Минералогия. Основы минералогии. Наука о драгоценных камнях и профессия геммолог. Связь минералогии с другими науками

МИНЕРАЛОГИЯ

(от Минерал и...Логия

наука о природных химических соединениях - минералах, их составе, свойствах, особенностях и закономерностях физического строения (структуры), а также об условиях образования и изменения в природе. Главная задача М. - создание научных основ для поисков и оценки месторождений полезных ископаемых, их обогащения для практического использования в народном хозяйстве.

М. - одна из старейших геологических наук, по мере развития которой от неё отделяются и вырастают новые самостоятельные науки. Так, в 19 в. от М. отделились Кристаллография и Петрография, в начале 20 в. - учение о полезных ископаемых, Геохимия, а затем - Кристаллохимия. М. наиболее широко использует законы и методы современной физики и химии, во многих отношениях она находится на стыке наук геологических и физико-химических циклов. Круг вопросов, охватываемых М., сложность и разнообразие минералов, а также методов их изучения, всё расширяющаяся сфера исследований, потребности практики геологоразведочных работ и народного хозяйства исторически определили возникновение в М. различных направлений.

Основные направления. Описательная М. занимается изучением, накоплением и уточнением фактического материала, разработкой вопросов систематики; обобщением данных по морфологии, физическим свойствам минералов, их химическому составу, данных по Изоморфизму, установлением причинных связей между составом, структурой и физическими свойствами у идеальных кристаллов и реальных минералов с дефектами кристаллической решётки.Особый раздел современной описательной М. составляет физика минералов, занимающаяся их исследованием с применением методов физики твёрдого тела.

Генетическая М. выясняет условия, закономерности и процессы, приводящие к образованию определённых минеральных видов (См. Минеральный вид) и минеральных ассоциаций - месторождений полезных ископаемых (См. Месторождение полезного ископаемого); определяет количественные значения физико-химических параметров (температуры, давления, химизм минералообразующей среды), характеризующих процесс возникновения минерала и помогающих познанию способа (механизма) его образования. Генетическая М. включает: учение о типоморфизме минералов; онтогенический и кристалломорфологический анализ, дающий информацию об истории формирования минеральных индивидов и агрегатов; исследование твёрдых и газово-жидких включений как источника информации о минералообразующей среде; анализ явлений полиморфизма и политипии; методы и принципы парагенетического анализа, получение энергетических и физико-химических характеристик минералов; установление геотермометров и геобарометров - минералов, по которым можно определять термодинамические параметры образования месторождений.

Экспериментальная М. занимается моделированием природных процессов и изучением физико-химических систем с целью выяснения условий возникновения минералов в природе. К этому направлению близка новая область М. - синтез минералов (алмазов, кристаллов пьезокварца, оптического флюорита, рубинов, гранатов и др.), широко используемых в технике.

Прикладная и технико-экономическая М. разрабатывает проблемы, связанные с вовлечением в промышленное использование новых минеральных видов, с проведением минералогических исследований, направленных на более полное комплексное использование минерального сырья и повышенное извлечение его полезных компонентов; включает минералогическое картирование месторождений с целью выделения технологических сортов руд; изучение зависимости технологических свойств минералов от их состава и структуры, исследование растворимости, магнитных и других свойств, поведение минералов в процессе обогащения руд и химико-технологической переработки концентратов (например, при обжиге, воздействии кислот); рассматривает также вопросы применения минералогических критериев для поисков и оценки месторождений полезных ископаемых (например, типоморфизм минералов, законы парагенезиса и др.), разрабатывает специальные минералогические методы поисков (термолюминесценция, фотолюминесценция, радиационные и др.).

Региональная М. обобщает минералогическое изучение определённых территорий и рудных провинций для установления закономерностей распределения минералов и их ассоциаций в связи с историей геологического развития региона; входит как составная часть в общий комплекс металлогенических исследований (см. Металлогения).

М. космических тел. Развитие этого направления стало возможным только с момента получения образцов лунных пород (см. Луна), исследования которых позволили сделать первые обобщения об особенностях минералообразования на поверхности Луны и в верхних слоях лунной коры. Большое значение имеет также изучение минерального состава метеоритов.

Ни одно из указанных направлений не может плодотворно развиваться без совершенствования существующих и разработки новых методов минералогических исследований и соответствующих приборов, в том числе экспресс-методов полевой и лабораторной диагностики, а также развития прецизионных физических и аналитических методов исследования минералов.

