортным управлением. Колебания дебита или t° источника всегда указывают на некоторое изменение состава. Нагрев и охлаждение минеральной воды нужно производить, по возможности избегая соприкосновения ее с воздухом. Лучшей системой являются закрытые змеевики, охлаждаемые снаружи водой; для нагрева наиболее рациональным является метод откидных змеевиков, опускаемых в ванну и нагреваемых внутри паром. Необходимо избегать перегрева воды во избежание потери газов. При нагревании или хранении воды в баках большую услугу оказывают деревянные крышки, плавающие на поверхности воды, т. к. они сводят к минимуму поверхность соприкосновения с воздухом.- Основные условия техники розлива минеральных вод - стерильность, отсутствие аэрации. При хранении и пересылке минер. вод бутылки нужно держать в лежачем положении, чтобы пробка была всегда смочена водой: в противном случае пробка пересыхает, герметичность укупорки теряется, и с уходом газов состав воды подвергается изменению. Существенным условием устойчивости состава является низкая t°; поэтому минеральные воды обычно хранят в подва- лах и ледниках, перевозят в изотермических вагонах. Насыщение минеральной воды СО 2 значительно повышает не только вкусовые качества, но и устойчивость состава минеральной воды в бутылке; все же леч. свойства бутылочной воды не идентичны. свойствам воды у источников.-И ск.умственные минеральные воды составляются обычно из химически чистых солей по анализу естественной воды; полное тождество состава и свойств искусственной воды и естественной может быть достигнуто лишь с большим трудом; особые затруднения представляет точная имитация состава растворенных газов и свойств коллоидов. Из искусственных минеральных вод широкое распространение имеют лишь соленые ванны, ванны из морской соли, углекислые. Начинают входить в употребление искусственные сероводородные ванны. Терапевтическое применение М. и. - см. Бальнеотерапия. Зоны санит.охраны М.и.- см. Горно-санитарная охрана. Лит.: Бертенсон Л., Лечебн. воды, грязи и морские купанья в России и за границей, СПБ, 1901; Голубинин Л., Минеральные воды и лечебные грязи, М., 1911; Естественные производительные силы России, т. IV, вып. 40 - Минеральные воды, изд. КЕПС Академии наук СССР, П., 1922; К у р л о в М., Классификация сибирских целебных вод, Томск, 1928; Основы.курортологии, под ред. Г. Данишевского и М. Кончаловского, т. I-III, М., 1931; Хлопин Г., Методы санитарных исследований, т. I, Л., 1928. См. также лит. к ст. Бальнеология, Каптаж и R-урорты. С. Щукарев.
Минералогия занимается всесторонним изучением минералов и процессов, при которых они возникают или претерпевают различные изменения.
Долгое время существовало представление о минералогии только как об описательной науке. Такие тенденции некоторых ученых, как и сам термин «описательная минералогия», являются отражением статического описательного направления, господствующего в минералогии Западной Европы и прививавшегося в нашей стране до работ Е.С. Федорова и В.И. Вернадского. Точно так же неправильным является разделение минералогии па описательную и теоретическую, так как любой вопрос в минералогии подлежит обязательному тщательному описанию на конкретном природном материале и теоретическому осмысливанию. Долгое время минералогия ограничивалась только изучением земной коры, но в настоящее время она изучает также космос и глубинные зоны Земли, в соответствии с чем в ней наметились три главных отдела: 1) минералогия земной коры; 2) минералогия мантии и 3) космическая минералогия.
В минералогии земной коры в свою очередь могут выделяться минералогия изверженных горных пород, минералогия метаморфических горных пород, минералогия осадочных горных пород, минералогия пегматитов, минералогия зоны окисления и т. д.
В зависимости от подходов к минералам в минералогии выделяются такие разделы: 1) физическая минералогия, или физика минералов; 2) химическая минералогия, или химия минералов; 3) структурная минералогия; 4) минералогическая кристаллография; 5) генетическая минералогия; 6) экспериментальная минералогия; 7) прикладная минералогия; 8) региональная минералогия; 9) систематическая минералогия.
Химическая минералогия
изучает химический состав минералов и все связанные с химическим составом их особенности.
Структурная минералогия
изучает внутреннее строение минералов.
Физическая минералогия
изучает физические свойства минералов, а также другие их свойства, которые поддаются исследованию физическими методами.
Минералогическая кристаллография
изучает кристалломорфологию, зарождение, рост и развитие минеральных индивидов и их закономерных срастаний.
Генетическая минералогия
изучает образование и происхождение минералов и минеральных комплексов, возникающих в результате процессов минералообразования. Генетические вопросы обычно рассматриваются с химической, физической, физико-химической и геологической точек зрения.
Экспериментальная минералогия
занимается искусственным получением минералов, а также моделированием процессов образования минералов в различных физико-химических условиях. Последнее дает возможность экспериментально проверить представления о магматических, метаморфических и экзогенных процессах. Эксперимент вместе с тем является важнейшим критерием, позволяющим проверить наши теоретические представления относительно кристаллохимических особенностей минералов, их индивидуализированности и, следовательно, облегчает решение вопросов номенклатуры и классификации минералов.
