title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Зарождение, рост и изменение минералов

Зарождение, рост и изменение минералов

Минеральные индивиды и минеральные агрегаты в своем развитии всегда проходят стадии зарождения, роста и изменения. Д.П. Григорьев объединяет эти три стадии под общим названием онтогении минералов (по аналогии с разделом биологии — онтогенезом, изучающим индивидуальное развитие организма от момента его зарождения до конца жизни).
Зарождение минералов. В соответствии с тремя агрегатными состояниями вещества образование минералов может происходить из жидкостей, газов и твердых тел. Зарождение минералов может быть вынужденным (благодаря затравки) или самопроизвольным. Образование минералов начинается с возникновения зародышевого кристалла, для построения которого достаточно сотен молекул вещества. Зародышевые кристаллы, или просто зародыши, являются начальной точкой будущего кристалла минерала. Увеличение размеров кристалла происходит за счет наслоения вещества на его гранях.
В природных условиях зарождение минералов может совершаться либо во взвешенном состоянии, либо на каком-нибудь субстрате. По отношению к субстрату зарождение может быть независимым или субстрат может оказывать на зарождающиеся минералы определенное воздействие. В природе часто мы имеем дело с зарождением минералов на определенном субстрате. В настоящее время представление о том, как происходит зарождение кристаллов минерала, мы можем составить на основании выросших его кристаллов. Наблюдения показывают, что при зарождении минералов на определенном субстрате возможны два случая:
1. Зарождение кристаллов минерала на таком субстрате и в таких условиях, когда не было активного взаимодействия между субстратом и зародышами и кристаллы располагались на субстрате в случайных положениях. Этот способ зарождения минералов может быть понятен при использовании принципа геометрического отбора при росте кристаллов, который указывает на то, что зарождение кристаллов минерала происходило в случайном положении.
2. Зарождение кристаллов минерала в положениях, полностью обусловленных влиянием субстрата. К примерам, характеризующим этот случай, относятся пегматитовые прорастания полевого шпата и кварца. Здесь ориентировка срастающихся минералов устанавливается в момент зарождения их кристаллов, причем правильное расположение кристаллов говорит о более раннем существовании ориентирующего субстрата. В приведенном примере, как показал Д.П. Григорьев, ориентировка зарождающихся кристалликов кварца совершалась при взаимодействии с ранее разраставшимся кристаллом полевого шпата, и зародыши кварца возникали не один раз, а непрерывно, почти до окончания роста кристаллов полевого шпата.
Рост кристаллов минералов. Зародившиеся кристаллы растут свободно или вступают во взаимодействие со своими соседями. При решении вопроса о том, каким образом кристалл приобрел свою нынешнюю форму, кроме его взаимодействия с соседними кристаллами, важное значение имеет его зональность и секториальность. Установлено, что внутреннее распределение неоднородностей в кристалле зависит от его внешней формы и условий роста. Основной причиной неоднородности кристалла в известный момент его роста является различная концентрация растворов в отдельных участках растущего кристалла. Неоднородность раствора усиливают концентрационные потоки.
Зарождение, рост и изменение минералов

Зональные кристаллы минералов возникают в результате того, что факторы, влияющие на однородность или химический состав кристаллов, периодически изменяются. В зональных кристаллах наблюдается чередование слоев разного или различных физических свойств (рис. 72). По-видимому, большинство минералов во время роста приобретает внутреннюю зональную неоднородность. Ho если для одних минералов она оказывается видимой, то для других она выявляется только благодаря применению специальных методик.
На рост данного минерала оказывают определенное влияние соседние с ним минералы.
Соприкасающиеся индивиды могут находиться между собой в таких возрастных соотношениях: 1) зарождение и рост данного минерала происходят одновременно с зарождением и ростом соседних минералов; 2) зарождение и рост данного минерала не совпадают с зарождением и ростом соседних минералов. Первый случай полностью определяется законом геометрического отбора, второй же может быть представлен такими вариантами:
1. Исследуемый кристалл зарождается на ранее появившемся, растет вместе с ним и одновременно с ним прекращает рост. В этом случае кристаллы, в результате совместного роста соприкасаются индукционными гранями (рис. 73), а в остальных частях остаются свободными и имеют нормальную огранку (рис. 74, а).
2. Кристалл, зарождаясь на ранее возникшем минерале, некоторое время растет вместе с ним, а затем первым прекращает рост. В таком случае кристалл-основание, разрастаясь, охватывает внешние, правильно ограненные части минерала (рис. 74, б).
3. Кристалл зародился на поверхности растущего минерала, который первым прекращает свой рост. В таком случае этот минерал начинает разрастаться и закрывать грани минерала-основания (рис. 74, в).


