Минера́л ( нем. Мineral или фр. minéral , от позднелат. (аеs) minerale — руда ) — однородная по составу и строению часть горных пород , руд , метеоритов , являющаяся естественным продуктом геологических процессов и представляющая собой химическое соединение или химический элемент .

Минерал может находиться в любом агрегатном состоянии , при этом большинство минералов — твёрдые тела . Минералы подразделяют на имеющие кристаллическую структуру , аморфные и минералы, имеющие внешнюю форму кристаллов, но находящиеся в аморфном состоянии ( метамиктные минералы ). Горная порода может состоять из нескольких породообразующих минералов разного вида (полиминеральная порода), или из единственного породообразующего минерала (мономинеральная порода). В литературе применяется также словосочетание « минеральный материал ».

Термин и описание

Термин «минерал» используют для обозначения минеральных индивида, вида и разновидности . Минерал как минеральный вид — это природное химическое соединение , имеющее определённый химический состав и кристаллическую структуру. Если различия в химическом составе при структурной идентичности не очень велики, то по окраске, морфологическим или другим особенностям выделяют минеральные разновидности: так, горный хрусталь , аметист , цитрин , халцедон являются разновидностями кварца . Минеральные индивиды — минеральные тела, между которыми имеются поверхности раздела, например, кристаллы и зёрна .

Изучением минералов занимается наука минералогия . Происхождение минералов выясняет , а изучением минеральных видов занимается .

С 1950-х годов факт открытия нового минерала и его название утверждает Международной минералогической ассоциации (ММА) . В настоящее время установлено более 5336 минеральных видов и ежегодно комиссией утверждается несколько десятков новых, однако лишь 100—150 минералов широко распространены.

Минералами считаются также некоторые природные вещества, представляющие собой в атмосферных условиях жидкости (например, самородная ртуть , которая приходит к кристаллическому состоянию при более низкой температуре). Воду , напротив, к минералам не относят, рассматривая её как жидкое состояние (расплав) минерала лёд . Некоторые минералы находятся в аморфном состоянии и не имеют кристаллической структуры . Это относится главным образом к так называемым метамиктным минералам , имеющим внешнюю форму кристаллов, но находящимся в аморфном, стеклоподобном состоянии вследствие разрушения их изначальной кристаллической решётки под действием жёсткого радиоактивного излучения входящих в их собственный состав радиоактивных элементов ( уран , торий и так далее). Различают минералы явно кристаллические , аморфные — (например, опал , лешательерит и другие) и метамиктные минералы , имеющие внешнюю форму кристаллов, но находящиеся в аморфном, стеклоподобном состоянии.

Физические свойства минералов

Физические свойства минералов обусловлены их кристаллической структурой и химическим составом. Различают скалярные физические свойства минералов и векторные , значения которых зависят от кристаллографического направления. Примером скалярного свойства может служить плотность , векторными являются твёрдость , кристаллооптические свойства и др. Физические свойства подразделяют на механические, оптические, люминесцентные, магнитные, электрические, термические свойства, радиоактивность .

Габитус кристаллов выясняется при визуальном осмотре, для рассматривания мелких образцов используется лупа . Помимо внешней формы кристаллов и других выделений, важное значение при описании и визуальной диагностике минералов, особенно в полевых условиях, имеют цвет, блеск, спайность и отдельность, твёрдость, хрупкость и излом . При диагностике некоторых минералов имеют значение также ковкость, гибкость (сопротивление излому) и упругость.