Прикладная минералогия
занимается изучением минералов с целью использования их в промышленности и сельском хозяйстве.
Региональная минералогия
изучает распределение минералов и минеральных ассоциаций в пределах отдельных геологических территорий. Региональные минералогические исследования дают ключ к расшифровке геологической истории и тех физических и химических изменений минералов и минеральных ассоциаций, по которым в значительной степени эта история восстанавливается. Они служат одной из главных предпосылок для прогнозов и поисков минеральных месторождений.
Систематическая минералогия
преследует цель систематизации всех сведений, полученных при описании отдельных минеральных видов и минеральных индивидов, выполненных всеми рассмотренными выше ее разделами. В систематической минералогии все свойства минералов, их конституция и условия образования рассматриваются как взаимосвязанные факторы, определяющие самостоятельность минерального вида. Как результат систематизации всех характеристик минеральных видов дается их классификация. Таким образом, систематическая минералогия, занимаясь детальным описанием минеральных видов, классифицирует их и определяет положение каждого из них в общей систематике минерального мира. Наряду с этим систематическая минералогия использует данные генетической и региональной минералогии, касающиеся нахождения, распространения и образования конкретных минералов в отдельных участках земной коры. В основе систематической минералогии, как и минералогии вообще, лежат кристаллохимический и генетический принципы, позволяющие наиболее полно и объективно подойти к минералогическому исследованию. Для проверки правильности представлений, рассматриваемых в систематической минералогии, привлекаются результаты экспериментальной минералогии, и как вывод из систематизации следует заключение о практическом значении каждого минерала, т. е. используются данные прикладной минералогии.
Из всего сказанного о разделении минералогии следует, что все разделы минералогии являются органически связанными между собой, составляют единое целое.
При преподавании минералогии ее удобнее всего делить на три части: 1) общую минералогию (которая по существу является введением в минералогию), 2) систематическую минералогию и 3) минералогию горных пород и минеральных месторождений.
Различие между этими частями заключается лишь в том, что в общей минералогии рассматриваются закономерности и факты, относящиеся либо ко всем минералам, либо к их крупным систематическим единицам, в то время как во второй части эти закономерности и факты рассматриваются в отношении каждого отдельного минерала, а в третьей части - в отношении определенных минеральных комплексов - горных пород и минеральных месторождений.
Минералогия это наука, исследующая природные химические соединения, называемые минералами, а именно их свойства, состав, структуру и условия генезиса. Это одна из базовых геологических дисциплин.
История науки
Минералогия является древнейшей среди геологических наук. Она появилась намного раньше, чем геология сформировалась в качестве самостоятельного научного направления. Первые минералогические наблюдения относятся к античным временам. Впервые они встречаются в трудах Аристотеля, где он выделил группу металлоидов как подобных металлам образований и классифицировал минералы на руды и камни. Теофраст описал в практическом аспекте 16 минеральных видов, разделив их на камни, металлы и земли. Позже Плиний Старший собрал в четырех трактатах все доступные в то время данные о минералах.
В средневековье развитие геологических наук наиболее интенсивно происходило в арабских странах. Одним из выдающихся ученых в данной сфере является Бируни. Он создал описания драгоценных камней , впервые используя физические параметры такие как относительная твердость и удельный вес. В те же времена Ибн-Сина классифицировал известные минералы на растворимые (соли), земли и камни, горючие (сернистые) ископаемые, плавкие (металлы). В данный период в Европе алхимик Альберт Великий объединил данные о минералах.
К концу средневековья минералогические знания были весьма скудными. Под многими минералами понимали руды. Ввиду отсутствия химии не было данных о их химической природе.
В XVI в. В. Бирингуччио и Г. Агриколлой были составлены сводки минеральных знаний. Последний усовершенствовал классификацию Ибн-Сины. Также он подробно описал диагностические признаки и затронул генезис рудных месторождений.
В XVII в. датские, голландские и английские ученые положили начало геометрической кристаллографии и кристаллооптике.
К XVIII в. основную роль в сфере минералогии играла Швеция благодаря горнодобывающей промышленности. Поэтому здесь сформировалась группа минералогов, среди которых были К. Линней и А. Кронштедт. Первый пытался использовать для минералов двойную номенклатуру, а второй исключил из объекта изучения организмы и исследовал химический состав.
В то время под минералогией все еще понимали научную дисциплину с намного более обширным предметом изучения, чем сейчас. Так, в 1636 г. данный термин был введен в литературу Бернардом Цезиусом в качестве науки о всех естественных ископаемых телах. То есть существовало единое геолого-минералогическое направление естествознания.
Оно было разделено в 1780 г. А.Г. Вегенером на геогнозию (общая и динамическая геология), ориктогнозию (минералогия и петрография), горное искусство (горное дело). Благодаря этому, минералогия обрела более конкретный объект изучения (горные породы и окаменелости отделили от минералов). К тому же появились новые классификация, описательные методы изучения, номенклатура, курс обучения.