При росте минералов существенное значение имеет сила, источником которой является сам растущий кристалл. Эта сила носит название кристаллизационной и определяется как давление, оказываемое растущим минералом на посторонние тела, которые встречаются ему на пути, в том числе и на окружающую его среду. Таким образом, кристаллизационная сила является результатом взаимодействия минерала и среды. При этом воздействии в одном случае минерал может прирасти к препятствию, а в другом оттолкнуть препятствие. Тот или иной выход будет зависеть от соотношения поверхностных энергий поверхностей раздела. Если удельные поверхностные энергии на границе минерала и среды выразить через b1,2, на границе минерала и препятствия — b1,3 и на границе препятствия и среды b2,3, то прирастание минерала к препятствию произойдет при таком соотношении:

В этом случае минерал развивает кристаллизационную силу, стремясь оттолкнуть препятствие. Вследствие того, что кристаллизационная сила минералов неодинакова, разные минералы по-разному относятся к окружающим их минералам. Различным соотношением поверхностных энергий объясняется то обстоятельство, что некоторые механические примеси, находящиеся в растворе, захватываются растущим кристаллом и загрязняют его, в то время как другие примеси отталкиваются растущим кристаллом и он вырастает совершенно чистым. Так, кристаллы астраханита (Na2Mg[SO4]2*4Н2O), вырастая на дне соляных озер с большим содержанием ила, захватывают частицы ила, вследствие чего обычно бывают окрашены в черный цвет. В то же время образующиеся в этих условиях кристаллы эпсомита (Mg[SO4]*7Н2O) свободны от примесей, прозрачны и бесцветны. Известны случаи, когда, например, кристаллы гипса (Ca[SO4]*2Н2О) в глине вырастают совершенно прозрачными, а в песке оказываются сплошь переполненными включениями песчинок.
Величина кристаллизационной силы минералов некоторыми исследователями оценивается до 100 г/мм2.
Изменение минералов. Изменение минералов может происходить еще во время их роста, но полностью оно проявляется уже после их окончательного образования. Изменение может носить физический, химический и физикохимический характер. Кристаллы минералов изменяются в результате полиморфных превращений одного и того же химического соединения, при изменении химического состава минерала, вследствие диффузии вещества, при замещении одного минерала другим и пр.
При изменении минералов одним из важных процессов является растворение кристаллов, происходящее в условиях ненасыщенного раствора. Как правило, грани растворяющихся кристаллов имеют округлые поверхности, ребра кривые, а вершины притупленные (рис. 75). Общая закругленность форм при растворении минералов, очевидно, связана с тем, что более интенсивное растворение происходит в вершинах и ребрах кристалла. Растворение минералов может привести к полному либо частичному исчезновению минерала. В последнем случае останутся так называемые фигуры растворения, обычно наблюдающиеся на естественных минералах.
Раньше фигуры растворения пытались расшифровывать при помощи фигур травления, полученных на минералах различными реагентами в лаборатории. В большинстве случаев фигурами травления пользовались для уточнения вида симметрии исследуемого кристалла.
В настоящее время фигуры травления используются главным образом в генетических целях, так как они позволяют в известной мере делать заключение о химизме растворителя. Так, было установлено, что естественные фигуры растворения на кристаллах кварца аналогичны искусственным фигурам, полученным с помощью горячих углекислых растворов щелочей; в то же время они резко отличаются от искусственных фигур травления, полученных при помощи плавиковой кислоты.
Кристаллографический характер фигур травления, степень их развития, а также их постепенные переходы в округлые тела помогают разобраться в длительности и интенсивности происходившего процесса.