Исторический очерк. М. возникла в глубокой древности в связи с практическими потребностями человечества, широко использовавшего камень для различных целей. Первые сведения о минеральных телах появились в трудах древнегреческих и древнеримских учёных. Аристотель и Теофраст описали свойства ряда минералов, связывая их происхождение с дымом и парами, вырывающимися из земных недр. Сведения о минералах содержатся также в «Естественной истории» Плиния Старшего (середина 1 в. н. э.). Поиски и добыча минерального сырья для выплавки металлов, а также для медицины и алхимии привели в раннем средневековье к расширению сведений о минералах и рудах. Среди исторических памятников среднеазиатских народов выделяются труды Бируни и Ибн Сины (См. Ибн Сина) (Авиценны), описавших свойства многих минералов. Развитие горного дела (6-13 вв.), прежде всего в Центральной Европе и России (добыча железа, олова, мусковита, каменной соли, янтаря, серебра и др.), привело к более тщательному исследованию руд. В 13 в. появилась специальная работа о минералах в Европе (Albertus Magnus, De Mincralibus - латинский трактат, написанный после 1262). В этот период не делали различия между минералами, горными породами и рудами, классификация их примитивна, М. была тесно связана с алхимией и металлургией. Как самостоятельная наука М. начала оформляться в эпоху Возрождения. Первое крупное обобщение по М. связано с именем Г. Агриколы (См. Агрикола), который в работе «О горном деле и металлургии» (1550) четко отделил минералы от горных пород, подробно описал физические свойства минералов, привёл первую классификацию. Термин «М.» впервые введён в 1636 итальянским учёным Бернардом Цезием (Цезиусом) из Модены. Уже в 17 в. в Дании (Э. Бартолин, Н. Стено), Голландии (Х. Гюйгенс), Англии (Р. Бойль, Р. Гук и др.) были сформулированы первые геометрические законы для кристаллов и начато изучение оптических свойств. Работа французского исследователя Роме де Лиля (1783) по гранным углам в кристаллах оказала большое влияние на развитие М. и кристаллографии, послужила основой для создания теории структур кристаллических минералов Р. Ж. Аюи, изложенной им в «Трактате о минералогии» (1801). В Германии описательно-морфологическое (физиографическое) направление в 18 в. было наиболее ярко представлено школой А. Г. Вернера. Развитие М. в России тесно связано с именем М. В. Ломоносова, который впервые высказал положение о том, что главным определяющим признаком минерала должен быть химический состав. В работах М. В. Ломоносова («Слово о рождении металлов от трясения Земли», 1757, «О слоях земных», 1763, и др.) указывается, что минералы в рудных жилах образуют естественные ассоциации, и появление одного из них служит «признаком» присутствия другого. В трудах В. М. Севергина химия как основа М. выдвигается на первый план. М. определяется как наука, изучающая состав и строение минеральных тел, их взаимоотношения в природных месторождениях и пути их практического применения. В. М. Севергиным впервые сформулировано (1798) понятие о парагенезисе («смежности минералов»). В Западной Европе химическое направление в М. стало господствующим в скандинавских странах и в Германии со 2-й половины 18 в. (шведские учёные А. Кронстедт, 1758; И. Берцелиус, 1814; немецкие минералоги А. Брейтгаупт, 1820, 1847; М. Клапрот, 1795, 1815; и др.). Детальное изучение состава и физических свойств минералов в 19 в. привело к формулировке понятий изоморфизма и Полиморфизма (немецкие химики-минералоги Э. Мичерлих, Р. Герман, позднее Г. Чермак и др.). Большую роль в развитии М. в России сыграла плеяда выдающихся минералогов (Д. И. Соколов, Н. И. Кокшаров, П. В. Еремеев и др.). За рубежом значительный вклад в становление описательной и региональной М. на рубеже 19 и 20 вв. внесли такие учёные, как П. Грот, Ф. Клокман, Ф. Ринне, Р. Брауне (Германия), Ф. Бекке (Австрия), В. Брёггер (Норвегия), А. Лакруа (Франция), Дж. Д. Дэна (США) и др. До конца 19 в. М. формировалась как описательная наука, при этом в ней развивались два основных направления - морфолого-кристаллографическое и химическое.

С конца 19 в. в связи со всё увеличивающимся спросом на различные виды сырья и усиление поисковых работ старые методы описательной М. не могли удовлетворить потребности практики. Непрерывное совершенствование методов диагностики и исследования минералов позволило глубже изучить их свойства. Главное внимание стали уделять химии и свойствам минералов, законам изоморфизма и парагенезиса. Разработкой новых методических подходов и обобщающих теорий в М. мировая наука во многом обязана русской школе В. В. Докучаева, Е. С. Фёдорова, В. И. Вернадского (См. Вернадский), А. Е. Ферсмана. Огромное влияние на развитие современной М. оказали периодический закон Д. И. Менделеева и правило фаз Дж. У. Гиббса. По Вернадскому, М. есть химия земной коры, а минералы - продукты сложных природных реакций. Минерал непрерывно взаимодействует с окружающей его средой и сам изменяется при изменении физико-химических условий. Определяя парагенезис как выражение законов совместного нахождения минералов в природных ассоциациях, Вернадский по существу заново обобщил важнейшее научное положение современной М. Одновременно в М. стало складываться кристаллохимическое направление, тесно связанное с именем Федорова, который задолго до развития рентгеноструктурного анализа математически вывел все возможные (230) пространственные группы симметрии кристаллов. Однако проникновение в атомное строение кристалла стало возможным лишь после открытия дифракции рентгеновских лучей (М. Лауэ, 1912). Проведённые У. Г. Брэггом, и У. Л. Брэггом (Великобритания), Л. Полингом (США), Г. Вульфом (Россия) и др. рентгеноструктурные исследования большинства минералов позволили рассматривать состав и строение минералов в единстве и разработать новую теорию изоморфизма (В. М. Гольдшмидт, А. Е. Ферсман), создать кристаллохимическую классификацию минералов, с новых позиций подойти к пониманию их физических свойств. В современной М. происходит синтез сё исторически сложившихся направлений - описательного и генетического, химического и кристаллографического. Изучение минералов направлено на выявление причинных связей между средой, условиями образования, составом, кристаллической структурой, физическими свойствами реального минерала со всеми его дефектами и неоднородностями. Исследования физико-химических систем и условий их равновесия, кристаллизации силикатных и сульфидных минералов при высоких температурах (русский учёный К. Д. Хрущев, швейцарский учёный П. Ниггли, американские учёные Г. Куллеруд, Н. Л. Боуэн и др.), законов кристаллизации солей из растворов (советский учёный Н. С. Курнаков, голландский учёный Я. Х. Вант-Гофф), коллоидных систем (бельгийский учёный Ф. Корню, голландский учёный Р. В. ван Беммелен и др.) создали физико-химическую основу для объяснения природных процессов образования минералов.