В 1783 г.Ж.Б. Роме де Лиля измерил межгранные углы кристаллов некоторых минералов, Р.Ж. Аюи в 1801 г. создал модель их строения. Это вместе с работами У. Воластона способствовало развитию кристаллографии.
Первым российским минералогом считают В.М. Севергина. Продолжив идеи М.В. Ломоносова, он подразделил ископаемые тела на простые (минералы) и сложные (горные породы и фоссилии).
В XIX в. зародились химическое и кристаллографическое направления минералогии. Появились многие фундаментальные понятия.
В XX в., благодаря учению о правиле фаз, особо интенсивно развивались физико-химическое и экспериментальное направления. Кроме того, начался синтез различных разделов минералогии.
Со второй половины XX в.начали развиваться такие направления как органическая, био- и наноминералогия.
Современная минералогия
В настоящее время данная дисциплина включает несколько направлений.
Описательная. Характеризует минералы, систематизирует и классифицирует их. Включает два раздела: физику минералов (применяет методы физики твердого тела для изучения кристаллов) и минераграфию (использует специфические методы такие как микрохимические реакции, оптику отраженного света и т. д.).
Генетическая. Исследует способы и процессы генезиса и преобразования минералов в естественных условиях. Также включает несколько разделов: топоморфизм (выявляет взаимосвязи особенностей минералов и условий их генезиса), термобаро-геохимию (изучает включения в минералах), изотопические исследования (выяснение источника вещества для минералообразования), трифогенезис (изучает способы питания при минералообразовании), топогенез (рассматривает законы пространственного распределения минералов), парагенетический анализ (выявление законов последовательной пространственной и временной смены парагенезисов для исследования эволюции минералообразования), учение о сосуществующих минералах (использование их как геобарометров и геотермометров), энергетические и термодинамические расчеты (оценка кислотно-основных свойств минеральных фаз), онтогенетический и кристалломорфологический анализ (выяснение истории и механизма генезиса минералов).
Экспериментальная. Занимается моделированием естественного минералообразования и обстановки формирования минералов. Включает в качестве самостоятельного раздела облагораживание и синтез их.
Региональная. Исследует отдельные территории такие как рудные месторождения, геологические провинции, экономико-географические регионы с целью выяснения законов пространственного распределения ассоциаций и минералов.
Топоминералогия. Рассматривает законы формирования и распределения их в геологических системах.
Минералогия космических тел. Исследует минералогические вопросы для планет, метеоритов и луны.
Астроминералогия. Перспективное направление, объединяющее минералогию, астрономию, физику. Изучает минеральный состав и минералы метеоров, астероидов и прочих космических тел, околозвездной среды.
Прикладная. Включает три раздела: поисковую минералогию (занимается выяснением поисковых и разведочных критериев, совершенствованием поисковых и оценочных методов, разработкой научных основ совмещения минералогических, геохимических и геофизических поисковых методов с целью увеличения эффективности геологоразведки), технологическую (направлена на увеличение полноты и комплексности применения минерального сырья путем минералогического и минералого-технологического картирования месторождений и рудных полей, технологического прогнозирования, стабилизации и планирования добычи руды, изучения технологических особенностей минералов, разработки способов направленного их изменения, контроля состава концентратов), новых видов сырья (выявляет особенности не используемых минералов и возможные области их применения).
Список минералов
Если показать все известные минералы одним списком, то получится очень много названий для одной страницы. Мы разделили всё по алфавиту.
Образование
В вузах минералогия не представлена в качестве отдельной специальности. Обучение по данной профессии чаще всего производят в рамках специальности прикладная геология либо прикладная геохимия. Они подразумевает изучение общей геологии, основ картографии и геодезии, математических методов моделирования в геологии, безопасности ведения геологоразведки, инженерной графики, общей химии, многих дисциплин специализации и др.
Предусмотрены лабораторные работы и полевые минелогические практики. Помимо минералога, обучение дает такие профессии как геолог, геохимик, геокриолог, гидроэколог, топограф, гидрогеолог, маркшейдер, эколог, петролог, палеонтолог.
В "классическом виде" не особо востребована. Большинство специалистов работают в научной или образовательной сферах. Поэтому вышеназванные универсальные специальности выгодны тем, что дают возможность работы по нескольким профессиям.
Заключение
Минералогия относится к геологическим естественнонаучным дисциплинам. Это древнейшая среди геологических наук, появившаяся раньше самой геологии. В настоящее время включает несколько направлений и имеет большое прикладное значение как наука о процессах формирования, свойствах, методах разработки минерального сырья. Несмотря на это, минералоги в России востребованы мало. Поэтому обучение по данной профессии производится в рамках специальностей прикладная геология либо прикладная геохимия, что дает гораздо большие возможности для трудоустройства.