• Твёрдость . Определяется по шкале Мооса . По этой шкале самым твёрдым эталонным минералом является алмаз (10 по шкале Мооса, с абсолютной твёрдостью 1600), а самым мягким — тальк (1 по шкале Мооса, с абсолютной твёрдостью 1, царапается ногтем). Твёрдость минерала не всегда одинакова со всех сторон кристалла, что является производным от его кристаллической структуры — в одних направлениях кристаллическая решётка может быть упакована плотнее, чем в других. Например, кианит имеет твёрдость 5.5 по шкале Мооса в одном направлении и 7 в другом.
• Спайность — способность минерала раскалываться по определённым кристаллографическим направлениям.
• Излом — специфика поверхности минерала на свежем не спайном сколе.
• Побежалость — тонкая цветная или разноцветная плёнка, которая образуется на выветрелой поверхности некоторых минералов за счёт окисления .
• Хрупкость — прочность минеральных зёрен (кристаллов), обнаруживающаяся при механическом раскалывании. Хрупкость иногда увязывают или путают с твёрдостью, что неверно. Иные очень твёрдые минералы могут с лёгкостью раскалываться, то есть быть хрупкими (например, алмаз).
• Плотность — масса единицы объёма вещества, выражается в г/см ³ . Прежнее, устаревшее название — удельный вес ; его ещё можно встретить в старых минералогических учебниках.
• Удельная плотность — характеристика, используемая для определения единичной массы минерала, представляет собой отношение плотности (массы на единицу объёма) минерала к плотности воды. Удельная плотность может служить диагностическим признаком для некоторых классов минералов. Среди часто встречающихся минералов более высокую удельную плотность имеют оксиды и сульфиды , поскольку они включают в себя элементы с высокой атомной массой . Наиболее высокой удельной плотностью обладают и интерметаллиды . (никелистое метеоритное железо) имеет удельную плотность 7.9 , а плотность самородного золота достигает 19.3 г/см ³ .

Оптические свойства

• Блеск — световой эффект, вызываемый отражением части светового потока, падающего на минерал. Зависит от отражательной способности минерала.
• Цвет — признак, с определённостью характеризующий одни минералы (зелёный малахит , синий лазурит , красная киноварь ), и очень обманчивый у ряда других минералов, окраска которых может варьировать в широком диапазоне в зависимости от наличия примесей элементов-хромофоров либо специфических дефектов в кристаллической структуре ( флюориты , кварцы , турмалины ).
  • Цвет черты — цвет минерала в тонком порошке, обычно определяемый царапанием по шершавой поверхности фарфорового бисквита .
• Преломление , дисперсия и поляризация характеризуют их оптические константы: показатель преломления, угол между оптическими осями, оптический знак кристалла, ориентация оптической индикатрисы и др.

Магнитные свойства

зависит от содержания главным образом двухвалентного железа, обнаруживается при помощи обычного магнита .

Нахождение минералов в природе

По распространённости минералы можно разделить на:

• породообразующие — составляющие основу большинства горных пород;
• акцессорные — часто присутствующие в горных породах, но редко слагающие больше 5 % породы;
• редкие минералы — находки которых единичны или немногочисленны;
• рудные — содержащие в своём составе промышленно ценные компоненты и образующие значительные скопления в рудных месторождениях .

По форме нахождения минералов различают

• Минеральные индивиды — составные части минеральных агрегатов. Это отдельные кристаллы, зерна и сферические или близкие к сферическим выделения минералов, отделенные друг от друга физическими поверхностями раздела и представляющие собой форму нахождения минеральных видов в природе. Минеральный индивид — исходное понятие минералогии, означающее зерна и идиоморфные кристаллы, в виде которых в природе представлены минеральные виды; индивиды могут быть зернами — «монокристаллами» или сферокристаллами, из которых строятся простые минеральные агрегаты ( Ю. М. Дымков , 1966)
• Минеральные агрегаты — срастания минеральных индивидов одного и того же или разных минералов. Они могут быть одно- и многоэтапными. Минеральный агрегат — исходное понятие минералогии. На уровне организации вещества, следующем за понятием «индивид», агрегат — это скопление индивидов, не обладающее при идеальном развитии чёткими признаками симметричных фигур (это принципиальное отличие от индивидов — по Ю. М. Дымкову , 1966).
• Минеральные тела — скопления минеральных агрегатов, обладающие естественными границами. Размеры их варьируют от микроскопических до очень крупных, соизмеримых с масштабом геологических объектов.