Новый этап развития М. в России наступил после Октябрьской революции 1917. Тесная связь с практикой горного дела, плановость в организации и осуществлении научных исследований определили быстрое развитие М. Были организованы новые научные минералогические центры и обширные регионально-минералогические работы по всей территории СССР под руководством А. Д. Архангельского (См. Архангельский), А. Е. Ферсмана, Н. М. Федоровского (См. Федоровский), С. С. Смирнова, Н. А. Смольянинова и многих др. Было открыто и освоено множество месторождений и горнорудных районов (Кольский полуостров, Якутия, С.-В. СССР, Кавказ, Средняя Азия и др.). Полученные при этом научные материалы послужили основой для развития теоретических обобщений по М. и геохимии, внедрения в практику методов изучения и обогащения рудного сырья, были освоены новые виды полезных ископаемых (нефелин, апатит, лопарит, пирохлор, кианит, фенакит, бертрандит и др.), новые области использования минералов. Изучение термохимии и термодинамики природных процессов позволило выработать минералогические критерии для характеристики глубинных процессов, определения глубин и температурных условий процессов метаморфизма минералов, руд и горных пород (А. Е. Ферсман, Д. С. Коржинский и др.). Были показаны пути и возможности применения физико-химического анализа и эксперимента параллельно с геологическими наблюдениями для выяснения законов совместного образования минералов в геологических телах различного генезиса (А. Е. Ферсман, С. С. Смирнов, В. И. Смирнов, А. Г. Бетехтин, В. А. Николаев и др.), для выявления условий образования минералов в глубинах Земли при изменяющихся температурах, давлениях и концентрациях химических компонентов. Развитие учения о парагенезисе привело советских минералогов (А. Е. Ферсман, С. С. Смирнов, К. А. Власов, Ф. В. Чухров, И. И. Гинзбург и др.) к важным теоретическим обобщениям. К ним относятся: теория генезиса пегматитов (См. Пегматиты) и близких к ним образований, законы формирования зоны окисления рудных месторождений, изучение условий образования месторождений железа, никеля и др. минералов в современной коре выветривания. Известны работы советских учёных Я. В. Самойлова, В. И. Вернадского, Ф. В. Чухрова и др., посвященные роли живых организмов и коллоидных растворов в образовании минералов (руды марганца, железа, самородная сера и др.). Развитие понятия о типоморфизме минералов получило своё выражение в идеях о причинной связи и зависимости внешнего облика кристаллов, их агрегатов, химического состава и структурных особенностей минералов от условий их образования в той или иной геологической среде. На минеральных индивидах и агрегатах, в морфологии, в характерных проявлениях типоморфизма и в генетических признаках записана история зарождения, роста и изменения минералов и заключающих их месторождений (Г. Г. Леммлейн, Д. П. Григорьев, И. И. Шафрановский и др.). Обобщение результатов, полученных при изучении газово-жидких и многофазовых включений (См. Включения) в минералах, позволило приблизиться к решению вопросов о характере, составе и термодинамических параметрах среды образования многих минералов в различных месторождениях (Н. П. Ермаков, Ю. А. Долгов и др.). Вскрывая связи между средой, условиями образования, составом, структурой и свойствами минералов, советские минералоги достигли существенных результатов в изучении реальной химической конституции и структуры кристаллических минералов, а также в установлении корреляционных связей между составом минералов, свойствами слагающих их атомов и ионов, кристаллохимической структурой и основными их физическими свойствами (Н. В. Белов, А. Е. Ферсман, В. С. Соболев, А. С. Поваренных, Е. К. Лазаренко и др.). Важные результаты получены советскими учёными при изучении минералов класса силикатов, сульфидов и их аналогов (Н. В. Белов, В. С. Соболев и др.), боратов, самородных элементов, кварца и других групп, минералов редких и редкоземельных элементов (Г. П. Барсанов, Е. И. Семенов, В. И. Герасимовский, А. И. Гинзбург и др.). Требования практики, использующей специальные свойства кристаллов (пьезоэлектрические, сегнетоэлектрические, полупроводниковые, двупреломляющие, «лазерные», вообще оптические и др.), определили развитие работ в направлении точного и всестороннего изучения физических свойств и влияния структурных особенностей реальных минералов (политипия, дислокация, дефекты в кристаллах, электронно-дырочные центры и др.) на изменение их физических свойств (А. С. Марфунин, Б. Б. Звягин и др.). Создана в содружестве с кристаллографами и физиками самостоятельная научная отрасль по синтезу кристаллов.

Основные организации и периодическая печать. Исследования в области М. в СССР ведутся институтами АН СССР, управлениями и ведомствами министерств геологии СССР и союзных республик, учебными и научно-исследовательскими институтами. Большую работу по пропаганде и внедрению достижений М. проводят минералогические общества, имеющиеся в СССР (см. Минералогическое общество) и за рубежом (во Франции, ГДР и ФРГ, в скандинавских странах, Италии, Швейцарии, Испании, Великобритании, США, Индии, Бразилии). Они объединены в Международную минералогическую ассоциацию (ММА), на съездах которой (через каждые 4 года) обсуждаются важнейшие проблемы М. Значительная роль в развитии М. и пропаганде минералогических знаний принадлежит также минералогическим музеям. Крупнейший из них - Минералогический музей им. А. Е. Ферсмана АН СССР. Обширные минералогические коллекции имеются в Ленинградском горном институте, в МГУ, Московском геологоразведочном институте, в институтах в Свердловске, Иркутске, Киеве, Львове, Алма-Ате и др. городах СССР, а также за рубежом - во Фрейберге (ГДР), Карлсруэ (ФРГ), Париже, Лондоне, Праге, в Вашингтоне и Нью-Йорке.