Фигуры растворения у разных минералов имеют различный характер и зависят главным образом от химического состава самого минерала и химического состава среды, в которой происходило его развитие. Например, на кристаллах алмаза (рис. 75, а) фигуры растворения на гранях тетраэдра представлены треугольниками со сторонами, параллельными ребрам октаэдра, а на гранях ромбоэдра кристаллов кварца (рис. 75, б) — вогнутыми пирамидками с основаниями в виде равнобедренных треугольников. Фигуры растворения на кристаллах топаза (Al2(F, OH)2[SiO4]) имеют вид вогнутых участков с прямоугольными контурами (рис. 75, в). Помимо того, что форма фигур растворения является различной для разных минералов, она оказывается неодинаковой для различных граней одного и того же минерала. Это явление объясняется общей анизотропией кристаллического вещества.
В ранней стадии растворения на гранях минерала появляются отдельные ямки растворения, приуроченные к наиболее уязвимым точкам кристалла, развивающиеся затем в грани, притупляющие ребра между гранями основных форм. Постепенное разрастание прерозионных граней приводит в конечном итоге к их слиянию в характерные, почти правильные конусы растворения. Конусовидные образования соответствуют позднейшей стадии растворения. Степень развития конусов может дать понятие о длительности и интенсивности растворения. Наглядно развитие конусов растворения представлено на рис. 75, г, где изображен кристалл топаза с сильно развитым пинакоидом (001) и обычными вертикальными призмами (120) и (110). Последние две формы почти не затронуты растворением, тогда как плоскость (001) вследствие сильного разъедания совершенно исчезла, образовав множество хорошо выраженных конусов. В результате растворения образуется конечные тела растворения, нацело покрытые конусами.
Выше мы отмечали, что растворение приводит к искажению общего облика минерала, придавая ему округлую форму. Однако не всегда округлая форма является следствием растворения. Она может возникнуть также в результате роста.
Минералы, измененные процессами растворения, попадая в благоприятные условия, могут восстанавливать свою первоначальную форму или залечивать искажения. Этот процесс носит название регенерации или залечивания.
Регенерация может происходить также у сколов и даже у обломков кристаллов. Особенно наглядно регенерация представлена на кристаллах кварца, которые на изломе могут покрываться регенерированными гранями. Чаще всего регенерированные грани отвечают важнейшим формам. При регенерации в первую очередь возникают грани, которые наиболее близко ориентированы по отношению к плоскости облома. В процессе дальнейшего роста развиваются наиболее плотные грани, которые перекрывают и уничтожают менее важные, так что в конце концов среди регенерированных граней будут присутствовать лишь первостепенные формы. Таким образом, наличие среди регенерированных граней маловажных форм, а также степень их развития и частота встречи могут служить критерием для определения длительности процесса регенерации.
Большое влияние на минералы оказывают механические воздействия при метаморфических процессах. Они приводят к раздроблению кристаллов минерала. Механические деформации минералов выражаются не только в развитии в них трещиноватости, но также и в наличии вторичных включений. Возникшие в результате деформации трещины затем могут залечиваться растущими кристаллами.
Механические деформации в кристаллах минералов часто вызывают двойникование и скольжение. Примером механического двойникования может быть двойникование ромбоэдрических кристаллов кальцита — Ca[CO3], в которых под влиянием давления, приложенного к тупому ребру ромбоэдра, отдельные слои кристалла начинают передвигаться (рис. 76) до двойникового положения. Сдвойникованные кристаллы или даже полисинтетические двойники кальцита, образованные под влиянием давления, в условиях земной коры встречаются довольно часто.
Некоторые исследователи связывают с механическими деформациями также появление полисинтетических двойников у таких минералов, как сфалерит (ZnS), халькопирит (CuFeS2) и др.

При скольжении одна часть кристалла под влиянием давления перемещается относительно другой части по определенным кристаллографическим направлениям, приводя к явлениям остаточного изгиба, вытягивания без разрыва «течения» и пр. Так, например, у антимонита (Sb2S3) скольжение наблюдается по плоскости (001) и при этом происходит изгибание кристалла, а у галита (NaCl) по (110). Скольжение у галита особенно наглядно выявляется в фигурах скольжения, образующихся на гранях куба при внедрении в них острия иглы. На рис. 77 видно, что разрушение кристалла при возникновении фигур идет по плоскостям скольжения (110), делящим прямые углы между гранями куба пополам.

