минерал

МИНЕРА́Л -а; м. [от лат. minera - руда] Природное вещество, приблизительно однородное по химическому составу и физическим свойствам, входящее в состав горных пород, руд, метеоритов. Полезные минералы. Коллекция минералов. Образование минералов. Обработка минералов. Твёрдый м.

◁ Минера́льный (см.).

* * *

минера́л

(от средневек. лат. minera — руда), природное тело, приблизительно однородное по химическому составу и физическим свойствам, образующееся в результате физико-химических процессов в глубинах и на поверхности Земли. Известно около 3 тыс. видов минералов: наиболее распространены: силикаты (около 25% от общего числа минералов); оксиды и гидроксиды (около 12%); сульфиды и их аналоги (около 13%); фосфаты, арсенаты, ванадаты (около 18%). Физические и химические свойства минералов обусловлены их кристаллической структурой и химическим составом. В основу классификации минералов положены различия в типах химических соединений, кристаллических структур и их пространственных мотивов (островные, цепочечные, слоистые и др.). Диагностическими признаками минерала являются форма выделений, цвет, плотность, твёрдость, механические, оптические, магнитные, электрические и другие свойства. Минералы входят также в состав метеоритов; обнаружены на Луне и Марсе.

* * *

МИНЕРАЛ

МИНЕРА́Л (от ср.-век. лат. minera — руда), природное тело, приблизительно однородное по химическому составу и физическим свойствам, образующееся в результате физико-химических процессов в глубинах и на поверхности Земли. Известно ок. 3 тыс. минеральных видов; наиболее распространены: силикаты (см. СИЛИКАТЫ ПРИРОДНЫЕ) (ок. 25% от общего числа минералов); оксиды (см. ОКСИДЫ ПРИРОДНЫЕ) и гидроксиды (см. ГИДРОКСИДЫ ПРИРОДНЫЕ) (ок. 12%); сульфиды (см. СУЛЬФИДЫ ПРИРОДНЫЕ) и их аналоги (ок. 13%); фосфаты (см. ФОСФАТЫ ПРИРОДНЫЕ), арсенаты (см. АРСЕНАТЫ ПРИРОДНЫЕ), ванадаты (см. ВАНАДАТЫ ПРИРОДНЫЕ) (ок. 18%). Физические и химические свойства минералов обусловлены их кристаллической структурой и химическим составом. В основу классификации минералов положены различия в типах химических соединений, кристаллических структур и их пространственных мотивов (островные, цепочечные, слоистые и др.). Диагностическими признаками минералов являются: форма выделений, цвет, плотность, твердость, механические, оптические, магнитные, электрические и др. свойства. Минералы входят также в состав метеоритов (см. МЕТЕОРИТЫ) обнаружены на Луне и Марсе.
* * *
МИНЕРА́Л (от ср.-век. лат. «minera» — руда), физически и химически индивидуализированное, как правило, твердое тело, относительно однородное по составу и свойствам, возникшее в результате природных процессов, протекающих на поверхности и в глубинах Земли и других планет. Обычно представляет собой составную часть горных пород, (породообразующие минералы (см. ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ)), руд (рудные минералы и связанные с ними жильные) и метеоритов. Большинство минералов — кристаллические вещества, однако к минералам относят также аморфные образования (опал (см. ОПАЛ), аллофаны) и метамиктные (см. МЕТАМИКТНЫЕ МИНЕРАЛЫ) соединения, утратившие кристаллическое строение за счет воздействия радиоактивного излучения (циркон (см. ЦИРКОН)), окисления и гидратации (гидроксиды железа), а также жидкие (самородная ртуть и др.). Минералами считаются и природные органические кристаллические вещества (меллит), твердые углеводороды (см. УГЛЕВОДОРОДЫ) и ископаемые смолы (озокерит (см. ОЗОКЕРИТ), янтарь (см. ЯНТАРЬ) и др.), а также лед (см. ЛЕД) и его полиморфные (см. ПОЛИМОРФИЗМ (в минералогии)) модификации и природный плавленый кварц (лешательерит). К минералам не относят воду и природные вулканические (см. ВУЛКАНИЧЕСКОЕ СТЕКЛО) и импактные стекла.
Принципы выделения, названия, размеры