наука о минералах (см.) вообще, обнимает собой все знания об их свойствах: изучает их внешний вид, различные физические особенности и химический состав, их происхождение и превращения и, наконец, на основании всего этого соединяет их в различные более или менее естественные группы. М. разделяется на несколько отделов: кристаллографию , изучающую минералы с математической точки зрения, как многогранники; физическую М. или, правильнее, - физику минералов, имеющую своим предметом различные физические свойства их, как-то: сцепление, плотность, состояние в них эфира (явления световые, тепловые, электрические) и др.; химическую М., изучающую химические явления в минералах: их состав, изменения, образование и проч. Эти три отдела иногда соединяют в один под именем физиологии минералов. Классификация минералов и описание свойств каждого минерального вида составляет второй главный отдел М. - физиографию минералов. Уже в глубокой древности было известно некоторое количество минералов, особенно таких, которые замечательны цветом, блеском, твердостью или какими-нибудь другими особенностями. Кроме золота, известного человеку с незапамятных времен, древние знали о драгоценных камнях, янтаре, асбесте и др. О янтаре, например, известно, что он за 1800 лет до Р. Х. уже составлял предмет торговли финикийских и сидонских купцов. О нем упоминает Гомер в своей "Одиссее". Аристотель и его ученик Теофраст перечисляют те минералы, о которых сведения им были известны. Однако первое наиболее подробное и полное описание минералов дает Плиний Старший († в 79 г. после Р. Х.). После значительного перерыва в развитии М., вследствие падения греческой и римской культур, длившегося почти целое тысячелетие, только в сочинении арабского врача Авиценны (см.) мы видим, что минералогические познания понемногу развивались: Авиценна различает уже среди минералов камни, горючие минералы, соли и металлы. Первая попытка представить более точное, научное описание минералов и установить для них систему принадлежит саксонскому натуралисту и врачу Георгу Агриколе (1490-1555), который характеризует минералы по их форме, цвету, блеску, твердости и спайности. В 1670 г. Эразмом Бартолином было открыто явление двойного лучепреломления в известковом шпате. Почти в то же самое время Николай Стенон высказал весьма определенное мнение о постоянстве гранных углов в кристаллах некоторых минералов, т. е. сформулировал основной закон кристаллографии. Бойль сделал различные открытия в области химической М. В этом же направлении много сделано шведским ученым Квенштедтом (1722-1765), обратившим свое внимание на химические отношения минералов и классифицировавшим их по химическому составу. Особенного расцвета учение о форме окристаллованных минералов достигло в конце XVIII столетия благодаря Роме-де-Лилю и Гаюи. Первый описал и изобразил до 500 правильных форм. Пользуясь своим новым прибором, получившим название прикладного гониометра, Роме-де-Лиль неоспоримо, с числами в руках, доказал общность закона постоянства гранных углов для кристаллов всякого вещества, как бы изменчивы ни были относительные размеры граней, пересечением которых углы образованы. Роме-де-Лилю принадлежит первый трактат по кристаллографии: "Cryslallographie ou description des formes propres à tous les corps du règne mineral" (1783). Гаюи пошел еще дальше. Он впервые доказал тесную связь между химическим составом и кристаллической формой. Изучая явления спайности в кристаллах, он пришел к созданию теории структуры кристаллов и доказал возможность выведения различных кристаллических форм из одной элементарной наложением ее слоев один на другой. Математический вывод размеров и пропорций этих производных форм, изобретение знаков для их выражения, исследование всего минерального царства с точки зрения этих взглядов могут считаться главнейшими заслугами Гаюи, положившего начало новой школе кристаллографов. Все свои взгляды он изложил в классическом сочинении "Traité de minéralogie" (1801). Правильность взглядов с химической стороны подтверждалась анализами Клапрота, Вокелена и др. Одновременно с Гаюи в Германии в фрейбергской горной школе Вернер разрабатывал М. в ином направлении, обращая внимание главным образом на различного рода физико-химические свойства минералов. Предложенная им классификация минералов имеет химический характер. Вейск (1780-1856), введя понятие о кристаллических осях, улучшил метод Гаюи; он открыл закон зон и показал его значение при кристаллографических вычислениях. В этом же чисто геометрическом направлении работал Моос (1773-1839). Другой крайности держался шведский химик, известный Берцелиус, рассматривавший М. как часть химии, однако он оказал М. огромные услуги, показав всю важность для нее химии. С этого времени в М. начинают обособляться две отрасли. Химическое направление скоро обогатило М. новыми открытиями. Митчерлих показал, что многие тела, имеющие различный, но подобный состав, кристаллизуются в подобных формах и способны давать кристаллы смешанного состава, что привело его к понятию об изоморфизме, понятию, которое разъяснило весьма многие темные стороны химизма минералов. В это время участие химиков