Химия минералов

Распространённость минералов на Земле является прямым следствием их химического состава, который, в свою очередь, зависит от распространённости различных химических элементов. Большинство наблюдаемых минералов добываются из земной коры . Большинство минералов имеют в своём основном составе всего 8 элементов, наиболее распространённых в земной коре: кислород , кремний , алюминий , железо , магний , кальций , натрий и калий (по степени убывания). Вместе эти восемь элементов составляют до 98 % от веса земной коры. Из этих восьми особое значение имеют кислород, составляющий 46,6 % от веса земной коры, и кремний, составляющий 27,7 % .

Химический состав минералов, как правило, близок по своему составу той породе, из которой они сформировались. Так из магмы , богатой железом и магнием, сформируется оливин , а магма, богатая силикатами, кристаллизуется в богатый силикатами минерал — как, например, кварц . В известняке, богатом кальцием и карбонатами, формируются кальциты .

Химический состав может изменяться между членами ряда минералов. Например, плагиоклазы , входящие в группу — полевых шпатов , по химическому составу представляют собой непрерывный изоморфный ряд натриево-кальциевых алюмосиликатов — альбита и анортита с . Имеются 4 опознанные разновидности между богатым натрием альбитом и богатым кальцием анортитом — олигоклаз , андезин , лабрадор и битовнит . Другие примеры подобных рядов включают в себя оливиновый ряд от богатого магнием форстерита до богатого железом фаялита и вольфрамитовый ряд от богатого марганцем гюбнерита до богатого железом ферберита .

Наличие минеральных рядов объясняется химической субституцией. В природе минералы не являются чистыми материалами. В них присутствуют примеси, состоящие из любых элементов, находящихся в данной химической системе. В результате иногда определённый элемент подменяется другим . Такая подмена обычно происходит между ионами похожих размеров и одинаковых зарядов. Например, K ⁺ не может подменить Si ⁴⁺ из-за химической и структурной несовместимости, вызванной большим различием в размерах и в заряде, а подмена Si ⁴⁺ на Al ³⁺ происходит достаточно часто, так как они близки по размеру, заряду и распространённости в земной коре, что мы и наблюдаем на примере плагиоклазов.

Изменения температуры, давления и химического состава влияют на минералогический состав данной породы. Изменения химического состава могут быть вызваны такими процессами, как эрозия почвы и выветривание, а также метасоматизмом . Изменения температуры и давления происходят, когда материнская порода проходит тектонический или магматический сдвиг в иной физический режим. Изменения в термодинамических условиях благоприятно влияют на возможность реакции между уже сформировавшимися минералами с получением новых минералов .

Классификация минералов

Современные классификации минералов проводятся на структурно-химической основе . Классификация, утверждённая Международной минералогической ассоциацией (IMA) в 2009 году, периодически обновляется и утверждается заново.

Сульфиды, сульфосоли и подобные

1. класс Селениды , Теллуриды , арсениды и подобные
2. класс Сульфосоли

Галоидные соединения (галогениды) и галогеносоли

1. класс ,
2. класс Хлориды, бромиды и иодиды

Окислы и гидроокислы

1. класс Простые и сложные окислы
2. класс Гидроокислы

1. класс Иодаты
2. класс Нитраты
3. класс Карбонаты
4. класс Сульфаты и
5. класс Хроматы
6. Класс
7. Класс
8. Класс Бораты
9. Класс Силикаты и (бериллосиликаты, боросиликаты)
   1. Островные силикаты с изолированными тетраэдрами SiO ₄
   2. Цепочечные силикаты с изолированными группами тетраэдров SiO ₄
   3. с непрерывными цепочками и лентами тетраэдров SiO ₄
   4. с непрерывными слоями тетраэдров SiO ₄
   5. с непрерывными трёхмерными каркасами тетраэдров SiO ₄ и Al0 ₄

Органические минералы

Согласно современной номенклатуре минералов, утверждённой ММА , в числе минералов рассматриваются некоторые из природных солеподобных органических соединений (оксалаты, меллитаты, ацетаты и др), объединяемые в класс органические вещества . При этом в общей систематике минералов высокомолекулярные органические образования типа древесных смол и битумов, не отвечающие в большинстве случаев требованиям кристалличности и однородности, в число минералов не включаются. Некоторые органические вещества — нефть , асфальты , битумы раньше ошибочно относили к минералам. Они лишены кристаллической структуры и не могут быть охарактеризованы с кристаллохимической точки зрения. Природные органические продукты в большинстве случаев относятся либо к горным породам ( антрацит , шунгит и др.), либо к природным углеводородам группы нефти ( озокерит , битумы), либо к ископаемым смолам ( янтарь , копал ), либо к биогенным образованиям, содержащим в своём составе тот или иной минерал ( жемчуг и перламутр , в строении которых участвует минерал арагонит ).