Различают минеральные виды и их разновидности. Первые — резко различаются по химическому составу и (или) кристаллической структуре, вторые являются вариациями одного минерального вида по химическому составу, особенностям структуры, цвету, форме и др. свойствам. В нач. 19 в. было известно около 100 минеральных видов, современная минералогия (см. МИНЕРАЛОГИЯ) насчитывает их около 3000. Ежегодно открывается 30—40 минералов, названия они получают в честь крупных геологов (ферсманит), известных ученых (ландауит), писателей (гетит (см. ГЕТИТ)), космонавтов (гагаринит), по месту первой находки (чароит (см. ЧАРОИТ)), по особенностям химического состава или физических свойств. Размеры минеральных индивидов колеблются от 1—100 нм (коллоидные минералы) до кристаллов длиной до 10 м (например, кристаллы сподумена (см. СПОДУМЕН) в пегматитах (см. ПЕГМАТИТ)) и массой несколько т (кристаллы кварца (см. КВАРЦ) и полевого шпата (см. ПОЛЕВЫЕ ШПАТЫ) ).
Генезис
Условия образования минералов (генезис) весьма разнообразны. Являясь продуктом природных физико-химических реакций, каждый минерал может устойчиво существовать лишь в определенном интервале температур, давления и состава окружающей среды.
Процессы минералообразования делятся на эндогенные (в глубинах земной коры (см. ЗЕМНАЯ КОРА) и верхней мантии (см. МАНТИЯ ЗЕМЛИ)) и экзогенные (в приповерхностных и поверхностных зонах планеты). Эндогенные минералы кристаллизуются из магматических расплавов или их производных: газов, горячих водных растворов и т. п., взаимодействующих с вмещающими горными породами. Экзогенные минералы связаны с разрушением горных пород и руд, переотложением и осаждением новых минералов на земной поверхности или вблизи нее из поверхностных вод, при участии атмосферных агентов и живого вещества. При изменении внешних условий, например, при погружении поверхностных участков земной коры, внедрении в осадочные (см. ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ) и иные породы магматических масс и т. д., минералы испытывают существенные изменения, превращаясь в новых условиях в новые устойчивые соединения и образуя метаморфогенные минералы.
Распространенность минералов, внутреннее строение кристаллов
25% от общего числа минералов составляют силикаты и алюмосиликаты, 18% — фосфаты, арсенаты и их аналоги, 13% — сульфиды, 12% — оксиды и гидроксиды. Среди остальных преобладают карбонаты, сульфаты, галогениды. Наиболее распространены в земной коре алюмосиликаты (см. АЛЮМОСИЛИКАТЫ) (полевые шпаты (см. ПОЛЕВЫЕ ШПАТЫ) и слюды (см. СЛЮДЫ)), силикаты (амфиболы (см. АМФИБОЛЫ), пироксены (см. ПИРОКСЕНЫ)), оксиды (кварц (см. КВАРЦ), оксиды и гидроксиды железа и алюминия), карбонаты; в сумме они составляют 98% массы земной коры. Состав минералов отражается его химической формулой, выделение скобками комплексных анионов дает представление о кристаллохимических особенностях. Кристаллы минералов неоднородны, имеют зональное, секториальное, блочное, доменное строение; широко распространены изоморфные замещения элементов. Обычно минералы содержат массу газово-жидких пузырьков, мелких и субмикроскопических включений других минералов, продукты распада твердых растворов. Поэтому химические анализы отражают состав системы «минерал + различные виды микровключений».
Свойства
Минералы обладают широким разнообразием физических свойств, знание которых необходимо для точной диагностики, изучения типоморфизма, условий образования, геофизических и геохимических методов поиска и разведки месторождений, разработки эффективных методов извлечения минералов из руд и использования их в промышленности.
Морфология
Морфология минералов отражает их структуру и условия образования. Облик кристаллов бывает изометричный, таблитчатый, столбчатый, шестоватый, игольчатый, листоватый, чешуйчатый и др.; по преобладающим граням различают габитус (см. ГАБИТУС) кристаллов — кубический, октаэдрический, ромбоэдрический, призматический и др. Быстрая кристаллизация способствует появлению дендритных (см. ДЕНДРИТЫ), скелетных, нитевидных (см. НИТЕВИДНЫЕ КРИСТАЛЛЫ) форм. Многие минералы образуют правильные срастания одиночных кристаллов по плоскостям плотнейшей упаковки ионов, которые называются двойниками (см. ДВОЙНИКИ) , тройниками и т. д. Грани кристаллов часто покрыты штриховкой, структурами роста или растворения.
Цвет, прозрачность, блеск
