Физические свойства минералов

Прозрачность - способность минерала пропускать свет. В зависимости от степени прозрачности все минералы делятся на 3 группы:

1. Прозрачные (сквозь минерал можно легко видеть различные предметы) – горный хрусталь, исландский шпат, топаз и др.

2. Полупрозрачные (сквозь минерал виден свет, но контуры предметов уже не различимы) – сфалерит, киноварь и др.

3. Непрозрачные – пирит, магнетит, графит и др.

Цвет. Наиболее легко определяемый визуально признак. Один и тот же минерал нередко может иметь различную окраску в зависимости от примесей или дефектов строения его кристаллической решетки. Например, флюорит может быть окрашен в зеленый, фиолетовый, бурый, желтый цвета различных оттенков, а изредка бывает бесцветным. Турмалин бывает зеленым, розовым, бурым, синим, черным. Окраска некоторых минералов может быть неоднородной даже в одном кристалле.

Окраска является важным диагностическим признаком только для тех минералов, окраска которых не зависит от примесей (то есть обладающих идиохроматическим типом окраски).

Цвет черты (цвет минерала в порошке). Для определения цвета минерала в порошке достаточно с легким нажимом провести минералом по поверхности специальной пластинки из неглазированного фарфора. Следует иметь в виду, что большинство светлоокрашенных и прозрачных минералов имеет белую черту, а минералы с высокой твердостью вместо черты оставляют царапину на фарфоровой пластинке. Поэтому говорить, к примеру, о цвете черты алмаза бессмысленно.

Блеск. Большинство минералов с различной интенсивностью отражают падающий на них свет, то есть обладают блеском. Характер блеска зависит от того, насколько сильно поверхность минерала отражает падающий свет, каково соотношение отражения, поглощения и пропускания света минералом, как отражаемый свет рассеивается. Различают следующие виды блеска: Металлический – напоминает блеск полированного металла (сталь, серебро, золото). Полуметаллический – подобен металлическому, но более тусклый. Алмазный – сильный блеск, Стеклянный – поверхность минерала блестит как стекло. Стеклянным блеском обладает большинство (около 70%) прозрачных и полупрозрачных минералов. Перламутровый, Шелковистый, Жирный, Смоляной, Восковой. Наконец, если минерал представлен тонкодисперсными, землистыми массами, то он не блестит, т.е. является матовым. Это происходит потому, что весь свет при отражении рассеивается совершенно равномерно.

1.	Тальк	Твердость – устойчивость минерала к царапанию. Является одним из главных и надежных диагностических признаков минералов. По твердости все минералы условно разделяются на 10 групп, в соответствии с предложенной австрийским минералогом Фридрихом Моосом шкалой твердости. Набор условных эталонов твердости, состоящий из 10 минералов, в его честь получил название шкала Мооса. Минералы в ней подобраны таким образом, что каждый последующий минерал в ней оставляет царапину на предыдущем. Причем получается углубленная царапина, не исчезающая при легком
2.	Гипс
3.	Кальцит
4.	Флюорит
5.	Апатит
6.	Ортоклаз
7.	Кварц
8.	Топаз
9.	Корунд
10.	Алмаз

стирании пальцем. Относительная твёрдость выражается условными единицами твёрдости от 1 до 10, соответствующими номеру эталонного минерала шкалы Мооса (от самого мягкого до самого твёрдого).

Минерал-эталон, который оставляет на другом царапину, считается более твёрдым. Если минерал оставляет на другом минерале черту (пишет), то он является более мягким.

Спайность и излом. Спайностью называется способность кристаллов раскалываться (расщепляться), с образованием ровных блестящих плоскостей скола. В зависимости от того, насколько легко раскалываются минералы различают следующие степени совершенства спайности (в порядке убывания): Весьма совершенная – спайность в одном направлении, когда минерал очень легко (иногда даже руками) разделяется на все более тонкие пластинки или листочки. Совершенная – при любом ударе молотком по минералу он рассыпается на обломки, ограниченные ровными спайными плоскостями (кубики, ромбоэдры, октаэдры и т.д.). Средняя – при раскалывании минерала с одинаковой частотой образуются как ровные спайные поверхности, так и неправильные поверхности излома по случайным направлениям. Несовершенная и весьма несовершенная – при раскалывании минерала подавляющая часть обломков ограничена неправильными неровными поверхностями излома.