сказывается особенно сильно. Аналитические работы Г. Розе, Р. Бунзена, а также Штромейера, Платнера, Дамура, Коббеля, Раммельсберга, Чермака и др. показали, что многие минералы имеют простой химический состав, который выражается весьма точно определенными химическими формулами; другие же, и между ними самые распространенные, представляют различного рода (изоморфные) смеси. Довольно грубое представление о строении кристаллов, принятое после Гаюи, подверглось значительному изменению и усовершенствованию Бравэ и Франкенгеймом, положившими начало новому направлению, которое в настоящее время почти закончено работами Зонке, Маляра, Гадолина, Шенфлиса и Федорова. Геометрическое направление, а именно выяснение математической связи между элементами огранения кристаллов, упрощение вычислений и обозначений было достигнуто в работах Науманна, Миллера, Ланга, Либига и др. Изучение световых явлений в окристаллованных минералах Брюстером, Био, Сенармоном, Гайдингером, Грайлихом и особенно Деклуазо привело к заключению о тесной связи между внешней формой (симметрией) и оптическими явлениями. Методы оптических исследований и устройство усовершенствованных приборов особенно разработаны Гротом. Условия совместного нахождения, зарождения и залегания рудных минералов были значительно разъяснены Брейтгауптом, Б. Котта, Ф. Зандбергером и многими другими. В новейшее время систематика потеряла интерес, так как ни чисто физическое, ни химическое направление, вследствие своей односторонности, не могут дать удовлетворительных результатов. Однако, нужно указать в этом отношении на труды Брейтгаупта, Г. Розе, Науманна, Д. Дана, Дёльтера и Грота. Значительное число минералогов видит свою задачу не в создании и классификации, а главным образом в накоплении всесторонних сведений о минералах, так как только тогда можно будет приступить к установлению естественной классификации минералов. Здесь нужно указать многие выдающиеся имена: Бедана, Филлипса, Гаусманна, Кеннгота, Кокшарова, Скакки, Цефаровича, Штренга, Клейна, Г. фон Рата и многих других. Позднее других выделилась и развилась новая отрасль М., задачей которой служит выяснение истории минералов, т. е. разъяснение их происхождения, тех изменений и преобразований, которые они испытывают под влиянием различных агентов - воды и растворенных в ней веществ, атмосферы, температуры и давления. Бишоф (1792-1870) первый выдвинул этот отдел минералогии. Многочисленными наблюдениями, а также опытами он разъяснил весьма многое в истории минеральной жизни и показал, какие услуги может химия оказать М. В этом направлении особенно известны работы Гайдингера, Блюма и Ю. Рота. Сенармон, Добрэ, Сен-Клер де Вилль, Лемберг, Готфейль, Фреми, Дёльтер, Муасан и др. разработали методы искусственного получения минералов.
Из минералогической литературы укажем только немногие работы, относящиеся к настоящему столетию. Hauy, "Traité de Minéralogie" (Париж, 1822); Breithaupt, "Vollständiges Handbuch der Mineralogie" (Дрезден, 1836-47); Descloizeaux, "Manuel de Minéralogie" (Париж, 1862 и 1874); Naumann, "Elemente der Mineralogie" (Лейпциг, 1885), I. Dana, "System of Mineralogie" (Лондон, 1894); E. Dana, "Textbook of Mineralogie" (Нью-Йорк, 1883); С. Hintze, "Handbuch der Mineralogie" (Лейпциг, 1889-94); Rammelsberg, "Handbuch der Mineralchemie" (Лейпциг, 1875, продолжен., 1886); Кобелль, "Таблицы для определения минералов", перевод Леша (1894); Fuchs, "Anleitung zum Bestimmen d. Mineralien" (3 изд. Штренга, Гиссен, 1890); G. Bischof, "Lehrbuch d. chem. und physikalischen Geologie" (1863-66); Blum, "Die Pseudomorphosen des Mineralreiches" (1843, 1847, 1852, 1863, 1879); L Koth, "Allgemeine und chemische Geologie" (т. I и II, 1879 и 1883); Daubrée, "Synthetische Studien zur Experimentalgeologie" (Брауншвейг, 1880); Fouqué et M. Levy, "Syntèse des minéraux et des roches" (1882); Bourgeois, "Reproduction artificielle des mineraux" ("Encyclopédie chimique" Фреми, 1884); С. Doelter, "Allgemeine chemische Mineralogie" (1890); Breithaupt, "Die Paragenesis der Mineralien" (1849); Cotta, "Die Lehre von den Erzlagerstätten" (1859-61); Groddeck, "Die Lehre von den Lager-Stätten der Erze" (1879); Groth, "Tabellarische Uebersicht der einfachen Mineralien, nach ihren krystallographisch-chemischen Beziehungen geordnet" (2 изд., 1882); H. Кокшаров, "Материалы для М. России" (10 т.); Kenngott, "Uebersicht der Resultate mineralogischer Forschungen" (1844-65); Уэвелль, "История индуктивных наук", перевод с английского Антоновича (1869); Kobell, "Geschichte der Mineralogie von 1650-1865" (1865). Повременные издания: "Zeitschrift für Krystallographie und Mineralogie", издается Гротом с 1877 г.; "Mineralogische Mittheillungen", gesam. von G. Tschermak (1871-77). Новая серия издания носит название: "Mineral. und petrographische Mittheilungen" (с 1878); "Bulletin de la Société minéralogique de France" (с 1878); "Записки Императорского Минералогического Общества"; "The mineralogical Magazine and Journal of the Mineralogical Society" (с 1876); "Neues Jahrbuch für Mineralogie, Geologie und Petrographie" (с 1833).
- - [позднелатинское minera - руда) - наука о минералах...