Основные периодические издания по М.: в СССР - «Записки Всесоюзного Минералогического общества» (с 1866), «Минералогический сборник» Львовского университета (с 1947), «Труды Минералогического музея» АН СССР (с 1949); за рубежом - «American Mineralogist» (Lancaster - Wash., с 1916), «Bulletin de la Société française de Minéralogique (et de Cristallographie)» (P., с 1878), «Bulletin Suisse de Minéralogie et de Pétrographie» (Bern - Z., с 1921), «Mineralogical Magazine» (L., с 1876), «Zentralblatt für Mineralogie» (Stuttg., с 1950), «Zeitschrift für Kristallographie» (Lpz., с 1877), «Acta Crystallographica» (Camb. - Cph., с 1948), «Neues Jahrbuch für Mineralogie. Abhandlungen» (Stuttg., с 1807), «Neues Jahrbuch für Mineralogie. Monatshefte» (Stuttg., с 1900), «Contributions to Mineralogy and Petrology» (Hdib. - B., с 1947), «Schweizerische Mineralogische und petrographische Mitteilungen» (Z., с 1921), «Tschermarks mineralogische und petrographische Mitteilungen» (Vienna - N. Y., с 1872).

Лит.: Ломоносов М. В., О слоях земных и другие работы по геологии, М. - Л., 1949; Вернадский В. И., Избр. соч., т. 2-3 - Опыт описательной минералогии, М., 1955-59; Григорьев Д. П., Шафрановский И. И., Выдающиеся русские минералоги, М. - Л., 1949; Григорьев Д. П., Онтогения минералов, Львов, 1961; Поваренных А, С., Кристаллохимическая классификация минеральных видов, К., 1966; Барсанов Г. П., Минералогия, в кн.: Развитие наук о Земле в СССР, М., 1967; Бетехтин А. Г., Курс минералогии, 3 изд., М., 1961; Лазаренко Е. К., Курс минералогии, М., 1971; Костов И., Минералогия, [пер. с англ.], М., 1971; Сидоренко А. В., Лазаренко Е. К., Состояние и задачи современной минералогии, «Зап. Всесоюзного Минералогического общества», 1972, ч. 101, в. 2; Белов Н. В., Очерки структурной минералогии, в. 1-24, «Минералогический сборник», 1950-73, № 4-27.

Г. П. Барсанов, А. И. Гинзбург.

, 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)

Наружная оболочка земного шара - земная кора - изучается различными науками, объединенными под общим названием геология. В состав геологии входит ряд разделов, превратившихся в настоящее время в самостоятельные отрасли знаний. Главнейшие науки, изучающие Землю: - наука о природных химических соединениях - минералах; - наука о кристаллах и кристаллическом состоянии ; петрография и литология - науки о горных породах, слагающих земную кору; геохимия - наука о химическом составе Земли и законах распределения, сочетания и движения химических элементов (атомов) в земной коре при различных природных процессах; геофизика - наука о физических явлениях и процессах, протекающих в различных оболочках земного шара: геоморфология- наука об образовании и развитии форм земной поверхности (рельефа); гидрогеология - наука о подземных водах, их происхождении, распределении в земной коре, химической и механической деятельности в недрах Земли; геология четвертичных отложений, изучающая новейшие геологические образования, возникшие сравнительно недавно и залегающие в поверхностных слоях Земли; учение о полезных ископаемых и ряд других наук, тесно связанных с указанными выше, взаимно дополняют друг друга и в целом составляют науку геологию.

Место минералогии и кристаллографии среди других родственных ей наук иллюстрируется схемой:

Геохимия − Петрография − Учение о полезных ископаемых

| | |

Химия Геология

↓ |

⇘

⇙ ⇘

Кристаллофизика

↓

Математика Физика

Существует ряд других разделов геологии, которые имеют большое значение в познании строения и развития Земли и земной коры, в восстановлении физико-географических условий древних геологических эпох.

Геотектоника

Наука о структурах земной коры, их происхождении и развитии, о закономерностях тектонических движений; палеогеография, рассматривающая древние физико-географические условия; стратиграфия - наука о последовательности накопления осадочных толщ горных пород: палеонтология - наука о древних вымерших животных и растительных организмах, населявших Землю в прошедшие геологические эпохи; вулканология, изучающая процессы вулканизма. Данные стратиграфии, палеонтологии, исторической тектоники, палеогеографии и других наук используются в процессе преподавания исторической геологии.

Земная кора состоит из различных горных пород. Каждая горная порода слагается одним или несколькими минералами. В повседневной жизни мы встречаемся с самыми разнообразными минералами и горными породами, используемыми в различных отраслях народного хозяйства: в промышленности и строительстве, в ювелирном деле и сельском хозяйстве.

Даже не изучая геологию, не зная названия минералов, нельзя не любоваться красивыми узорами и оттенками декоративных камней, применяемых при облицовке различных строений. В оформлении метрополитена можно увидеть белоснежный и сургучно-красный мрамор, пестроцветные уральские яшмы, красивые красные и серые крупнозернистые граниты, изумрудно-зеленые змеевики и листвениты, ярко-зеленый с кружевными узорами, вишнево-розовый орлец, или , медово-желтые ониксы и другие поделочные и облицовочные камни.

Многие из этих камней известны только в нашей стране, как, например, . Нигде, кроме Советского Союза, нет сказочного камня малахита, густого по тону темно-зеленого нефрита и пестроцветных яшм.
Всем знаком красивый серый камень лабрадорит с яркими синими иногда сине-зелеными и голубыми мерцающими переливами, из которого высечена плита над входом в Мавзолей В. И. Ленина на Красной площади.
Разнообразные камни используются в ювелирной промышленности: алмазы, рубины, сапфиры, гранаты и др. Прекрасны по своей окраске нежно-голубой аквамарин, ярко-зеленый изумруд и кроваво-красный рубин.

Некоторые драгоценные камни имеют различную окраску при дневном;и электрическом освещении. Так, александрит при естественном солнечном свете темно-зеленый, при искусственном - малиново-красный с фиолетовым оттенком.
Роль минералов и горных пород в практической жизни человека огромна. Велико значение разнообразных полезных ископаемых: угля, нефти, торфа, руд ценных Металлов свинца, цинка, молибдена, вольфрама, олова и др. Незаменимы и фосфориты, калийные соли-это камни плодородия, без которых не может успешно развиваться сельское хозяйство.
В природе известно более 2500 минералов. Они разнообразны по сдоим свойствам, строению и происхождению. Одни твердые и непрозрачные, как сталь, другие легкие и пропускают свет, как , а третьи - легко ломаются и царапаются ногтем. Для того чтобы распознавать и уверенно их определять, мы познакомимся с минералогией - наукой о минералах, и кристаллографией - наукой о кристаллах и кристаллическом состоянии , так как большинство природных минералов имеет кристаллическое строение.

