Презентация лек №2

Лекция 2. Минералы и горные породы
План лекции
1. Минералы и их структуры
2. Морфология минералов
3. Физические свойства минералов
4. Происхождение минералов
5. Классификация минералов
6. Горные породы
1. Минералы и их структуры
Минералогия - наука, изучающая минералы. Если точнее, то минералогия – это наука о минералах, их составе, строении, свойствах, условиях образования и изменения.
Минералы – природные химические соединения или самородные элементы, образовавшиеся при геологических и геохимических процессах, протекающих в земной коре. Минералы имеют определенный химический состав, структуру, физические свойства.
Название «минерал» происходит от позднелатинского слова MINERA, что означает рудный штуф или кусок руды. Можно сказать – образец руды.

1.1. СТРУКТУРА МИНЕРАЛОВ
Все минералы характеризуются определенным химическим составом и внутренним строением или - структурой. Состав и структура взаимосвязаны.
Минералы бывают кристаллическими или аморфными. Кристаллические минералы имеют кристаллическую структуру, у аморфных минералов нет кристаллической структуры.
Структуры отличаются характером расположения атомов.
То есть, атомы расположены в строго определенном порядке, создавая кристаллическую (пространственную) решетку. Примером является минерал галит (NaCl), кристаллическая решетка которого показана на рисунке.
Свойства любого минерала определяются его структурой.

Всё многообразие кристаллических структур сводится к 5 типам:
1. Координационные
2. Островные
3. Цепочечные
4. Слоистые
5. Каркасные

1. Координационные структуры. Структуры, в которых атомы или ионы распределены равномерно, расстояние между ними одинаковое. Для таких структур в минералах с металлической и ионной химической связью характерна плотнейшая упаковка металлов (золото самородное), анионов (кислород в гематите) или катионов (кальция во флюорите). Примеры – алмаз, самородное золото, галит, галенит, сфалерит, флюорит.

2. Островные структуры. В кристаллической решетке основу составляет кремнекислородный тетраэдр, в котором ион кремния Si4+ связан с четырьмя ионами кислорода О. Остальные связи кислорода идут на соединение с другими ионами.
В таких структурах атомы распределены обособленными группами, представляя «острова» или, как их правильно называют, радикалы. Соответственно, у них различные межатомные расстояния. Внутри островов межатомные расстояние меньше, а химические связи более прочные, чем связи с окружающими атомами.
Пример - силикаты с изолированным тетраэдрическим анионным радикалом [SiO4]4-: оливин (Mg,Fe)2[SiO4], топаз Al2(F,OH)2[SiO4], гранаты (Mg,Fe,Mn)Al2 [SiO4]3 ; карбонаты c изолированным треугольным радикалом [CO3]2-: кальцит Са[CO3], доломит CaMg[CO3] и др. В других случаях остров имеет более сложные радикалы: двойные радикалы [Si2O7]6- ,тройные, четверные, шестерные и более сложные кольца.

3. Цепочечные структуры. Такие структуры характеризуются бесконечными группами атомов, расположенных в виде анионных цепочек. Цепочечный характер структуры определяется четкой линейной направленностью.
Прочность в пределах цепочки больше, чем между ними.
Цепочки могут быть одинарными и сдвоенными.
Одинарные в ромбических и моноклинных пироксенах: энстатит Mg2[Si2O6], диопсид CaMg[Si2O6].
Сдвоенные в амфиболах: тремолит Ca2Mg5[(OH)2 [Si8O22], антофиллит (MgFe)7 (OH)2 [Si4O11]2.
Сдвоенные цепочки называются ленточными.
Например, антимонит Sb2S3

4. Слоистые структуры (листовые). Атомы образуют группировки слоями. Бывают двух- четырехслойные пакеты. Особенность – прочность внутри слоя больше, чем между слоями. Например, у каолинита и хризотила – двухслойные пакеты; у талька Mg3 (OH)2[Si4O10], биотита, мусковита – трехслойные; у хлоритов - четырехслойные пакеты.

5. Каркасные структуры. Такие структуры характеризуются ажурным объемным соединением атомов в виде трехмерного каркаса. Пример – кварц, полевые шпаты.

2. МОРФОЛОГИЯ МИНЕРАЛОВ
Кристаллы образуются при следующих условиях:
из пересыщенных растворов,
из расплавов, в парообразном состоянии,
в твердом состоянии при перекристаллизации.
Рост происходит за счет отложения на гранях новых слоев. Грани кристаллов нередко искажаются под влиянием внешних причин: давления, направления движения растворов, свободного пространства. Наиболее благоприятными для роста являются пустоты и трещины.
При описании внешнего вида кристалла (морфологии) применяют понятие облик или габитус.
В природе существует кристаллы трех основных типов обликов:
1. Изометрический а=в=с (алмаз, гранаты)
2. Удлиненный а=в
3. Уплощенный а=в>c (слюды: биотит, мусковит)
Кроме этих обликов могут быть боченковидный, клиновидный, скипетровидный и др.

