Минералы

Земная кора состоит в основном из веществ, называемых минералами - от редких и чрезвычайно ценных алмазов до различных руд, из которых получают металлы для наших повседневных нужд.

Минералы сыграли важнейшую роль в развитии человека и создании цивилизаций. В каменном веке люди пользовались кремниевыми орудиями труда. Около 10 000 лет назад человек освоил способ получения меди из руды, а с изобретением бронзы (сплава меди и олова) начался новый век - бронзовый. С начала железного века, 3300 лет назад, человек осваивал все новые и новые способы использования полезных ископаемых, добытых из земной коры. Современная промышленность по-прежнему зависит от минеральных ресурсов Земли. Ученые насчитывают около 3000 видов минералов, но только 100 из них достаточно широко распространены. Минералы относятся к неорганическому (неживому) миру. Чаще всего они являются твердыми веществами. Исключение составляет ртуть.

Органические и неорганические вещества

Многие называют минералами все, что добывают из земли. Они относят к этому разряду также ископаемое топливо, например, уголь. Однако, минералоги - люди, которые профессионально изучают минералы, - считают, что уголь, нефть и природный газ - органические субстанции, поскольку образовались из остатков когда-то живых растений и животных, а потому минералами не являются.

У минералов определенный химический состав. Они всегда однородны, другими словами, все части минерала одинаковы. Этим они отличаются от горных пород, включающих несколько минералов.

Минералы состоят из химических элементов, т. е. веществ, которые уже нельзя разложить на другие вещества химическим путем. Из 107 известных науке элементов 90 встречаются в естественном виде в земной коре. Некоторые, их называют самородными элементами, пребывают в земной коре в чистом или почти чистом виде. Существует 22 самородных элемента, среди них - золото, серебро и алмазы (одна из форм углерода).

Земная кора

Два элемента, кислород и кремний, составляют 74% массы земной коры. Алюминий, железо, кальций, натрий, калий и магний - еще 24,27%. Все вместе они формируют почти 99% земной коры.

Самые распространенные минералы - это силикаты, химическое соединение кислорода и кремния, часто с примесью одного или более из остальных шести элементов. Преобладают такие силикаты, как кварц, слюда и полевые шпаты. Все три в разных пропорциях являются основными компонентами разных типов гранита. Кварц, эродированный из гранита, накапливается на побережье и образует песчаные пляжи.

Определение минералов

Часто встречающиеся минералы, такие как полевые шпаты, кварц и слюда, называются породообразующими. Это отличает их от минералов, которые находят только в небольших количествах. Кальцит - еще один породообразующий минерал. Он формирует известняковые породы.

В природе существует так много минералов, что минералогам пришлось выработать целую систему их определения, основанную на физических и химических свойствах. Иногда распознать минерал помогают очень простые свойства, например, цвет или твердость, а порой для этого требуются сложные тесты в лабораторных условиях с применением реагентов.

Некоторые минералы, такие как лазурит (синий) и малахит (зеленый), можно распознать по цвету. Но цвет часто обманчив, потому что у многих минералов он довольно широко варьируется. Различия в цвете зависят от примесей, температуры, освещения, радиации и эрозии.

Черта минерала и твердость

Если поскрести минерал, у нас получится порошок, называемый чертой минерала. Черта является важной характерной особенностью, она иногда отличается от цвета минерала в образце и обычно постоянна для одного и того же минерала.

Еще минералы различаются по твердости, оцениваемой по шкале Мооса (по имени австрийского минералога) от 1 до 10. Мягкий минерал тальк по ней соответствует 1, а алмаз, самый твердый из природных материалов, - 10.

Удельный вес

Удельный вес, или плотность, - это соотношение между весом вещества и одинакового количества воды. Если мы примем удельный вес воды за 1, то у большинства минералов он варьируется от 2,2 до 3,2. У некоторых минералов очень высокий или очень низкий удельный вес. Например, у графита он равен 1,9, а у золота - от 15 до 20 в зависимости от чистоты.