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ МИНЕРАЛОГИИ И КРИСТАЛЛОГРАФИИ

Минералогия

Самая древняя геологическая наука. Старинный термин minera (лат.) обозначает штуф, кусок руды. Еще в глубокой древности, на заре развития человеческого общества, появилась необходимость использования людьми ряда камней - минералов и минеральных агрегатов в качестве орудий труда, руды - для изготовления оружия в борьбе с врагами, а позднее - для хозяйственных и культурных нужд.
О времени зарождения минералогии, являющейся составной частью учения о полезных ископаемых, говорят находки медных изделий, обнаруженных в Египте и Передней Азии в IV тыс. до н. э. стало известно людям еще раньше. К. Маркс считает первым металлом, открытым человеком.
С разработкой руд возникла необходимость распознавания и изучения минералов и различных полезных ископаемых. Так зародилась наука .
Наиболее раннее упоминание о минералах имеется в труде китайского ученого Сан Хейдина «Древнее сказание о горах и людях» (500 г. до и. э.). В манускрипте упоминается 17 минералов, главным образом самородных металлов.
Археологические исследования показали, что в палеолите первобытный человек знал около 20 минералов, в неолите их количество увеличилось до 40. В история развития человеческого общества знакомство людей с различными металлами обусловило переход от каменных изделий к культуре меди, бронзы и железа.
Одной из первых специальных работ по минералогии был трактат «О камнях» греческого философа Теофраста (372-287 гг. до н. э.). В нем он описывал несколько десятков минералов и минеральных веществ, подразделив их на , камни и земли. В труде приводятся данные о свойствах минералов, способах их извлечения, обработки и применения. Описаны также известные месторождения этих минералов.

Римский ученый Плиний-старший, погибший при извержении Везувия в 79 г. н. э., приводит интересные сведения о всех известных к тому времени минералах в четырех трактатах.
Значительные успехи в развитии минералогии были достигнуты на Востоке в X-XI вв. Большой вклад в минералогию внес среднеазиатский ученый, врач, философ Абу Али Ибн-Сина (Авиценна, 980-1037). Авиценна создал первую классификацию минеральных тел, общепринятую в Европе до конца XVIII в. Он написал сочинение «Книга исцеления», где изложены основы естествознания. Все Авиценна подразделил на четыре группы: камни и земли, серные минералы, соли. В книге дается характеристика минералов и указывается их происхождение.

Ученый из Хорезма Ал-Бируни (972-1048) вошел в историю минералогии как первый ученый, использовавший точные физические константы в описании драгоценных камней и металлов. Он написал труд под названием «Собрание сводок для познания драгоценностей», где приводится описание 36 минералов, включая органические соединения (жемчуг, камни.мускусных животных) и искусственные камни ( , эмаль, фарфор), а также 12 металлов (в том числе и некоторые ).

В дальнейший период развития минералогии от Ал-Бируни до XVIII в. значительный вклад в развитие науки сделал чешский ученый Георгий Бауэр (1494-1555), известный под именем Агрикола. Занимаясь изучением условий залегания рудных тел и горной практикой, Агрикола обобщил большой фактический материал. Он написал несколько трудов: «О природе ископаемых» (1546), «О происхождении минералов» (1546), «О горном деле» (1550) и др. Его работы представляли полную сводку всех имевшихся в время данных по минерало-гии, геологии, рудному делу и металлургии.

Агрикола впервые четко разделил минералы и гор-ные породы. Среди минералов он выделяет земли, соли, драгоценные камни, и прочие минералы. Особое внимание в своих работах Агрикола уделяет характеристике диагностических свойств минералов: морфологии, твердости, цвету, спайности, блеску и т. д.
Крупный ученый эпохи Возрождения в 1502 г. опубликовал минералогический трактат, где приводит описание ряда минералов и их свойств: твердости, удельного веса, степени прозрачности, формы и др. В своей работе дает советы, как отличать настоящие драгоценные камни от поддельных.

В XV-XVII вв. получает мощное развитие капиталистический способ производства, приведший к повышению темпов разведки и добычи полезных ископаемых. К этому периоду относится становление минералогии как науки. Впервые термин «минералогия» употребил в 1636 г. итальянский ученый Бернард применительно к науке о полезных ископаемых.

XVII век характеризуется дальнейшим накоплением фактического материала по рудам и различным минералам. Естествознание в этот период носит описательный характер. Наряду с этим появляются работы, вносящие новый вклад в развитие минералогии. В конце XVII в. профессор Копенгагенского университета Эразм Бартолин (1625-1698) обнаруживает двойное лучепреломление в исландском шпате и способность его при ударе раскалываться на одинаковые многогранники (свойство спайности), а его соотечественник Нильс Стеной (1636-1687) открывает на кристаллах кварца и гематита закон постоянства гранных углов (1669), закладывая основы ноной науки кристаллографии.

Интересно отметить, что открытия Э. Бартолина не были признаны при его жизни. Назначенная Английским королевским обществом проверочная комиссия, куда входили такие известные ученые, как , Гук, Бойль и др., сочла обнаруженные явления случайными, а законы - несуществующими.
Бурное развитие промышленного капитализма в XVII-ХIХ вв. стимулирует значительный рост многих отраслей науки и промышленности. Получают мощный толчок такие науки, как физика и химия, которые, в свою очередь, определяют ускоренное развитие минералогии и возникновение кристаллографии.