Неровная поверхность, получающаяся при раскалывании минералов или минеральных агрегатов, называется излом. Различают следующие виды излома:

Удельный вес(плотность) – соответствует массе минерала в граммах, заключенной в одном кубическом сантиметре его объема и является важным диагностическим признаком, так как колеблется в широких пределах – от 1,5 (бура, мирабилит) до 19-21 (золото и самородная платина). Важно научиться хотя бы приблизительно определять удельный вес минералов, взвешивая кусок минерала на ладони, чтобы различать минералы легкие, средние, тяжелые и очень тяжелые.

К прочим диагностическим признакам можно отнести магнитность, двупреломление, ковкость, гибкость, упругость, запах, вкус, радиоактивность, люминесценция и т.д.

Классификация минералов основана на таких свойствах как: химический состав и кристаллическая структура.

Классы минералов выделяют по их химическому составу.

Классы, представленные большим числом минеральных видов с разнообразным кристаллическим строением, подразделяются на подклассы, различаемые по типу структуры кристаллической решётки. Наибольшей распространённостью в природе пользуются минералы следующих классов:

1. Самородные элементы – наиболее простые. К ним относятся минералы, каждый их которых сложен атомами какого-либо одного химического элемента. Примерами являются графит, алмаз (модификации углерода), сера, самородные металлы (золото, медь, серебро, платина и др.).

2. Галогениды – это соединения галогенов (Cl, F, Br, J) со щелочными и щелочноземельными элементами. Наибольшим распространением среди них пользуются хлоридные и фторидные соединения. К их числу относятся галит, сильвин, флюорит.

3. Сульфиды – сернистые соединения металлов и полуметаллов. Химически это соли сероводородной кислоты. Примеры – пирит, халькопирит, галенит, молибденит, антимонит, киноварь.

4. Оксиды и гидрооксиды. Данный тип включает соединения металлов и металлоидов с кислородом и гидроксильной группой (ОН)^-. К их числу относится кварц и множество его разновидностей (горный хрусталь, аметист, халцедон и т.д.), а также корунд, магнетит, гематит и др.

5. Сульфаты – это соли серной кислоты (Н₂SO₄). Самые распространённые – гипс, ангидрит, барит.

6. Карбонаты представляют собой соли угольной кислоты (Н₂СО₃). Самый распространённый минерал этого класса – кальцит; из примеров можно отметить доломит, магнезит, сидерит, малахит, азурит.

7. Фосфаты – соли фосфорной кислоты. Из них самым широким распространением пользуется апатит.

8. Силикаты представляют собой с химической точки зрения природные соли кремниевой кислоты (H₄SiO₄). Это наиболее распространённый в природе класс минералов. Химический состав силикатов сложный и непостоянный. Строение кристаллической решётки силикатов может быть весьма различным, что обуславливает чрезвычайное разнообразие их свойств. В связи с этим практикуется разделение класса силикатов на подклассы, различающиеся типом кристаллической структуры. К числу силикатов относятся такие группы минералов, как полевые шпаты, слюды, пироксены, амфиболы, гранаты, глинистые минералы и многие другие.

Кроме этого, в природе встречаются минералы, являющиеся представителями иных классов. К ним относятся нитраты, бораты, хроматы, вольфраматы, арсенаты, ванадаты и т.д.

Горные породы. Минералы встречаются в природе, как правило, не по отдельности, а в составе закономерно построенных агрегатов – горных пород. Горной породой называется природный агрегат минеральных и иных частиц, характеризующийся определённым составом и строением. Неминеральные вещества в составе горных пород могут быть представлены минералоидами и сложными органическими соединениями.

По минеральному составу горные породы могут быть мономинеральными и полиминеральными. Первые состоят из минеральных частиц только одного вида (например, известняк и мрамор – из кальцита, кварцит – и- кварца). Вторые – из нескольких минералов. Например, гранит – из кварца, полевых шпатов и ряда второстепенных компонентов, габбро – из полевых шпатов и пироксена или роговой обманки. Полиминеральные горные породы распространены значительно шире мономинеральных.

Строение горных пород характеризуется двумя понятиями: структура и текстура.

