Особенности идентификации минералов

Исследовать цвет черты, твердость, спайность, излом, плотность и магнетизм в характеристиках идентификации минерала

Для идентификации характеристик минеральных образцов, обычно учитываются их морфология, физические и химические свойства, а также особенности.

Морфология минералов

1. Морфология отдельных минералов

Отдельные минералы могут иметь различные формы. Некоторые минералы удлиняются в одном направлении, образуя колоннообразные или игольчатые формы. Другие расширяются в двух направлениях, что приводит к пластинчатым или таблитчатым формам. Некоторые минералы имеют равные длины в трех направлениях и могут образовывать кубические или октаэдрические формы.

Помимо роста одиночных кристаллов, кристаллы также могут образовываться в парах, когда два или более кристалла одного вида растут вместе с определенной ориентацией. Это парное растровление порождает характерные формы, такие как зев карниза из гипса (рисунок 1-1А) или крестообразное растровление ставролита (рисунок 1-1Б).

А. Зевы из гипса (рисунок 1-1А) B. Крестообразные растровления ставролита (рисунок 1-1Б)

С. Радиальные скопления родохрозита

Рисунок 1-1. Характерные морфологии некоторых минералов.

2. Морфология совокупных минералов

Совокупности состоят из отдельных минеральных единиц. Каждая минеральная совокупность часто имеет свою характерную форму. Если минерал удлиняется в одном направлении, его совокупность часто имеет волокнистую или игольчатую структуру.

Если минерал расширяется в двух направлениях, совокупность имеет пластинчатую или чешуйчатую структуру. Если у минерала равные длины в трех направлениях, совокупность выглядит зернистой (когда границы зерен видны невооруженным глазом) или массивной (когда границы зерен не различимы). Внутри массивных совокупностей плотные называют компактными, а менее плотные — землистыми. Кроме того, существуют некоторые особые формы совокупностей, такие как:

Радиальные: Длинные колонновидные или игольчатые минералы, расположенные радиально относительно центральной точки, как видно на рисунке 1-1C (родохрозит).

Друзы: Полные кристаллические скопления, выращенные в трещинах или полостях породы, как, например, друзы из кварца или кальцита.

Оолитовые и пизолитовые: Совокупности, состоящие из сферических минералов. Оолитовые совокупности имеют концентрические слои, напоминающие рыбьи икринки, а пизолитовые совокупности имеют форму бобов.

Сталактитовые: Похожие на ледяные конусы, образованные под крышами зданий зимой, с круглым поперечным сечением и внутренним концентрическим слоистым строением, иногда с радиальными структурами.

Ботроидальные и рениформные: Формы, напоминающие гроздья винограда, называются ботроидальными, а формы, напоминающие почки, называются рениформными. Оба типа имеют внутреннее концентрическое или радиальное строение.

Узловатые: Неправильно-формированные сферические или эллипсоидные образования с внутренним концентрическим или радиальным строением.

Физические свойства минералов

Физические свойства минералов включают оптические свойства, механические свойства, магнетизм и электропроводность. Оптические свойства относятся к тому, как минералы ведут себя под видимым светом, включая прозрачность, блеск, цвет и черту. Механические свойства описывают, как минералы реагируют на внешние силы, такие как твердость, спайность и излом.

1. Прозрачность:

Определяет способность минерала пропускать видимый свет. Минералы, которые позволяют проходить свет через тонкие срезы (толщиной 0,03 мм), называются прозрачными, в то время как непрозрачные минералы этого не делают.

2. Блеск

Блеск отражает способность минералов отражать видимый свет. Он может быть классифицирован на основе степени отражения следующим образом:

Металлический блеск: Сильное отражение, подобное отражению света на покрытой хромом металлической поверхности, например блеск галенита.

Полуметаллический блеск: Умеренное отражение, напоминающее отражение типичных металлов, например блеск магнетита.

Неметаллический блеск: Дополнительно разделен на алмазный и стеклянный блеск на основе их отражательных характеристик: (1) Алмазный блеск: Сильное и ослепительное отражение, подобное блеску алмаза. (2) Стеклянный блеск: Относительно слабое отражение, напоминающее отражение на стеклянной поверхности, например блеск кальцита или кварцевых кристаллов. Упомянутые блески относятся к блеску, проявляемому свежими минералами на плоских кристаллических гранях, поверхностях спайности или полированных поверхностях. Если поверхность минерала не является плоской или формирует совокупности, блеск может ослабеть или проявить специфические блески, такие как жирный блеск или землистый блеск.

3. Цвет

Цвет объекта обычно относится к цвету, который он отображает под белым светом. В минералогии цвета могут быть классифицированы на три типа: внутренний цвет, внешний цвет и ложный цвет.

Внутренний цвет: Относится к цвету, непосредственно связанному с внутренним химическим составом минерала. Он относительно стабилен и характерен для конкретного минерала, например, вишнево-красный цвет гематита.

Внешний цвет: Относится к цветам, вызванным факторами, отличными от внутреннего состава минерала. Он может быть вызван незначительными механическими примесями, смешанными внутри минерала, замещением следовых элементов примеси в процессах твердого растворения или наличием определенных дефектов кристаллической решетки внутри минерала. Например, чистый кварц является бесцветным, но он может проявлять разные цвета, такие как фиолетовый (из-за присутствия тривалентного железа), когда содержит следовые элементы примеси.