Впервые термин «кристаллография» был предложен для названия «науки о кристаллах» швейцарским ученым М. Капеллером в 1723 г.
Основоположником минералогии в России по праву считают М. В. Ломоносова (1711 -1765). Широко известны труды Ломоносова: «О слоях земных» (1757), «Слово о рождении металлов от трясения земли» (1757), «Первые основания металлургии или рудных тел» (1763). В работах Ломоносова отражаются его материалистические взгляды на геологические процессы, на строение кристаллического , на генезис минералов и даются конкретные рекомендации горщикам и рудознатцам - исследователям минеральных богатств.

Составил (1745) первый русский каталог минералов, собранных в коллекции Академии наук, начало которой было заложено Петром I в его знаменитой кунсткамере. , развивая закон постоянства гранных углов кристаллов, сформулированный Н. Сте-ноном, связал его с внутренним строением селитры (1749). К этому же периоду относится составление классификации минералов как химических соединений шведским химиком А. Кронштедтом (1722-1765). Для изучения минералов он использует метод паяльной трубки.
В XVIII в. минералогия получает свое дальнейшее развитие. В России в этот период углубляются минералогические работы в Академии наук и Московском университете, основанном в 1755 г. Ломоносовым. Следует отметить заслуги акад. К. Г. Лаксмана (1737-1796) и его ученика Ф. П. Моисеенко (1754-1781) в развитии минералогии.

На Западе в это время наблюдается расцвет так называемой «естественноисторической» школы профессора Фрейбергской горной академии А. Г. Вернера (1750- 1817). Вернер создал новую классификацию минералов, основывающуюся на внешних признаках минералов. Его ученик, австрийский минералог Фридрих Мосс (1773- 1839) составил 10-балльную шкалу твердости минералов. С именем А. Г. Вернера связано выделение из мине- ралогии геогнозии (так именовалась ранее геология), кристаллографии и, несколько позже, петрографии и палеонтологии.

Значительный вклад в развитие минералогии внес русский академик В. М. Севергнн (1765-1826). Он осуществил замысел своего предшественника и учителя Ломоносова но зданию минералогического описания России. Севергин написал ряд работ по минералогии. Главнейшие из них: «Опыт минералогического землеописания Государства Российского», «Подробный словарь минералогический», «Первые основания минералогии или естественной история тел», «Новая система минералов, основанная на наружных отличительных признаках». Севергин в приводимой классификации минералов пытается применить химические принципы. Он впервые вводит понятие о парагенезисе минералов, употребляя термин «смежность минералов».

Конец XVIII и XIX вв. характеризуется бурным развитием горной промышленности как в России, так и за рубежом. В 1773 г. в Петербурге создается Горное училище (теперь - Горный институт). В 1817 г. основывается «Минералогическое общество», а в 1819 г. - университет.
Большие исследования проводит минералогическая школа Горного училища, созданная Д. И. Соколовым (1788-1852), последователем Севергина. Соколов считает химический состав главным фактором, определяющим все .

Продолжавшиеся исследования в области строения кристаллов позволили французскому ученому Ж. Б. Ро-мэ де Лилю (1736-1790) сформулировать закон постоянства гранных углов для всех кристаллов в работе «Опыт кристаллографии» (1772). Позднее, в 1783 г., им был опубликован трактат «Кристаллография, или описание форм, присущих всем телам минерального царства». Это были первые крупные работы по кристаллографии.
В XIX в. происходит развитие главным образом описательной минералогии. Минералогия окончательно становится наукой о минералах. В минералогии развивается два направления: кристаллографическое, базирующееся на изучении геометрических форм кристаллов, и химическое, основывающееся на исследовании химического состава минералов.

Представителями кристаллографического направления в минералогии были: во Франции Р. Ж. Гаюи (1743- 1822), О. Бравэ (1811 - 1863); в Германии - X. С. Вейс (1780-1856); в Англии -У. X. Миллер (1801 - 1880); в России - Н. И. Кокшаров (1818-1892), А. В. Гадолин (1828-1892), П. В. Еремеев (1830-1899).
В 1831 г. в Лейпциге была издана книга немецкого минералога И. Гесселя «Кристалл», где был приведен полный вывод всех групп симметрии конечных фигур. Работа была написана тяжелым языком, со многими опечатками и не привлекла к себе внимания современников. В 1862 г. Гессель опубликовал статью о выводе 32 групп кристаллографической симметрии, которая также осталась незамеченной.

В 1867 г. Гадолиным были выведены независимо от Гесселя чисто теоретически 32 вида симметрии кристаллов и разработаны математические основы кристаллографии. Им была написана работа «Вывод всех кристаллографических систем и их подразделений из одного начала» (1867). Выводы Гадолина были приняты кристаллографами всего мира и используются без существенных изменений до сих пор.
Известный русский минералог Кокшаров опубликовал 11-томный труд «Материалы для минералогии России». Кокшаров и Еремеев возглавляли в Петербурге Российское Минералогическое общество и преподавали в Горном институте. Еремеев был редактором 22 томов записок Минералогического общества и 14 томов «Материалов для геологии России».
Химическое направление разрабатывалось шведским ученым И. Я. Берцелиусом (1779-1848), немецкими учеными Э. Митчерлихом (1794-1863), П. Гротом (1843- 1927), профессором Венского университета Г. Чермаком (1836-1927). Работы ученых данного направления помогли установить точный химический состав многих минералов и разработать методику химического анализа.

Современное развитие кристаллографии и минералогии началось с конца XIX в. Начало этому положили работы Е. С. Федорова (1853-1919) о законах построения кристаллов. В 1890 г. Федоров установил 230 возможных пространственных групп или способов расположения атомов в кристаллах. К такому же открытию пришел в 1891 г. немецкий кристаллограф А. Шенфлис. Этот вывод был практически подтвержден М. Лауэ в 1912 г. после открытия рентгеновских лучей.
В течение многих лет Федоров занимался вопросами взаимозависимости внутреннего строения кристаллов с их химическим составом и свойствами. Им был написан ряд ценных работ: «Симметрия правильных фигур» (1893), «Теодолитный метод в минералогии и кристалло-графии» (1893), «Курс кристаллографии» (1897), «Основания петрографии» (1897) и др.