Структура – это особенности строения горной породы, которые определяются размером и формой и взаимоотношениями слагающих ее зерен (обломков).

Текстура отражает особенности строения горной породы, обусловленные характером взаимного расположения слагающих ее зерен.

Если сравнить горную породу с многоэтажным домом, то структура его будет определяться формой и размерами комнат в каждой квартире (либо преобладающим размером комнат в доме), а текстура – взаимным расположением и характером чередования (закономерным или нет) квартир разной планировки как в пределах каждого этажа, так и во всем здании.

Классификации горных пород. Основные структурно-текстурные характеристики горной породы зависят от способа и от условий её образования. Во многих случаях этим же определяется и минеральный состав горных пород. Поэтому в основу классификации горных пород положен генетический принцип (подразделение их по происхождению).

По происхождению горные породы можно разделить на 3 основные группы:

- осадочные, образующиеся на поверхности Земли в результате экзогенных процессов;

- магматические, образующиеся в результате застывания магматических расплавов или накопления твёрдых продуктов вулканической деятельности;

- метаморфические, образующиеся в результате преобразования ранее существовавших осадочных и магматических пород (в результате воздействия температуры, давления, химически активных веществ).

Более детальное подразделение осуществляется в каждой из этих групп по различным признакам. При этом на разных иерархических уровнях классификаций могут учитываться конкретный механизм и условия образования породы, их химический и минеральный состав, структурные и текстурные характеристики.

Магматические горные породы.

Как показывает само название, магматические породы образуются в результате кристаллизации (застывания) магмы или лавы. Магма может застывать на глубине, породы, образовавшиеся на глубине, называются интрузивными, процесс остывания протекает очень медленно и вся магма успевает закристаллизоваться, поэтому образуются полнокристаллические горные породы. Для них характерны разнообразные зернистые структуры.

Возникшие при остывании лавы, излившейся на поверхность – эффузивными (вулканическими) породами. Породы не всегда успевают полностью закристаллизоваться, и в них обычно присутствует вулканическое стекло (неполнокристаллические). Среди структур таких пород различают афировые и порфировые. Афировой называют структуру горной породы, которая целиком сложена внешне однородной массой стекловатого или скрытокристаллического сложения. В порфировых структурах невооруженным глазом видны сравнительно крупные (хорошо различимые невооруженным глазом) кристаллы, которые образовались в расплаве еще до излияния лавы на поверхность и как бы «плавающие» среди основной массы однородного сложения.

Часть продуктов вулканических выбросов состоит из твердых или полурасплавленных раздробленных продуктов извержений (вулканический пепел и песок, лапилли и вулканические бомбы). В результате образуются горные породы, которые называются пирокластическими.

Классификация, магматических пород основана на их химическом и, соответственно, минеральном составе (так как минеральный состав магматической породы определяется химическим составом исходного расплава). Основными компонентами подавляющего большинства магматических горных пород (силикатных) являются: SiO₂, TiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, FeO, MnO, MgO, CaO, Na₂O, K₂O, P₂O₅. За основу их классификации принято содержание SiO₂, а так же общее (суммарное) содержание щелочей - Na₂O и K₂O, вариации которых в наибольшей мере отражаются в минеральном составе. В зависимости от содержания SiO₂ выделяют кислые (64-78% SiO₂), средние (53-64% SiO₂), основные (45-53% SiO₂) и ультраосновные породы, содержащие 30-45% SiO₂.

Классификация силикатных магматических пород

Щёлочно-ультраосновные породы (уртиты, ийолиты и др.) Ne, Px Тефриты	Основные нефелиновые сиениты Px, Pl № >50, Ne	Нефелиновые сиениты Fsp, Ne, щел т/цв Фонолиты	Щелочные граниты Qu>25%, Ksp, щел т/цв
Умеренно-щелочные габброиды Px (Hb), Pl № >50, ±Bt, Ksp	Сиениты Ksp, т/цв Трахиты Монцониты Ksp, Pl № 30-50, т/цв Трахиандезиты	Умеренно-щелочные граниты Qu>25%, Ksp, ±т/цв Трахириолиты
Перидотиты Px, Ol Пикриты Дуниты Ol Меймечиты	Габбро Pl №>50, Px (Hb) Базальты Пироксениты Px Горнблендиты Hb	Диориты Pl № 30-50, т/цв Андезиты	Граниты Qu>25%, Pl № 0-30, Ksp, ±т/цв Риолиты Плагиограниты Qu>25%, Pl № 0-30 т/цв Плагиориолиты
Ультраосновные	Основные	Средние	Кислые