Геологическая энциклопедия
- - наука о минералах, изучающая их состав, кристаллич. структуру, физ. и хим. св-ва и связь свгв с составом...
Большой энциклопедический политехнический словарь
- - наука о природных химических соединениях - минералах, особенностях и закономерностях физического строения, а также об условиях образования и изменения в природе...
Энциклопедический словарь по металлургии
- - наука о минералах вообще, обнимает собой все знания об их свойствах: изучает их внешний вид, различные физические особенности и химический состав, их происхождение и превращения и, наконец, на основании всего этого...
Энциклопедический словарь Брокгауза и Евфрона
- - а также об условиях образования и изменения в природе...
Большая Советская энциклопедия
- - наука о минералах...
Современная энциклопедия
- - наука о минералах, их составе, свойствах, особенностях и закономерностях физического строения, условиях образования, нахождения и изменения в природе...
Большой энциклопедический словарь
- - Р., Д., Пр....
Орфографический словарь русского языка
- - МИНЕРАЛО́ГИЯ, -и, жен. Наука о минералах...
Толковый словарь Ожегова
- - МИНЕРАЛО́ГИЯ, минералогии, мн. нет, жен. . Наука о минералах...
, жидкости и газы , т.е. все неживые естественные тела. Затем из минералогии были выделены окаменелости (они стали объектом палеонтологии), горные породы (они стали объектом петрографии), нефть, газ, уголь (они стали объектами геологии нефти и газа и твердых полезных ископаемых).
В настоящее время под минералами понимают природные химические соединения, образовавшиеся в результате физико-химических процессов и являющиеся составными частями горных пород и руд. С химической точки зрения минерал - более или менее однородное тело, отвечающее определенному составу. В основном, это твердые, кристаллические (98%) образования, реже - аморфные (некристаллические), жидкие (вода, ртуть), газообразные (метан, оксид серы, диоксид углерода).
Кристаллические минералы имеют широкое распространение. Внутренняя структура этих минералов выражается кристаллической решеткой, которая обусловливает форму кристаллов, физические, оптические и другие свойства минералов. Кристаллы нередко имеют идеально выраженную форму в виде многогранников (призмы, пирамиды, куба и др.).
Аморфные минералы не обладают какой-либо закономерностью внутреннего строения. В земной коре они расположены незначительно, являются неустойчивыми и могут переходить в кристаллическое состояния. Для этого необходимо длительное выдерживание их при температуре, близкой к точке плавления. Аморфные вещества (опал, кремень) характеризуются изотропными свойствами и непостоянством состава. Образуются обычно при быстром охлаждении расплавленных вязких масс или при выпадении из растворов.
Облик кристаллов минерала зависит от его внутреннего строения и условий образования. Существуют изометрические формы минералов: кубы пирата и галита, октаэдр магнетита; вытянутые в одном направлении: призматические, столбчатые, игольчатые; вытянутые в двух направлениях: таблитчатые, пластинчатые, листовые (полевые шпаты, гипс, слюда). Многие минералы обладают сходным обликом кристаллов, например, кристаллы кальцита и доломита - ромбоэдрические, пирита и галита - кубические, полевого шпата и гипса - таблитчатые или пластинчатые.
Одиночные кристаллы образуются при медленном охлаждении и кристаллизации магматического расплава в условиях свободного роста в пространстве. Они представляют собой геометрически правильные многогранники (например, кристалл горного хрусталя).
Формы природных выделений минералов. Друза (щетка) - совокупность кристаллов, наросших на какую либо поверхность своими основаниями. Вершины кристаллов, обращенных в сторону пустого пространства, обычно хорошо ограничены. Друзы характерны для кварца, кальцита, пирита и др.
Агрегат - совокупность компактно сросшихся кристаллов и кристаллических зерен. В минеральных агрегатах иногда наблюдается упорядоченное расположение кристаллов с образованием лучистых, игольчатых, жилковатых, волокнистых, пластинчатых, зернистых структур.
Натечные формы характерны для коллоидных минеральных образований, имеют вид корочек, почек, сосулек (сталактиты и сталагмиты) и для таких минералов как кальцит, лимонит, халцедон, гипс. Натеки возникают в пещерах или пустотах из просачивающихся вод, а также образуются гейзерами и источниками, имеющими в растворе избыток углекислого кальция (известковый туф).
Псевдоморфоза - ложная, необычная форма кристалла, не соответствующая его внутренней структуре. Образуется в результате замещения одного материала другим с сохранением внешней формы замещенного кристалла при обменных реакциях (например, псевдо-морфоза лимонита по кубическому кристаллу пирита) или при последующем заполнения пустот, возникающие после выщелачивания минералов.
В настоящие время известно более 7000 минералов, но только 100 из них относятся к породообразующим и около 30 широко распространенными (основными) .
Основные породообразующие минералы наиболее распространены в горных породах и определяют их вещественный состав. Например, для гранитов породообразующими минералами являются полевые шпаты (ортоклаз, реже - плагиоклаз), кварц и слюды; в диоритах преобладает средний плагиоклаз (андезин), слюды и роговая обманка, в меньшей мере - кварц; в габбро распространены основной плагиоклаз, роговая обманка, пироксен.