Еще одним показателем для определения минералов является кливаж, т. е. то, как минерал распадается на части при ударе. Можно получить информацию о минерале и поднеся его к свету. Прозрачные минералы так легко пропускают свет, что сквозь них все видно. Полупрозрачные тоже пропускают свет, но сквозь них уже ничего не видно. Непрозрачные минералы вовсе не пропускают свет, а, наоборот, поглощают его или отражают. Часто у минералов бывает металлический или радужный блеск. Например, у галена (свинцовой руды) - металлический блеск, он блестит почти как металл, а у большинства силикатов - стекловидный, они напоминают блестящее стекло. Существуют и другие виды блеска - адамантовый (как у алмаза), жемчужный, шелковистый (или атласный), землистый (тусклый). У некоторых минералов может быть несколько видов блеска. Так, блеск кальцитов варьируется от стекловидного до землистого.

У многих минералов есть специфические свойства, по которым их легко узнать. Например, скородит и самородный элемент мышьяк при нагревании пахнут чесноком, а тальк - мыльный на ощупь.

Некоторые минералы флюоресцируют (светятся или меняют цвет) в ультрафиолетовых или рентгеновских лучах. Другие электрически заряжаются при нагревании или под давлением.

А есть минералы, распознать которые можно только посредством специальных тестов в лаборатории. Одни растворяются только в горячих кислотах, а в холодных - нет, другие - только в концентрированных, но не в разведенных.

Кристаллы

Минералы имеют определенный состав и свою химическую формулу. Химическая формула галита (каменной соли) NaCl. Это значит, что галит - химическое соединение натрия (Na) и хлора (Сl).

Так как у каждого минерала определенный и постоянный состав, атомы его элементов выстраивают правильную трехмерную решетку специфической для него структуры. Эти кристаллические решетки являются геометрическими фигурами, плоские грани которых располагаются симметрично. Если вы на какое-то время оставите в плоской посуде немного соленой воды, она испарится, и на дне образуются кристаллы соли. В увеличительное стекло видно, что они представляют собой правильные кубы.

Существует семь основных кристаллографических, или изометрических, систем, называемых сингониями. Алмаз, например, принадлежит к кубической системе, рубин - к гексагональной, бирюза - к триклинной. Каждую систему можно описать в соответствии со спецификой ее симметрии - свойства, которое при вращении кристалла вокруг оси позволяет ему появляться в тождественном виде два или больше раз за один полный оборот. Кристалл можно определить по количеству осей симметрии.

Драгоценные минералы

Еще в каменном веке люди делали украшения из золота, в бронзовом веке - из серебра. Сегодня в распоряжении ювелиров множество минералов. Самые дорогие драгоценные камни - это алмаз (особенно бесцветный), а также изумруд, рубин и сапфир, которые ценятся в первую очередь за цвет. Эти камни настолько дорогие, что их вес измеряют в каратах. Один карат равен 200 миллиграммам.

Алмазы формируются под огромным давлением в структурах магматической породы в форме трубы, кимберлитах. Они зарождаются глубоко в мантии Земли. Алмаз - это разновидность химически чистого угля и по химическому составу не отличается от обыкновенного мягкого минерала графита, знакомого нам по карандашам. Алмаз ценят за твердость и блеск, приобретаемый при огранке и шлифовке. Причина такого отличия алмаза от графита в том, что они имеют разную внутреннюю структуру. Способность вещества существовать в двух и более формах при одинаковом химическом составе называется полиморфизмом.

Так, например, изумруд - это редкая разновидность берилла. Самые красивые экземпляры находят в Колумбии (Южная Америка). А самые известные в мире рубины (разновидность твердого минерала корунда) - в Мьянме (бывшей Бирме). Прекрасные сапфиры (голубые корунды) добывают на Шри-Ланке и в Таиланде.