Qu – кварц; Fsp – полевые шпаты, в том числе: Ksp – калиевые, Pl – плагиоклазы (с указанием номера); Ne – нефелин; т/цв – темноцветные минералы (пироксены, роговая обманка, слюды); щел т/цв – щелочные темноцветы (щелочные пироксены и амфиболы); Px – пироксены; Hb – роговая обманка; Bt – биотит; Ol – оливин

Прямым шрифтом приведены названия плутонических горных пород, курсивом – названия их вулканических аналогов

Особую группу пород составляют пирокластические и вулканогенно-обломочные породы. Пирокластические породы занимают промежуточное положение между магматическими эффузивными и осадочными. Вулканогенный материал в этих породах представлен обломками – остроугольными либо округлыми (оплавленными). Размер обломков варьирует от долей миллиметра (вулканический пепел) до нескольких метров в поперечнике. Породы, целиком или почти полностью сложенные вулканогенным материалом, называются вулканическими туфами. При содержании осадочного материала 10% и более породы называют туффитами, а более 50% – туфопесчаниками, туфоалевролитами, туфогравелитами и т.д.

Осадочные породы образуются на поверхности Земли. Образование осадков, а затем и осадочных пород может идти различными способами - осаждение обломочного материала, выпадение из растворов определенных веществ, в процессе жизнедеятельности организмов. Характерной особенностью многих осадочных пород является наличие разнообразных слоистых текстур, что обусловлено преимущественным отложением осадков слоями. Нередко в осадочных породах (и только в них!) можно встретить окаменевшие остатки организмов или следы их жизнедеятельности.

Подразделяют осадочные породы по их происхождению на три большие группы: обломочные (терригенные) – механические осадки, химические (хемогенные) - возникшие в результате выпадения осадков из воды или из других растворов, и органогенные – образованные из скоплений окаменевших остатков животных и растений или продуктов их жизнедеятельности. Основной объём осадочных пород формируется в результате накопления осадочных отложений на дне Мирового океана. Ведущую роль среди них играют осадки органогенного происхождения.

Терригенные породы – продукты механического разрушения ранее образованных горных пород. Терригенные породы могут быть рыхлыми, для которых характерно несвязанное состояние слагающих их частиц и большое количество пор (песок, глина) или сцементированными (литифицированными). Общепринятой классификации терригенных осадочных горных пород до настоящего времени не существует. Вариант классификации терригенных пород по величине и форме обломков, наиболее широко используемый в России геологами, а также грунтоведами и почвоведами, приведён в таблице:

Размер обломочных частиц	Обломки окатаны	Обломки не окатаны
Более 1 м	Глыбы Глыбовый конгломерат	Неокатанные глыбы Глыбовая брекчия
10 см -1 м	Валуны Валунный конгломерат	Неокатанные валуны Валунная брекчия
0,5-10 см	Галька Галечный конгломерат	Щебень Щебнистая брекчия
1-5 мм	Гравий Гравелит
0,05-1 мм	Песок Песчаник
0,005-0,05 мм	Алеврит Алевролит
‹ 0,005 мм	Глина Аргиллит

Названия рыхлых пород даны в таблице обычным шрифтом, литифицированных – жирным.

В некоторых классификациях используются несколько иные граничные размеры между разновидностями. Иногда глинистые породы выделяются в самостоятельный тип, так при их формировании наряду с процессами механического разрушения значительная роль принадлежит и процессам химического преобразования исходных пород и минералов. Поэтому глины можно рассматривать как породы, занимающие промежуточное положение между терригенными и хемогенными осадочными горными породами.