2. 1. Cростки и агрегаты минералов
Кристаллы редко бывают одиночными, чаще они образуют сростки или встречаются в виде агрегатов – скоплений минералов.
Среди сростков различают:
- параллельные сростки
- двойники
1)Параллельные сростки
Такие сростки кристаллов минералов, в которых все грани первого кристалла параллельны соответствующим граням второго минерала. Пример кристаллы кварца и флюорита. По условиям образования они могут быть сингенетичными и эпигенетичными.

2)Двойники
Закономерное срастание двух кристаллов одного и того же минерала. Могут быть также тройники и четверники.
По внешнему виду выделяют двойники:
Коленчатые
Клиновидные
Звездчатые

3)Агрегаты
Это различные скопления минералов.
По морфологии среди агрегатов выделяют:
Зернистые
Землистые
Массивные, а также дендриты, друзы, секреции, конкреции, оолиты, сферолиты, натечные формы и др.
Зернистые агрегаты – скопления неправильно сросшихся зерен минералов в породе. Выделяют крупнозернистые, средне- и мелкозернистые.
Землистые агрегаты – напоминают рыхлую почву. Они характерны для минералов, образованных экзогенным путем.
Массивные – скрытокристаллическая порода.

Дендриты – представляют собой фигуры в виде ветвей дерева. Образуются благодаря быстрому росту кристалла.

Друзы (щетки) – группы кристаллов, имеющих общее основание.

Секреция – полость в горной породе, заполненная минеральным веществом. Растет от периферии к центру. В зависимости от их размера у них есть свое название. Крупные – от нескольких см до нескольких десятков см. называются жеодами. Более крупные до нескольких метров – занорыши, погреба, камеры. Мелкие называются миндалинами.

Конкреции – шаровидные агрегаты, радиально-лучистого строения. Растут от центра к периферии. В центре может находиться зерно, служившее затравкой при росте. Конкреции образуются в песках, глинах. Фосфорит, пирит, марказит и др.
Жеода аметиста

Оолиты - агрегаты концентрически-скорлуповатого строения. Отдельные слои нарастают вокруг какого-то центра. Например, песчинки, осколки раковины. Такое строение обязано ритмичной смене условий роста.

Сферолиты - агрегаты сферической формы с радиально-волокнистым строением кристаллического вещества, расположенного вокруг некоторого центра.

3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ
Каждый минерал имеет определенный химический состав и обладает только ему присущими физическими и химическими свойствами. По этим свойствам производится диагностика минералов. Основные физические свойства:
Цвет (окраска)
Блеск
Прозрачность
Твердость
Спайность
Излом
Удельный вес (плотность)
Другие свойства минералов: магнитность, электропроводность, радиоактивность, растворимость в воде, вкус, запах и др.

Цвет

Блеск
алмазный – алмаз, сфалерит, киноварь, циркон, касситерит

стеклянный блеск – кварц, кальцит, малахит, корунд, ортоклаз

металлический – молибденит, пирит

полуметаллический – гематит.
У 65 -70% минералов блеск стеклянный.

Твердость
Шкала Мооса (шкала твердости минералов)

Для сведения: твердость графита – 1, ногтя - 2,5, медной монеты – 3, стекла - 5-5,5, стального ножа – 5,5-6.

Спайность
Весьма совершенная – слюда, гипс, асбест

Совершенная – кальцит, ортоклаз, родохрозит

Несовершенная – наблюдаются плоскости на отдельных участках

Весьма несовершенная – кварц, корунд

Излом
Раковистый

Занозистый

Ровный
Ступенчатый

Удельный вес (плотность)
Плотность минералов изменяется от 0,6 г/см3 (смола) до 18-19 г/см3 (золото, платина) и 23,0 г/см3 (осмистый иридий). У наиболее распространенных минералов плотность 2,5 - 3,0 г/см3.
По плотности различают:
легкие до 2,5 г/см3;
средние – 2,5 - 2,8 г/см3
тяжелые – более 2,8 г/см3.

Другие свойства минералов
Радиоактивность (около 100 минералов), растворимость в воде (галит, сильвин) и в кислотах (кальцит, доломит), магнитность (магнетит), электропроводностью (рудные минералы).
Благодаря некоторым свойствам минералы применяют в лечебных целях.

4. ПРОИСХОЖДЕНИЕ МИНЕРАЛОВ
Минералы могут образовываться и расти в разных условиях внешней среды, называемых процессами минералообразования. По условиям образования они разделяются на:
эндогенные,
экзогенные,
метаморфические
космогенные.

