Понятие о минералах, формах их нахождения в природе, процессах образования

Минералами называются твердые продукты, образовавшиеся в результате природных физико-химических реакций, происходящих в литосфере, обладающих определенными химическим составом, кристаллической структурой, имеющих поверхности раздела. Детальное изучение состава, свойств, строения, условий образования минералов является предметом минералогии. Минеральными индивидами называются конечные по своим размерам кристаллические тела, т.е. отдельные кристаллы, с определенным типом кристаллической структуры и идеализированным химическим составом. Скопления минеральных индивидов — это минеральные агрегаты, которые слагают горные породы и руды. Минеральным видом называется совокупность минералов с одинаковой структурой и составом. Каждый минеральный вид имеет собственное название. Если минералы имеют одинаковый химический состав, но различное внутреннее строение, структуру, то они относятся к различным минеральным видам и называются полиморфными модификациями. Каждый минерал имеет поверхность раздела с соседними минералами в виде граней кристаллов или межзерновых границ произвольной формы. В настоящее время в земной коре установлено около 3000 минеральных видов, из которых только около 70 являются распространенными, входя в состав слагающих земную кору горных пород. Эти минералы называют породообразующими. Абсолютное большинство минералов являются твердыми кристаллическими телами, и только незначительное число минералов встречается в твердом аморфном (опал, лимонит), жидком (вода, ртуть) и газообразном (углекислый газ, сероводород) состояниях. В связи с этим естественной формой их образования и нахождения в природе является кристалл. Кристаллы — это твердые тела, атомы или ионы которых образуют правильные упорядоченные периодические структуры — кристаллические решетки. Наиболее часто встречающимися формами выделения минералов в природе являются беспорядочные скопления минералов — минеральные агрегаты. Незакономерные сростки минералов могут образовывать друзы — группа кристаллов, как правило, различного размера и ориентировки, наросших одним концом на какую-нибудь поверхность и хорошо ограненных лишь с одного конца, обращенного в сторону свободного пространства. Если группа кристаллов, наросших на какое-либо основание, имеет примерно одинаковый размер и ориентировку, то такое выделение минералов называют щеткой. Минералы, выделяющиеся из растворов и нарастающие на стенках пустот, часто образуют секреции. Мелкие секреции (обычно менее 2 — 5 см в поперечнике) называют миндалинами. Крупные секреции с оставшейся внутри полостью называют жеодами. Округлые и шарообразные выделения минералов, в которых минеральное вещество нарастает от центра к периферии, называются конкрециями. Мелкие конкреции, менее 2 — 3 см, называют оолитами. Крупные конкреции, сложенные оксидами железа и марганца, весьма характерны для современных океанических осадков. При выпадении минерального вещества из растворов, текущих по открытым поверхностям, возникают натечные формы. Как правило, они сложены мелкокристаллическим или скрытокристаллическим минеральным веществом. Натечные формы имеют вид сосулек, почек, желваков, корок. Часто встречающиеся в пещерах натеки формируют сталактиты, свисающие с потолка в виде сосулек и растущие им навстречу образования в виде столбиков и башен называются сталагмитами, колоннообразные формы — сталагнатами, а стекающие по стенкам каскады «каменных струй» — занавесами. Иногда на поверхности горных пород или стенках разбивающих породы трещин встречаются незначительные по мощности и разнообразные по цвету выделения минералов, которые называют пленками, налетами, присыпками, примазками, выцветами. Некоторые минералы, например оксиды марганца, в результате быстрой кристаллизации по тонким трещинам образуют сложные формы — дендриты, напоминающие по виду отпечаток какого-то причудливого растения. Рыхлые тонкозернистые скопления минералов обычно называют землистыми массами. Иногда минералы выделяются в несвойственной им чуждой форме, образуя точную копию другого минерала или органического образования. Такие формы называют псевдоморфозами, т.е. ложными формами. И, наконец, как уже отмечалось, незначительное количество минералов не имеет кристаллической решетки, т.е. выделяется не в кристаллическом, а в аморфном, или коллоидном, состоянии. В аморфном состоянии находятся затвердевшие переохлажденные стекловидные жидкости, например вулканическое стекло — обсидиан. Аморфные выделения минералов обычно образуют однородные плотные или землистые массы натечного вида.

В природных условиях минералы образуются различными путями. Их возникновение может быть связано как с эндогенными, так и с экзогенными процессами.Эндогенные процессы минералообразования обусловлены привносом вещества и энергии из недр в виде магмы, жидких растворов или газов. Минералы, образованные эндогенным путем, могут иметь разнообразный генезис. Магматогенный генезис — возможность кристаллизоваться из магматических расплавов. Разные минералы имеют неодинаковую температуру плавления, следовательно, кристаллизуются при разных температурах. Разновидностью магматического генезиса является пегматитовое минералообразование, при котором минералы выделяются на заключительных стадиях магматического процесса из остаточных расплавов, обогащенных кремнеземом, глиноземом, щелочами и летучими компонентами. При гидротермальном минералообразовании минералы выделяются из остывающих гидротермальных растворов. По температуре растворов процесс гидротермального минералообразования подразделяется на высокотемпературный (более 400 — 300 °С), среднетемпературный (300 — 150 °С) и низкотемпературный (150 — 50 °С). Пневматолитовое минералообразование — минералы кристаллизуются из паров и газов, минуя жидкую фазу. Метаморфическое минералообразование — минералы образуются в результате изменения ранее сформировавшихся минералов в результате воздействия повышенных температуры и давления и при участии гидротермальных растворов. Разновидностью метаморфического генезиса является метасоматическое происхождение минералов — в результате замещения ранее сформированных минералов путем миграции химических элементов. Контактово-метаморфическое происхождение — образование минералов в результате взаимодействия магматических расплавов и вмещающих пород. Частный случай — скарновое происхождение — образование минералов в результате контакта магматических расплавов и карбонатных пород. Как разновидность метаморфического генезиса можно рассматривать также импактное происхождение — возникновение и преобразование минералов в результате бомбардировки метеоритами пород поверхности Земли и планет земной группы. Экзогенное минералообразование обусловлено действием различных процессов на поверхности Земли. Минералы, образованные экзогенным путем, имеют осадочное происхождение. Их возникновение связано с выпадением кристаллов из пересыщенных растворов, с жизнедеятельностью различных организмов, с окислением, гидратацией, гидролизом и прочими реакциями, изменяющими ранее сформированные минералы, попавшие в зону воздействия атмосферы, гидросферы и биосферы, т.е. в зону выветривания. При описании минерала в отдельно взятом образце не всегда можно однозначно сделать вывод о его генезисе, так как некоторые минералы могут образовываться различными путями. Существуют минералы, которые могут образовываться в результате практически всех процессов минералообразования.

Большое число известных в земной коре минералов имеет практическое значение. Минералы используются, во-первых, для извлечения из них цепных компонентов; такие минералы обычно называют рудными: галенит, халькопирит, сфалерит, магнетит, апатит и др. Во-вторых, они могут быть использованы непосредственно в виде минералов благодаря их полезным свойствам: асбест, мусковит, исландский шпат, драгоценные и поделочные камни. Наконец, многие минералы образуют горные породы, которые часто находят практическое применение. Парагенезисом называют совместное нахождение минералов, обусловленное общностью их происхождения. Анализ парагенетических соотношений минералов является ключом к расшифровке всякого процесса минералообразования. Кроме того, изучение парагенетических ассоциаций минералов имеет важное значение для промышленной оценки месторождений полезных ископаемых.

Наиболее распространенными и устойчивыми формами парагенетических ассоциаций минералов являются горные породы.