Сочетание минералов в природе (парагенезис)

В природе минералы почти никогда не наблюдаются изолированно. Они обычно образуют различные комплексы, известные под названием горных пород и минеральных месторождений. Минералы могут быть при этом в рассеянном виде, в виде мелкой вкрапленности, или образовывать в отдельных участках более или менее заметные концентрации. Размеры комплексов, в состав которых входят минералы, как и размеры самих минералов, бывают различными. Образование минеральных комплексов — горных пород и минеральных месторождений — не случайно, как не случайно и сочетание минералов между собой. На закономерность сочетания минералов обращал внимание еще М.В. Ломоносов, который отмечал, что «много минералов часто являются спутниками больших богатств» и что «почти каждая земля свои особые руды имеет». Особенности сочетания минералов он объединил понятием «признаки». Позднее (1798 г.) В.М. Севергин установил понятие смежности минералов, под которым понимал «совокупное пребывание двух или многих минералов в каком-нибудь месте, которое заслуживает особенного примечания». Он указал на большое практическое значение смежности минералов как для минералогии, так и для горного дела. В 1849 г. Брейтгаупт в книге «Парагенезис минералов» свел идеи, которые высказывались уже многими минералогами и геологами, и дал определение новому введенному им понятию «парагенезис»: «Под парагенезисом минералов следует понимать более или менее резко выраженный способ их совместного нахождения — ассоциации».

Позже В.И. Вернадским и А.Е. Ферсманом парагенезис минералов понимался как закономерное совместное нахождение минералов, выражающееся в определенной последовательности выделения групп (генераций) совместно образовавшихся минералов.
В.И. Вернадский перед минералогией поставил задачу: по минералам и их сочетаниям восстанавливать образовавший их процесс и условия, в которых этот процесс совершался. При этом он подчеркивал, что наблюдение в природе для решения подобных вопросов играет первостепенную роль: «Минералог определяет парагенетически каждое нахождение минерала. При этом он точно указывает ту часть земной коры, к которой приурочен минерал, его минеральное тело, его минеральную ассоциацию и индивидуальные особенности каждого минерала ассоциации». Следовательно, понять парагенетические особенности минералов можно только путем изучения всех его свойств, которые изменяются для каждого минерала и различны для разных его месторождений.
Важную роль в дальнейшем развитии учения о парагенезисе сыграла экспериментальная минералогия и, в частности, моделирование процессов образования минералов в различных физико-химических условиях. Это дало возможность экспериментальной проверки представлений о магматических, метаморфических и экзогенных процессах. Моделирование процессов мине-ралообразования позволило предсказывать возможность нахождения в земной коре минералов, наличие которых по геологическим данным или теоретическим соображениям является маловероятным. Так, муассонит (SiC) был первоначально получен в виде технического карбида кремния — карборунда и затем встречен А. Муассоном в метеорите Каньона Дьявола в Аризоне (США), а позже и во многих других местах.
Примером взаимопроверки эксперимента и природных наблюдений является открытие наиболее плотных модификаций кремнезема — коусита и стишовита, полученных вначале экспериментально, а затем найденных в том же Каньоне Дьявола в необычных для земной коры условиях.
Научно-теоретической основой понимания природных процессов является изучение гетерогенных равновесий в многокомпонентных системах и составление диаграмм состояния.
Первым примером такого подхода к изучению природных процессов может служить решение вопросов эвтектической кристаллизации гранитных пегматитов и вообще вопросов кристаллизации магмы. Выводы В.М. Гольдшмидта относительно метаморфических комплексов и Вант-Гоффа и Н.С. Курнакова относительно соляных залежей также оказали прогрессивное влияние на развитие минералогии и позволили подойти к трактовке парагенетических соотношений минералов как к определенной строго обусловленной закономерности.
Учение о парагенезисе лежит в основе современной минералогии и играет ведущую роль в понимании процессов формирования минеральных комплексов, а также в создании генетических схем, которые должны являться результатом совместного изучения природных ассоциаций минералов и геологической обстановки минералообразования. Проблема парагенезиса минералов в 1966 г. была предметом обсуждения специального международного коллоквиума, посвященного 175-летию со дня рождения А. Брейтгаупта. На коллоквиуме было принято следующее определение: «Парагенезис минералов — это минеральная ассоциация, возникшая закономерно, в ходе одного процесса, ограниченного в пространстве и времени и протекавшего в определенных физико-химических условиях».
Считают, что каждая минеральная ассоциация отвечает определенной стадии минерализации, продукты которой локализуются в. виде тех или иных минеральных тел.
Совместное изучение природных ассоциаций минералов и геологической обстановки минералообразования дает материал для последующего составления и использования физико-химических диаграмм. Диаграммы — основа парагенетического метода, разработанного Д.С. Коржинским. Этот метод позволяет предвидеть целый ряд еще не обнаруженных минералов, а также дает возможность установить так называемые запрещенные парагенезисы, т. е. парагенезисы либо совершенно невозможные в природе, либо неустойчивые при данных условиях температуры и давления.
Метод Д.С. Коржинского позволяет делать реальные прогнозы в отношении минеральных месторождений. Так, например, блестяще подтвердился прогноз на основании парагенетического анализа о существовании флогопитовых (магнезиальной слюды) месторождений на Алданской плите.
А.Г. Бетехтин применил парагенетический анализ к рудным месторождениям. Как известно, рудные минералы, если не считать самородных металлов, представлены почти исключительно сернистыми и кислородными соединениями. При этом некоторые металлы в соединениях с серой или кислородом способны давать минералы с различными отношениями металл — сера или металл — кислород. Это А.Г. Бетехтин ставит в связь с изменением соотношений концентраций анионов серы и кислорода в растворах в момент кристаллизации этих минералов. При низкой концентрации серы или кислорода должны образовываться малосернистые или малокислородные соединения, и наоборот.
Парагенетические отношения минералов могут быть изучены путем специальных и притом массовых наблюдений, среди которых важная роль принадлежит полевым наблюдениям (в забоях горных выработок и в естественных обнажениях) и изучению текстурно-структурных особенностей минеральных агрегатов как макроскопически, так и под микроскопом. Сочетание одних и других исследований позволяет надежно выделить ассоциации совместно образовавшихся минералов, а также определять относительный возраст минералов.
Установление парагенетических ассоциаций далеко не всегда является легкой задачей, в особенности в эндогенных месторождениях, где часто наблюдается наложение одних стадий минералообразования на другие.
В природных условиях минералы могут возникать одновременно либо в определенной последовательности один за другим. Главнейшие признаки, дающие основание устанавливать порядок выделения минералов, таковы:
1. Пограничные линии между минералами. Минерал, выполняющий трещинки в другом минерале, образовался позже того минерала, в котором он находится.
2. Правильность ограничений (степень идиоморфизма минералов). Хорошо окристаллизованные минералы часто являются более ранними по сравнению с теми, которые занимают промежутки между ними.
3. Реликты одного минерала в другом и замещения показывают, что реликты принадлежат минералу, который выделился значительно раньше. При установлении относительного возраста минералов важное значение имеет последовательность наслоения полос минеральных агрегатов в направлении от зольбандов жил к центральным ее частям и наличие брекчеевых текстур, в которых обломки ранее образовавшихся минералов цементируются более молодыми минеральными агрегатами.