Федоров изобрел теодолитный гониометр и универ-сальный столик, известный под названием «федоровского столика». Эти изобретения стимулировали дальнейшее развитие кристаллографии и минералогии: первое позволило точно установить пространственное расположение граней кристалла, второе послужило основой для точных кристаллооптических исследований минералов. Данные приборы до сего времени используются кристаллографами всего мира. Федоров создал новое направление исследований, так называемый кристал-лохимическнй анализ, дающий возможность по внешней форме кристалла определять его химический состав.

Детальные минералогические исследования во второй половине XIX в. получили успешное развитие благодаря достижениям микроскопического метода исследования, основы которого заложили А. А. Иностранцев (1843-1919), А. П. Карпинский (1847-1936), Г. Сорби (1826-1908), К. Розенбуш (1836-1914) и др.
Значительную роль в развитии кристаллографии сыграли фундаментальные сводки, сделанные немецкими учеными П. Гротом и В. М. Гольдшмидтом (1853-1933). П. Грот написал «Физическую кристаллографию» и пятитомную «Химическую кристаллографию». Гольдшмидт опубликовал 10-томный «Атлас кристаллических форм», где собрал все ранее публиковавшиеся изображения кристаллов минералов.

Открытие Х-лучей В. Рентгеном (1895), явлений естественной радиоактивности А. Беккерелем (1896) и дифракции рентгеновских лучей в кристаллах М. Лауэ в 1912 г. обеспечили широкие перспективы для становления раздела кристаллографии - кристаллохимии, изучающей связь состава и внутреннего строения кристаллов. Открытие М. Лауэ позволило измерить расстояние между материальными частицами кристаллической решетки.
В 1913 г. английский ученый У. Л. Брэгг и русский кристаллограф Г. В. Вульф вывели формулу, которая связывала межплоскостные расстояния в кристаллах с длиной волны рентгеновских лучей. Эта формула (Брэгга — Вульфа) до сих пор является основной формулой рентгеноструктурного анализа, давшего возможность изучать атомную структуру кристаллов.
Основы кристаллохимии были заложены норвежским ученым В. М. Гольдшмидтом (1888-1947) и русским ученым Вульфом (1863-1925).

Важным этапом в развитии минералогии считается возникновение новой науки - геохимии. Основоположниками этой науки являются русские академики В. И. Вернадский (1863-1945) и А. Е. Ферсман (1883-1945), американский геохимик Ф. У. Кларк (1847-1931) и норвежец Гольдшмидт. Вернадский рассматривал минералы как продукты природных химических реакций, протекающих в определенных физико-химических условиях. Изучение геологических процессов, генезиса минералов и минеральных ассоциаций позволило ему заложить основы геохимии и генетической минералогии.

В возникновении геохимии как науки сыграло решающее значение открытие Д. И. Менделеевым (1834-1907) периодического закона химических элементов (1869). Большой вклад в развитие геохимии и минералогии сделал Ферсман, прекрасный знаток минеральных богатств нашей страны и зарубежных месторождений. Им написаны фундаментальные труды и популярные работы по геохимии и минералогии; «Геохимия» (в 4-х томах), «Пегматиты», «Очерки по истории камня» (в 2-х томах), «Драгоценные и цветные камни России», «Занимательная минералогия», «Цвета минералов», «Рассказы о самоцветах» и др.

В XX столетии появляется кроме вышеназванных ученых целый ряд крупных минералогов, кристаллографов, геохимиков и других специалистов-геологов, внесших неоценимый вклад в развитие геологической науки. К ним относятся Я. В. Самойлов (1870-1925), А. К. Болдырев (1883-1946), С. С. Смирнов (1895-1947), П. П. Пилипенко (1877-1940), В. П. Виноградов, Д. Д. Дэна, Е. С. Дэна, Д. И. Щербаков, И. И. Гинзбург, А. А. Сауков, А. В. Шубников, Г. М. , И. И. Шафрановский, Ф. Махачка, Г. Штрунц, В. Н. Белов, А. Г. Бетехтин, В. И. Смирнов, И. Костов, Е. К. Лазаренко, Н. А. Смольянинов, Г. В. Бокий, Е. Е. Флинт, А. Н. Заварицкий, Д. С. Коржинский, Д. С. Белянкин и многие другие. Этими учеными написаны фундаментальные труды, составляющие основы современной кристаллографии, минералогии и смежных с ними наук. Главнейшие из них в качестве справочной литературы приводятся в конце книги.

В настоящее время в минералогии и кристаллографии наряду с традиционными методами исследования широкое применение находят новые точные методы изучения минералов и кристаллов - рентгеноструктурные, инфракрасной спектроскопии, электронной микроскопии и ряд других.
Значительное развитие получила в результате фундаментальных работ по расшифровке структур силикатов, проведенных акад. Н. В. Беловым. Появилась возможность создания новых искусственных соединений с заданными свойствами - возникла новая ветвь в минералогии и кристаллографии - синтез минералов.

Основные понятия геологии Камень - это всякая твердая нековкая составная часть земной коры в виде сплошной массы или отдельных кусков....