Для осадочных глинистых пород и пород биохимического происхождения характерны каолинит, монтмориллонит, доломит, гипс, ангидрит, кальцит, галит и др. В песчаных породах широко распространены обломки кварца, полевых шпатов, иногда глинистые минералы. Для метаморфических пород главным породообразующими минералами частично являются перечисленные выше минералы плюс типично метаморфические: змеевик, тальк, асбест и др
Основные диагностические свойства минералов. К основным свойствам минералов относятся: цвет, блеск, прозрачность, спайность, твердость, реакция с НСl.
Цвет минерала - это его окраска в образце. Он зависит от его структурных особенностей и химического состава и является постоянным (так называемый собственный цвет). Ложный цвет минерала обусловлен механическими примесями красящих элементов, а также световым воз- действием. Цвет следует наблюдать на свежем изломе.
Цвет черты - цвет минералов в тонком порошке, служит одним из диагностических признаков для определения минералов и горных пород. Многие минералы в порошкообразном состоянии имеют другой цвет, чем цвет в куске. Обычно для определения цвета минерала в порошке проводят кусочком минерала черту на белой шероховатой поверхности неглазурированного фарфора (его иногда называют «бисквит»). Этот метод диагностики весьма важен. Например, цвет черты соломенно-желтого пирита - черный, черного гематита - вишнево-красный, а черного магнетита - черный. В случае, если твердость минерала выше, чем твердость фарфоровой пластинки, то минерал не дает черты, а образует на фарфоре царапину.
Прозрачность минерала - это способность пропускать сквозь себя свет. Многие минералы, кажущиеся в больших кристаллах непрозрачными, в тонких осколках, шлифах просвечивают (например, биотит - черная слюда). Поэтому прозрачность минерала определяют в тонких пластинках.
В зависимости от степени прозрачности все минералы подразделяются на следующие группы:
1. прозрачные (наблюдаемый сквозь пластинку предмет ясно различим) - горный хрусталь, исландский шпат, мусковит;
2. полупрозрачные (предмет виден слабо) - галит, кварц;
3. непрозрачные (не пропускают света, пред- мет не виден) - все рудные минералы: пирит, магнетит, роговая обманка и др.
Блеск - это способность минерала отражать свет, падающий на его поверхность. Блеск за- висит от показателя преломления минерала, характера отражающей поверхности, трещиноватости, посторонних включений и т.п. Различают минералы с неметаллическим и металлическим блеском. В группе минералов с неметаллическим блеском выделяются оттенки блеска: стеклянный (кварц, карбонат); алмазный (алмаз, самородная сера); жирный (кварц с неровным изломом); шелковистый (волокнистый гипс, ас- бест); перламутровый (мусковит, тальк, пластичный гипс); матовый и восковой (доломит, лимонит); полуметаллический (гематит).
Спайность - способность минерала раскалываться или расщепляться с образованием правильных зеркальных поверхностей по определенным кристаллографическим направлениям. Такие поверхности называются плоскостями спайности. Спайность различается по степени ее совершенства:
а) весьма совершенная - минерал легко расщепляется на тонкие листочки-волокна в одном направлении (слюда, гипс, асбест);
б) совершенная - минерал раскалывается на геометрически правильные осколки, внешне на- поминающие настоящие кристаллы (галит);
в) средняя - при раскалывании минерала образуются гладкие поверхности спайности, а также неровные изломы по случайным направлениям (полевые шпаты, роговая обманка, оливин);
г) несовершенная - преобладают поверхности излома, а плоскости спайности обнаруживаются с трудом (апатит, сера);
д) весьма несовершенная - спайность практически отсутствует, минерал раскалывается с образованием поверхности излома (кварц, га- лит, магнетит и др.).
Излом - поверхность раскола, прошедшая в минерале (не по спайности). По характеру поверхности раскола различают несколько видов излома:
а) ступенчатый - у кристаллов с совершенной и средней спайностью (полевой шпат);
б) занозистый - у минералов волокнистого сложения (роговая обманка, асбест);
в) неровный - имеет неровную поверхность (шероховатую) и характерен для минералов с несовершенной спайностью (апатит, кварц);
г) раковистый - поверхность излома напоминает раковину, наблюдается у минералов без спайности (опал, халцедон, кварц);
д) землистый - характерен для глинистых минералов (каолинит).
Твердость - сопротивление минерала механическому воздействию при царапании пред- метами эталонной твердости (относительная твердость). В практике обычно определяют относительную твердость образцов по специальной таблице (табл. 2), а также легкодоступными предметами, твердость которых известна (на- пример, ноготь пальца - 2,5; медная монета - 3; стальной нож и стекло - 5,5-6).
Различают пассивную и активную твердость. Первая определяется способностью минерала воспринимать царапанье, вторая - его способностью царапать Магнитность свойственна минералам, содержащим железо. Наиболее магнитным является магнетит.
Реакция 10%-ным раствором соляной кислоты применяется для выявления карбонатных солей в минералах. Бурно реагирует («вскипает») под воздействием холодной HCl кальцит; доломит «вскипает» медленно, но в порошке, а также при нагретой HCl, он реагирует более интенсивно.