Во многих месторождениях прослежено, что один и тот же минерал выделяется не в один прием, а в разные моменты минералообразования. Эти разновременные выделения одного и того же минерала принято называть генерацией, или поколением минералов.
Для установления генераций минералов нет еще точных признаков. Однако исходя из того, что условия образования различных генераций неодинаковы, надо полагать, что отдельные генерации должны характеризоваться определенным химическим составом (если образовавшиеся минералы имеют переменный состав), окраской, а также обликом.
Исходя из этих признаков устанавливается принадлежность минерала к той или иной генерации.
Минералы, образовавшиеся в одном месторождении одновременно, но разными способами (отложением в открытых трещинах, метасоматическим путем и др.), принадлежат к одной генерации. Точно так же к одной и той же генерации должны быть отнесены минералы, возникшие в одно и то же время, но в силу различных условий получившие различный вид (например, щестоватые, сплошные, друзовые и др.).
Почти в каждом минеральном месторождении можно наблюдать новые кристаллы минерала, наросшие на старые крупные кристаллы этого же минерала. Анализ таких соотношений показывает, что наросшие кристаллы растут вместе с теми, на которые они наросли, и одновременно заканчивают рост. В отличие от генераций такие образования Д.П. Григорьев предложил называть зарождениями минералов. Зарождения образуются в течение одного периода непрерывного отложения вещества минерала, а не являются следствием резкого изменения условий минералообразования. Следовательно, для зарождений минерала характерно появление разновременных зародышей в пределах одной и той же генерации, иначе говоря, в некоторых случаях зародыши появляются не только в начале процесса, но и в определенные моменты дальнейшего хода его. В таких случаях образуется несколько различных видов кристаллов, причем позже зародившиеся мелкие кристаллы нарастают на относительно крупные кристаллы. Это соотношение в пределах одной генерации дает основание выделить первое, второе и т. д. зарождения минерала (рис. 78). Зарождения чаще всего являются результатом механического засорения поверхности растущих кристаллов минералов тонкими обломками минерального вещества. Эти обломки и минеральная пыль оказываются центрами кристаллизации новых зарождений. Новые зарождения минералов развиваются со значительно меньшей скоростью, чем крупные кристаллы.