4.1. Классификация процессов минералообразования
I.Эндогенные процессы (>РТ)
1. Собственно магматические. (>РТ, материнский расплав); 2. Пегматитовые (>РТ, расплав + летучие компоненты);
3. Постмагматические процессы (>РТ, жидкая фаза + газообр.составл.);
а) контактово-метасоматические (жид. фаза + газ): метасоматические, скарновые (контактово-метасоматические), грейзеновые.
б) гидротермальные (жидкая фаза)
в) пневматолитовые (из вулканич. эксгаляций) ( жидк.+газ, жидк, газ)
II. Экзогенные процессы (< РТ, водная среда)
Минералоообразование в коре выветривания
Инфильтрационный процесс
Осадочное обр. (процессы осадконакопления);
Россыпеобразование
III. Метаморфические (>РТ)
IV. Космогенные (>РТ).

Эндогенные процессы (глубинные)
Эндогенные процессы минералообразования происходят в глубинных недрах Земли и связаны с магматической деятельностью или метасоматическими преобразованиями пород. Протекают при высоких температурах и давлениях.
При застывании магмы образуются различные магматические породы и минералы (магматический процесс), его разновидностью является пегматитовый процесс, при котором образуется расплав и выделяются летучие компоненты. Далее происходят постмагматические процессы. При этом отделяющиеся от магмы газы и водные растворы переносят различные вещества, которые выделяются в виде минералов (пневматолитовый и гидротермальный процессы).
Температура кристаллизации магматических пород колеблется от 1300 до 700оС, давление – от 5500 до 500 бар. Связанные с магматическим процессом другие процессы происходят при более низких Т и Р.
компоненты

Экзогенные процессы (поверхностные)

Экзогенные процессы минералоообразования происходят на поверхности Земли, близ поверхности, в атмосфере или гидросфере. Минералы, которые при этом образуются, являются вторичными, т.е. связаны с разрушением ранее существовавших пород и минералов.
Глинистые минералы образуются в процессе выветривания магматических минералов (полевых шпатов, слюд). Некоторые минералы выпадают в виде солей в водах морей и озер (галит NaCl, сильвин KCl, мирабилит Na2SO4, кальцит CaCO3), или за счет жизнедеятельности различных организмов (кальцит, опал).
К экзогенным относятся биогенные процессы минералообразования - процессы, связанные с жизнедеятельностью организмов. Среди них выделяют 2 главных процесса - выветривание и осадконакопление.

Метаморфические процессы
Это процессы преобразования эндогенных и экзогенных продуктов в результате изменения физико-химических условий. Под воздействием высоких температур и давлений происходит преобразование (метаморфизм) ранее образованных осадочных и магматических минералов. Без расплавления вещества, с участием магматических газов и паров воды происходит перекристаллизация вещества: известняки переходят в мраморы, гранит – в гнейс, глина – в сланец и т.д.
Выделяют контактовые и региональные процессы.
Контактовые процессы происходят непосредственно в зоне контакта минеральных комплексов. Связаны с тепловым и химическим воздействием на них интрузивных магматических масс.
Региональные процессы метаморфизма – процессы, происходящие на больших глубинах, занимают значительные площади. Т 1100-300оС, Р до 20 тыс. атм.

Космогенные процессы
Это процессы минералообразования, которые происходят в космическом пространстве. Доля таких минералов на Земле ничтожно мала. В результате падения метеоритов на земную поверхность также могут образовываться минералы. Такие минералы называются импактными. Например, есть алмазы, полиморфные модификации кварца – стишовит и коусит.
По элементарному химическому составу каменные метеориты и породы Луны не отличаются от земных изверженных пород.

5. КЛАССИФИКАЦИЯ МИНЕРАЛОВ
В основу современных классификаций положены кристаллохимические принципы, учитывающие химический состав и кристаллическую структуру. Таковы классификации Бетехтина, Лазаренко, Годовикова и др.
Основной классификационной единицей является минеральный вид. В классификации Е.К. Лазаренко следующие подразделения:
Типы минералов (у А.Г. Бетехтина – Раздел, класс, группа)
Классы
П/классы
Семейства
Группы.

Выделяются следующие типы:
1. Простые вещества, сульфиды и близкие к ним минералы, кислородные соединения, галоиды, минералы - органические соединения
Тип . 1 Простые вещества
Классы:
1.Самородные металлы
2. Самородные металлоиды
3. Самородные неметаллы
Тип 2. Сульфиды и близкие к ним минералы
Собственно сульфиды и их аналоги
Классы:
1.Персульфиды и их аналоги
2.Сульфосоли
3.Теллуриды

Тип 3. Кислородные соединения
Классы:
1.Окислы и гидроокислы
2.Силикаты,
3.Бораты
4.Фосфаты и их аналоги
5. Карбонаты
6.Вольфраматы и молибдаты
7.Хроматы
8.Сульфаты
9.Нитраты
Тип 4. Галоиды
1.Фториды
2.Хлориды
Тип 5. Минералы - органические соединения
1.Органические соединения.