Псевдоморфозы. Часто при изменении минералы одного химического состава приобретают форму других. Этот процесс носит название псевдоморфизма, а возникающие при этом минералы называются псевдоморфозами. Различают псевдоморфозы в широком и в узком смысле этого термина.
К первым относятся минеральные образования, которые выполняют или повторяют (обволакивают) какую-либо первичную форму вообще. К псевдоморфозам относят окаменевшие остатки растений и животных, играющие весьма важную роль в палеонтологии, а также различные предметы, подвергшиеся обволакиванию неорганическим веществом. Среди псевдоморфоз выделяют псевдоморфозы выполнения и псевдоморфозы замещения. Псевдоморфозы выполнения возникают в результате физического заполнения минеральным веществом пустот в породах или минералах. Пустоты могут иметь характер отрицательных кристаллов или обычных пустот, оставшихся на месте выщелачивания какого-либо минерала. Такие выполнения встречаются сравнительно редко; они трудно отличимы от псевдоморфоз замещения, так как и те и другие могут привести к одинаковым конечным результатам. Псевдоморфозы замещения образуются в результате чисто химических процессов взаимодействия растворов с минералом. В псевдоморфозах замещения иногда наблюдается хотя бы частичное сохранение вещества (реликты) того минерала, который подвергался псевдоморфному замещению. Такие псевдоморфозы можно назвать псевдоморфозами неполного замещения. Чаще всего эти реликты сохраняются в центральной части кристалла. Однако процесс замещения может пойти настолько далеко, что замещающий минерал полностью вытеснит замещенный. Возникающие при этом псевдоморфозы называются псевдоморфозами полного замещения.
Псевдоморфозы характеризуются рядом морфологических и физических особенностей. Так, грани, ребра и вершины псевдоморфоз часто оказываются несколько округленными и деформированными. Кроме того, углы между отдельными гранями обнаруживают некоторое отклонение от нормальных для данной формы.
Образование псевдоморфоз замещения происходит метасоматическим путем и подчиняется правилу равных объемов. Большинство их связано с экзогенными процессами, но известны также псевдоморфозы, возникшие под влиянием гидротермальной деятельности. Учитывая правило равных объемов, можно сформулировать следующее положение: процесс псевдоморфизации будет происходить лишь в случае равенства объемов исходного и конечного вещества. В этом случае молекулярные веса первичного и псевдоморфного минералов должны относиться между собой так, как относятся их плотности. Рассмотрим это на конкретном примере. В природе очень часто за счет форстерита (Mg2[SiO4]) возникает минерал серпентин (Mg3(OH)4[Si2O5]). Серпентинизация форстерита может быть выражена следующими возможными реакциями:

Если сравнить молекулярные веса и плотности исходных и замещенных веществ в этих реакциях, то станет ясно, что псевдоморфозы могут возникнуть только по первой реакции, для которой мы имеем такое отношение: 700 : 552 = 3,2 : 2,5.
Учитывая подвижность компонентов, можно сделать вывод, что при образовании псевдоморфоз меньше всего изменяется количество малоподвижных (более инертных), в то время как количество весьма подвижных компонентов в псевдоморфозах не имеет никакого отношения к содержанию их в первичном минерале. В качестве примера можно привести образование псевдоморфоз серицита (KAl2(OH)2[AlSi3O10]) по основному плагиоклазу (Ca, Na) [Al (Si, Al) Si2O8], когда Al2O3 является инертным, а К и H2O вполне подвижными.
Псевдоморфозы наблюдаются во всех минералах, но наиболее характерны для окислов, карбонатов и сульфатов. Псевдоморфозы имеют большое значение для выяснения генезиса минеральных образований, так как в ряде случаев являются единственными показателями, позволяющими судить о химических процессах, происходивших в том или ином участке земной коры. Они также имеют важное значение для решения ряда практических вопросов. Известно, например, что в верхних горизонтах земной коры (в зоне окисления) происходит разрушение минералов, в том числе и представляющих определенный интерес для промышленности. Существенным указанием на то, что эти минералы содержатся на глубине, являются псевдоморфозы минералов, образующихся на поверхности за счет разрушенных минералов, а также псевдоморфозы по каким-либо характерным кристаллографическим направлениям минерала. Так, бурые железняки, возникающие на месте цинковых руд, довольно часто имеют ячеистое строение, причем каждая ячейка в плане имеет форму ромба. Это ячеистое образование можно рассматривать как псевдоморфозу бурого железняка по трещинам вдоль спайности сфалерита, спайность которого по ромбическому додекаэдру представляла хорошие пути для циркуляции растворов. По этим трещинам спайности на первом этапе происходило отложение вещества, которое как бы «консервировало» спайность цинковой обманки. Спайность чужого минерала стала реликтом.
Псевдоморфозы наиболее полно изучены И.Л. Блюмом, а в нашей стране они систематически изучались П.В. Еремеевым.

title-icon Подобные новости