Вкус определяется для минеральных солей, хорошо растворимых в воде. Так, минерал сильвин (KCl) имеет горько-соленый вкус, а галит (каменная соль NaCl) - соленый.
Классификация минералов. Минералы классифицируются по химическому составу и кристалло-графическим особенностям, оптическим свойствам и др.Химическая классификация основана на со- отношении химических элементов в составе минералов, что находит отражение в их химических формулах.Выделяют 8 классов минералов. Различают следующие классы:
1. Самородные
2. Сульфиды
3. Сульфаты
4. Оксиды и гидрооксиды
5. Галоиды
6. Карбонаты
7. Фосфаты
8. Силикаты
Описание минералов
Самородные элементы (минералы). Это класс минералов, состоящих их одного химического элемента, и называемых по этому элементу. К ним относятся: золото, серебро, медь, платина, алмаз, графит, сера, и другие. Все они подразделяются на две группы: металлы и неметаллы. В первую группу входят самородные Au, Ag, Cu, Pt, Fe и некоторые другие, во вторую - As, Bi, S, С (алмаз и графит).
Медь . Химическая формула минерала - Сu. Цвет - красный, часто с бурой и пестрой побежалостью. Блеск - металлический. Твердость - 2,5-3. Излом - крючковатый. Самородная медь встречается очень редко. Чаще всего - в виде дендритовых или нитевидных форм. Кроме этого встречаются образования в виде пластин и порошковатых скоплений. Медь встречается в базальтовых лавах, песчаниках, конгломератах, в гидротермальных жилах и пластовых залежах совместно с халькозином, купритом, малахитом. Применение: электротехника, машиностроение, судостроение.
Фото1. Медь. Место отбора образца: Джезказган, Казахстан (№ образца 59, № полки 8)
Графит . Химическая формула минерала - С. Твердость - 1-2. Цвет - тёмно-серый. Блеск - металлический. Жирный (скользкий) на ощупь. При трении расслаивается на отдельные чешуйки (это свойство используется в карандашах). Образуется при высокой температуре в вулканических и магматических горных по- родах, в пегматитах и скарнах. Встречается в кварцевых жилах с вольфрамитом и другими минералами в среднетемпературных гидротермальных полиметаллических месторождениях. Широко распространен в метаморфических породах - кристаллических сланцах, гнейсах, мраморах.
Применение:
- для получения химически активных металлов методом электролиза расплавленных соединений;
- для приготовления твёрдых смазочных материалов, в комбинированных жидких и пастообразных смазках;
- замедлитель нейтронов в ядерных реакторах; - компонент состава для изготовления стержней для чёрных графитовых карандашей (в смеси с каолином);
- для изготовления контактных щёток и токосъёмников для разнообразных электрических машин;
- как токопроводящий компонент высокоомных токопроводящих клеёв.
Фото 2. Графит. Место отбора образца: Красноярский край, Россия (№ образца 35, № полки 5)
Сера . Химическая формула минерала - S. Цвет самородной серы различен (от посторонних примесей селена, сернистого мышьяка, органических веществ) - медово-желтый, серно-желтый, серый и бурый. Блеск - жирный, приближающийся к алмазному. Излом - раковистый. Твердость - 1,5-2,5.
Самородная сера образуется в природе различными путями. Наибольшие количества происходят водным путем из источников и вообще вод, циркулирующих в недрах земной коры, содержащих сероводород. Последний при доступе кислорода воздуха окисляется, образуя воду и выделяя серу. Второй способ образования серы - вулканический. Она отлагается по стенкам кратера вулканов или вследствие непосредственной возгонки, или вследствие взаимодействия сероводорода и сернистого ангидрида, нахождение которых весьма обычно в продуктах вулканической деятельности.
Сера нередко встречается в самородном виде, образуя плотные или землистые массы или же кристаллические агрегаты в виде кристаллических друз, пленок и налетов. Находятся также и хорошо образованные кристаллы, достигающие значительных размеров. Применение: в резиновой, химической промышленности, в медицине, в электротехнике, для отбеливания тканей.
Фото 3. Сера. Место отбора образца - Водинское месторождение, Самарская область, Россия (№ образца 83, № полки 11)
Сихотэ-алинский метеорит. Химическая формула минерала - Fe+Ni- железистый метеорит, общая масса осколков оценивается в 60-100 тонн. Упал в Уссурийской тайге в горах Сихотэ-Алинь на Дальнем Востоке 12 февраля 1947 г. Он раздробился в атмосфере и выпал железным дождем на площади 35 квадратных километров. Отдельные части дождя рассеялись по тайге на площади в виде эллипса с большою осью длиной около 10 километров. По химическим анализам, Сихотэ-алинский метеорит состоит из 94 % железа, 5,5 % никеля, 0,38 % кобальта и небольших количеств углерода, хлора, фосфора и серы.
Фото 4. Сихотэ-алинский метеорит. Место отбора образца: Приморский край (№ образца 60, № полки 7)