Минерало́гия - наука о минералах - природных химических соединениях. Минералогия изучает состав, свойства, структуры и условия образования минералов. Минералогия - одна из древнейших геологических наук. Первые описания минералов появились у древнегреческих философов. В дальнейшем развитию минералогии способствовало горное дело. В настоящее время интенсивно развиваются генетическая и экспериментальная минералогия. В минералогии активно используются достижения физики, химии и других естественных наук. Так, минералогическое изучение метеоритов и образцов с других планет позволило узнать много нового об истории Солнечной системы и процессах формирования планет. Изучением минерального состава и минералов комет, метеоров, и других небесных тел, а также астрономической спектроскопией астероидов, комет и пыли околозвёздной среды в целом, занимается молодая наука на стыке минералогии, физики и астрономии - астроминералогия (astromineralogy). Минералогия принадлежит к числу геологических наук. Название этой науки в буквальном смысле означает учение о минералах, которое объемлет все вопросы о минералах, включая и их происхождение. Термин «минерал» происходит от старинного слова «минера» (лат. minera - руда, ископаемое). Это указывает, что его появление связано с развитием горного промысла. Интуитивно минералы можно определить как составные части горных пород и руд, отличающиеся друг от друга по химическому составу и физическим свойствам (цвету, блеску, твердости и т. д.). Например, биотитовый гранит как горная порода состоит из трех главных минералов различного состава: светлоокрашенного полевого шпата, серого кварца и черной слюды (биотита). Сплошная руда магнитного железняка сложена почти мономинеральным агрегатом, состоящим из кристаллических зерен магнетита. На протяжении всей истории минералогии вопрос об определении содержания понятия «минерал» часто дискутировался, так что круг объектов этой науки неоднократно менялся и его границы нельзя считать окончательно установленными. В настоящее время большинство объектов минералогии отвечает следующему определению: минерал - однородное природное твердое тело, находящееся или бывшее в кристаллическом состоянии. Таким образом, определенное понятие минерала отвечает минеральному индивиду - естественно ограниченному телу - и охватывает все разнообразие реальных единичных объектов минералогии, встречающихся в природе. В число минералов обычно не включаются высокомолекулярные органические образования типа битумов, не отвечающие в большинстве случаев требованиям кристалличности и однородности. Некоторые из солеподобных органических соединений тем не менее рассматриваются в числе минералов, равно как и единичные аморфные образования, традиционно изучавшиеся минералогами, например, опал и аллофан. Газы, жидкости и вулканические стекла минералами не считаются. С генетической точки зрения минералы представляют собой природные химические соединения и простые вещества, являющиеся естественными продуктами различных физикохимических процессов, соверша ющихся в земной коре и прилегающих к ней оболочках (включая и продукты жизнедеятельности организмов). (Разнообразнейшие синтетические продукты, т. е. искусственно получаемые в лабораториях и в заводских условиях химические соединения не могут называться минералами. Искусственными, или синтетическими, минералами условно называют лишь те искусственные соединения, которые по своему составу и кристаллическому строению отвечают природным.) К минералам относят и космогенные объекты, отвечающие вышеприведенным требованиям однородности и кристалличности. Как показывают наблюдения над условиями нахождения минералов в природе, а также экспериментальные исследования, каждый минерал возникает в определенном интервале физикохимических условий (давления, температуры и концентрации химических компонентов в системе). При этом отдельные минералы сохраняются неизменными до тех пор, пока не будут превзойдены пределы их устойчивого состояния при воздействии внешней среды (например, при процессах окисления или восстановления, при падении или повышении температуры или давления и др.). Поэтому в историческом ходе развития геохимических процессов многие минералы подвергаются изменению, разрушению или замещению другими минералами, устойчивыми во вновь создающихся условиях. Рассматривая минералы как части природных физикохимических систем, можно определить их, в полном соответствии с понятиями химической термодинамики, как природные твердые фазы (в понимании Дж. Гиббса). Необходимо только отметить, что некоторые минералы могут существовать в природе и за пределами своих полей устойчивости, сохраняясь в метастабильном состоянии долгое время (например, алмаз). Весьма значительное количество известных в настоящее время минералов имеет важное практическое значение как минеральное сырье (при условии, конечно, если скопления их в определенных участках, называемых месторождениями полезных ископаемых, обладают промышленным содержанием и запасами, достаточными для обеспечения предприятия по разработке месторождения). Одни минералы (рудные) содержат в своем составе те или иные ценные для промышленности металлы (железо, марганец, медь, свинец, цинк, олово, вольфрам, молибден и др.), извлекаемые при металлургической обработке руд. Другие минералы (такие как алмаз, хризотиласбест, кварц, полевые шпаты, слюды, гипс, сода, мирабилит и др.), благодаря их ценным физическим или химическим свойствам, применяются для тех или иных целей в сыром виде (без переработки) или используются для получения необходимых в промышленности синтетических соединений, строительных материалов и пр. Таким образом, минералогия как наука о природных химических соединениях (минералах) изучает во взаимной связи их состав, кристаллическое строение, свойства, условия образования и практическое значение. В соответствии с этим и задачи данной науки должны быть тесно связаны, с одной стороны, с достижениями смежных с нею наук (физики, химии, кристаллохимии и др.), а с другой - с запросами практики поисковоразведочного дела. Главнейшими задачами минералогии в настоящее время являются: 1) всестороннее изучение и более глубокое познание физических и химических свойств минералов во взаимной связи с их химическим составом и кристаллическим строением с целью практического использования их в различных отраслях промышленности и выявления новых видов минерального сырья; 2) изучение закономерностей сочетания минералов и последовательности образования минеральных комплексов в рудах и горных породах с целью выяснения условий возникновения минералов и истории процессов минералообразования (генезиса), а также использованияэтих закономерностей при поисках и разведках различных месторождений полезных ископаемых. Минералогические исследования при решении этих задач опираются на законы точных наук: физики, химии, кристаллографии, кристаллохимии, коллоидной химии и физической химии. Данные минералогии, в свою очередь, используются в таких науках, как геохимия, петрография, учение о месторождениях полезных ископаемых, а также в поисковоразведочном деле и в ряде технических наук (металлургия, обогащение руд и др.). Представления о природе минералов, а соответственно, и содержание минералогии складывались исторически и менялись по мере развития знаний в области геологии и естествознания в целом. Рассмотрим главнейшие события в истории естествознания, повлиявшие на развитие минералогии как науки.

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.