Природные формиаты (формикаит Ca(HCOO) ₂ , дашковаит Mg(HCOO) ₂ •2H ₂ O и др.) и оксалаты (степановит и др.) в минералогии относят к классу Органические вещества .

Использование минералов

Минералы, наряду с органическими материалами, находят широкое применение.

Человек использовал минералы с древнейших времён. Долгое время основным полезным ископаемым был кремень — тонкозернистая разновидность кварца , его отщепы с острыми краями первобытные люди использовали ещё в древнем каменном веке . Кроме него применялись и другие минералы, например, вишнёвый гематит , желто-коричневый гётит и черные оксиды марганца — как краски, а янтарь , нефрит , самородное золото и др. — как материал для украшений и т. п. В доисторическом Египте (5000—3000 до н. э.) из самородной меди , золота и серебра делали украшения. Позже стали использовать бронзу для изготовления оружия и орудий труда . Сейчас из минералов получают металлы и другие химические элементы и соединения , они являются сырьём для производства строительных материалов (цемент, стекло и др.) и для химической промышленности . Минералы могут использоваться в качестве красителей , абразивных и огнеупорных материалов, они находят применение в керамике , оптике , радиоэлектронике , электротехнике и радиотехнике. Драгоценные камни тоже являются минералами .

Минералы используются в пищу, как источник сырья, в качестве валюты, как предметы искусства и роскоши и как компоненты высоких технологий. Одним из видов шарлатанства является литотерапия — лечение минералами путём их ношения, прикладывания, вступления в астральные контакты с якобы заключёнными в камнях и кристаллах сверхъестественными энергиями и магическими силами. Приверженцы литотерапии утверждают, что каждый кристаллический объект обладает свойствами излучения и поглощения неведомых энергий и полей, которые при «правильном» приложении к биологическому телу способны восстанавливать нарушенный энергетический баланс организма. Литотерапия не имеет под собой клинически доказанных обоснований и научной базы .

См. также

Примечания

Литература

• Земятченский П. А. // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб. , 1890—1907.
• Минерал // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров . — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
• : [ 3 января 2023 ] // Меотская археологическая культура — Монголо-татарское нашествие. — М. : Большая российская энциклопедия, 2012. — С. 348-350. — ( Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 20). — ISBN 978-5-85270-354-5 .
• // Энциклопедия Кольера (рус.) . — 2000.
• Р.А. Виноградова. Минерал // Химическая энциклопедия / ред.Кнунянц И.Л.. — Большая российская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 86—88.
• Бетехтин А. Г. Курс минералогии. — 3-е, исправленное и дополненное. — М. : Кн. дом Университет, 2014.
• Ю. Гончаров, М. Малькова, В. Шамшуров, А. Шамшуров. . — Справочное пособие. — М. : АСВ, 2008.
• Р. С. Митчелл. Названия минералов. Что они означают? = Mineral names. What do they mean? / Пер с англ. канд. геол.-мин. наук В. И. Кудряшовой. — М. : Мир , 1982. — 248 с. — 30 000 экз.
• Busbey, A.B.; Coenraads, R.E.; Roots, D.; Willis, P. Rocks and Fossils. — San Francisco: Fog City Press, 2007. — ISBN 978-1-74089-632-0 .
• Chesterman, C.W.; Lowe, K.E. Field guide to North American rocks and minerals (англ.) . — Toronto: (англ.) ( , 2008. — ISBN 0-394-50269-8 .
• Dyar, M.D.; Gunter, M.E. Mineralogy and Optical Mineralogy. — Chantilly, Virginia: (англ.) ( , 2008. — ISBN 978-0-939950-81-2 .

Ссылки