Ложный цвет: Относится к окраске, вызванной физическими оптическими процессами, такими как интерференция и дифракция света. Ложные цвета могут наблюдаться на поверхностях минералов из-за образования окисных пленок.

4. Цвет черты

Под цветом черты понимается цвет порошка минерала. Он особенно важен для идентификации некоторых металлических минералов. Например, пирит имеет зеленовато-черную черту, в то время как гематит может иметь красный, черный или стально-серый цвет, но всегда имеет красноватую черту. Черта прозрачных минералов обычно белая или почти белая и не имеет диагностического значения.

5. Твердость

Твердость относится к сопротивлению минерала внешним воздействиям. Визуально она в первую очередь указывает на способность минерала сопротивляться царапанию. Твердость в основном определяется прочностью атомных, ионных или молекулярных связей внутри минерала. Шкала твердости Мооса обычно используется в качестве стандарта для измерения. Шкала Мооса состоит из 10 минералов с различной твердостью (таблица 2-1). Тальк имеет наименьшую твердость 1, в то время как алмаз имеет наивысшую твердость 10. Для определения твердости минерала его сравнивают с эталонными минералами в шкале твердости, пытаясь их поцарапать. Например, если минерал может поцарапать кальцит, но может быть поцарапан флюоритом, его твердость будет между 3 и 4.

Таблица 2-1: Шкала твердости Мооса

Другие часто встречающиеся предметы также могут использоваться в качестве заменителей для минералов в шкале твердости. Например, твердость ногтя составляет около 2-2,5, медный ключ — 3, небольшой стальной нож — примерно 5-5,5, а оконное стекло — 6.

Шкала твердости Мооса может только определить относительную твердость различных минералов и не может предоставить абсолютные значения. Например, тальк имеет твердость 1, а кварц — 7, но это не означает, что кварц в семь раз тверже талька. В терминах измеренных значений твердости тальк составляет около 2,3, а кварц — около 300, что делает последний примерно в 130 раз тверже первого.

6. Спайность

Спайность относится к способности кристалла раскалываться вдоль определенных кристаллических направлений под воздействием внешних сил, что приводит к образованию плоских поверхностей, называемых спайными плоскостями. Это свойство определяется внутренней структурой кристалла. Поскольку расстояния между атомами, ионами или молекулами внутри кристалла неодинаковы в различных направлениях, сила притяжения между ними различна. Спайные плоскости всегда возникают в направлениях, где межплоскостные силы наименее сильные. Плоскость с наибольшей плотностью и наибольшим расстоянием между точками межплоскостного взаимодействия имеет наименее прочную связь, что делает ее подверженной спайности (рисунок 2-2).

На рисунке показаны три межплоскостных направления, перпендикулярных плоскости: ab, ac и ad. Среди этих направлений межплоскостные точки вдоль направления ab имеют наибольшую плотность и наибольшее расстояние, что делает спайность наиболее вероятной вдоль этого направления.

У некоторых минералов слабая связь в нескольких направлениях, что приводит к образованию нескольких спайных плоскостей, как в случае с кальцитом. Минералы, связанные металлическими связями, такие как природное золото и медь, имеют рассеянные свободные электроны в своей структуре. При воздействии на эти минералы внешних сил происходит только скольжение внутренней решетки, и они не раскалываются в определенных направлениях. Вместо этого они обладают высокой пластичностью без спайности.

Направления и степень спайности различаются у разных минералов. В зависимости от совершенства спайности, она может быть классифицирована на четыре уровня: идеальная, хорошая, удовлетворительная и плохая. Спайность является важной характеристикой для идентификации минералов. Например, слюда обладает идеальной спайностью в одном направлении, что позволяет ей легко расщепляться на тонкие листы вдоль этого направления. Кальцит имеет три направления идеальной спайности, что приводит к разломам вдоль этих трех направлений, образуя серию ромбоэдрических фрагментов.

7. Излом

Излом относится к способу, которым минерал ломается при воздействии внешних сил без спайности по фиксированным кристаллографическим направлениям. Поверхности излома не имеют определенного рисунка, а морфология излома может варьироваться, такая как раковиноподобная, нерегулярная, зазубренная или плоская. Излом в основном наблюдается у минералов с недоразвитой спайностью или в минеральных агрегатах, например, кварце.

8. Плотность

Для неметаллических минералов плотность может быть классифицирована на три уровня: легкая, с плотностью ниже 2,5 г/см³, ощущаемая легкой, когда держится в руке; средняя, с плотностью от 2,5 до 4 г/см³, ощущаемая умеренно тяжелой или средней по весу, когда держится в руке; тяжелая, с плотностью больше 4,0 г/см³, ощущаемая очень тяжелой, когда держится в руке.

9. Магнетизм

Магнетизм также является важной идентификационной характеристикой некоторых минералов. Например, магнетит и пирротин притягиваются к обычному магниту, в то время как природный висмут отталкивается магнитом.

Автор: Переводы Янггуан 24 июня 2023 г., Пекин