Хемогенные породы подразделяются на классы по их химическому (и, соответственно, минеральному) составу:

Класс	Название пород	Ведущие минералы
Карбонатные	Известняки	Кальцит
Доломиты	Доломит
Мергели	Кальцит, глинистые минералы
Кремнистые	Силицилиты	Халцедон
Сульфатные	Гипсы (гипсолиты)	Гипс
Фосфатные	Фосфориты	Апатит, кальцит, глинистые минералы
Галогенные	Каменные соли	Галит
Калийные соли	Сильвин
Аллитовые	Бокситы	Гидрооксиды Al
Железистые	Лимониты	Гидрооксиды Fe

Органогенные (биогенные) породы, если они сложены из хорошо сохранившихся организмов, имеют биоморфную структуру. Биогенные породы подразделяются на классы, как и хемогенные, по их составу. Органогенное происхождение, наряду с хемогенным, могут иметь известняки, доломиты, кремнистые породы и фосфориты. Исключительно биогенное происхождение имеют породы, относимые к классу каустобиолитов.

Класс	Горные породы	Биогенный материал
Карбонатные	Известняки	Остатки раковин, и других скелетных образований известкового состава
Доломиты	Продукты жизнедеятельности сине-зелёных водорослей (строматолиты, онколиты, катаграфии)
Кремнистые	Диатомиты	Оболочки диатомовых водорослей
Трепелы, опоки	Остатки диатомовых водорослей и губок с большой примесью аморфного кремнезёма, карбонатов, глинистых частиц
Радиоляриты	Скелеты радиолярий
Спонголиты	Спикулы губок
Фосфатные	Фосфориты	Фосфатные раковины, костные остатки позвоночных
Каустобиолиты	Каменные и бурые угли	Углефицированные растительные остатки
Горючие сланцы	То же, но с большой примесью частиц глинистых минералов

Метаморфические горные породы. Метаморфизм (от греческого «метаморфозос» - преобразование, изменение) – процесс изменения минерального состава, структуры, текстуры любых других горных пород под воздействием, давления, температуры и химически активных веществ. Химический состав метаморфических пород разнообразен и в большинстве случаев зависит от состава исходных пород.

Классификация метаморфических горных пород строится в соответствии с классификацией метаморфических процессов, с учётом структуры, текстуры и минерального состава горной породы.

Регионально-метаморфические породы:

- метаморфические сланцы – породы со сланцеватой текстурой, различного минерального состава; название даётся по набору главных породообразующих минералов (например: «биотит-мусковитовый сланец»);

- кристаллические сла нцы – породы с гнейсовидной текстурой; название даётся по главным породообразующим минералам;

- гнейсы – породы с гнейсовидной текстурой, по минеральному составу соответствующие гранитам (около 30% - кварц, около 60% - полевые шпаты, остальное – второстепенные минералы);

- мраморы – зернистые метаморфические породы, сложенные кальцитом (возможно с небольшим количеством примеси других минералов); продукт метаморфизма известняков;

- яшмы – визуально однородные, пятнистые или полосчатые метаморфические породы, основу которых слагает микрозернистый агрегат кварца и халцедона; продукт начальных ступеней метаморфизма кремнистых осадочных пород;

- кварциты – отчётливо зернистые метаморфические породы кварцевого состава; продукт метаморфизма кремнистых пород или кварцевых песчаников;

- амфиболиты – зернистые метаморфические породы, сложенные роговой обманкой.

Ультраметаморфические породы:

- мигматиты – породы смешанного состава; состоят из визуально контрастных частей: тёмной палеосомы (части породы, не испытавшей плавления) и светлой неосомы (наиболее легкоплавких компонентов, проходивших при ультраметаморфизме стадию плавления).

Контактово-метаморфические породы:

- роговики (плотные однородные горные породы с тонкозернистой структурой);

- мраморы (полностью аналогичны мраморам регионально-метаморфического происхождения).

Динамометаморфические породы:

- тектонические брекчии (сложены крупными угловатыми обломками исходной породы, подвергшейся дроблению в зоне разлома);

- катаклазиты (сложены мелкообломочными продуктами дробления и цементирующим их тонкораздробленным и частично перекристаллизованным материалом);

- милониты (сложены тонкоперетёртым и частично перекристаллизованным материалом).

Метасоматические породы чаще всего имеют пятнистый или неправильно-полосчатый облик. Общее наименование – метамоматиты (название даётся по набору минералов). Но есть и много типов метасоматитов, имеющих свои собственные названия. Самые распространённые из них – скарны, контактово-метасоматические породы специфического минерального состава (карбонатно-силикатного, нередко с сульфидами и/или магненитом).