Цвет бывает обусловлен внутренними свойствами минерала (идиохроматизм), наличием дефектов или примесей (аллохроматизм), иризацией (см. ИРИЗАЦИЯ) за счет отражения света от внутренних плоскостей (псевдохроматизм). Ряд названий минералов дан по характерному цвету: альбит (см. АЛЬБИТ) (белый), гематит (см. ГЕМАТИТ) (кровавый), рубин (см. РУБИН (минерал)) (красный), родонит (см. РОДОНИТ) (розовый) и др. Окраска часто вызвана присутствием элементов-хромофоров. Некоторые из них разным минералам могут придавать различную окраску, например, Cr2O3 вызывает красную окраску рубина и пиропа (см. ПИРОП), ярко-зеленую — изумруда (см. ИЗУМРУД), уваровита (см. УВАРОВИТ), фуксита, александрита (см. АЛЕКСАНДРИТ) , фиолетовую —кеммеририта. Хромофорами являются и другие элементы группы железа — Ti, Mn, Fe, Co, Ni, а также Cu, U, Mo и др. При физических воздействиях некоторые минералы меняют свою окраску. Радиоактивное облучение вызывает синий цвет поваренной соли (галита (см. ГАЛИТ)), зеленый цвет алмаза, черный цвет кварца и т. д. Иризация характерна для опала (см. ОПАЛ), лунного камня (см. ЛУННЫЙ КАМЕНЬ) (олигоклаза), лабрадора (см. ЛАБРАДОР (минерал)) (основного плагиоклаза). Цвет тонкого порошка минерала часто отличается от цвета минерала; этот порошок легко получить, если провести минералом черту по матовой (неглазурованной) фарфоровой пластинке. Например, у золотистого пирита (см. ПИРИТ) черта черная, у стально-серого гематита (см. ГЕМАТИТ) — красная и т. д. По степени прозрачности выделяют прозрачные (горный хрусталь (см. ГОРНЫЙ ХРУСТАЛЬ), исландский шпат (см. ИСЛАНДСКИЙ ШПАТ) и др.), полупрозрачные (сфалерит (см. СФАЛЕРИТ), киноварь (см. КИНОВАРЬ)) и непрозрачные (магнетит (см. МАГНЕТИТ) , пирит и др.) минералы. Интенсивность блеска зависит от показателя преломления (N). Различают блеск стеклянный у минералов с N=1,3—1,9: лед, флюорит (см. ФЛЮОРИТ), кварц, галит, карбонаты, силикаты; алмазный у минералов с N=1,9—2,6: циркон (см. ЦИРКОН), касситерит (см. КАССИТЕРИТ), сера (см. СЕРА САМОРОДНАЯ), алмаз, сфалерит; полуметаллический (N=2,6—3,0): куприт (см. КУПРИТ), гематит (см. ГЕМАТИТ); металлический (N>3,0): пирротин (см. ПИРРОТИН), галенит (см. ГАЛЕНИТ), халькопирит (см. ХАЛЬКОПИРИТ), пирит, арсенопирит (см. АРСЕНОПИРИТ), золото (см. ЗОЛОТО САМОРОДНОЕ) и др. Некоторые минералы обладают характерным «жирным» блеском (нефелин (см. НЕФЕЛИН)), восковым (каолинит (см. КАОЛИНИТ)), шелковистым отливом (асбест (см. АСБЕСТ (минерал)), селенит (см. СЕЛЕНИТ)), перламутровым отливом (тальк (см. ТАЛЬК), мусковит (см. МУСКОВИТ), гипс (см. ГИПС)).
Спайность
Многие минералы обладают способностью раскалываться только по определенным направлениям, это свойство называется спайностью. Спайность весьма совершенная — у слюд (см. СЛЮДЫ); совершенная — у кальцита (см. КАЛЬЦИТ), галенита (см. ГАЛЕНИТ), каменной соли (галита); средняя — у полевых шпатов (см. ПОЛЕВЫЕ ШПАТЫ); несовершенная — у апатита (см. АПАТИТ), кварца.
Твердость
Важной характеристикой является твердость, для оценки которой служит Мооса шкала (см. МООСА ШКАЛА). Иногда твердость сильно меняется в зависимости от направления царапания. Например, дистен (см. ДИСТЕН) (в переводе — двойная твердость) имеет по удлинению кристаллов твердость 4,5, а поперек — 7. Самородные металлы (медь (см. МЕДЬ САМОРОДНАЯ) , золото) обладают ковкостью, слюды — упругостью, но большинство минералов — хрупки.
Плотность
Плотность (в г/см³) минералов сильно меняется, выделяют минералы легкие ( от 1 до 3,5): янтарь (см. ЯНТАРЬ), битумы (см. БИТУМЫ), гипс, кварц; со средней плотностью (от 3,5 до 6,0): сидерит (см. СИДЕРИТ), малахит (см. МАЛАХИТ), пирит; тяжелые (более 6,0): церуссит (см. ЦЕРУССИТ), касситерит (см. КАССИТЕРИТ), галенит, медь, золото, минералы платиновой группы (17—23).
Магнитность
Сильными магнитными свойствами обладают магнетит (см. МАГНЕТИТ), маггемит, пирротин (см. ПИРРОТИН), ферроплатина.
Радиоактивность
Радиоактивность характерна для минералов урана, тория и калия, а также акцессорных минералов (см. АКЦЕССОРНЫЕ МИНЕРАЛЫ), рассеянных в горных породах и концентрирующих уран и торий (циркон (см. ЦИРКОН), пирохлор (см. ПИРОХЛОР), монацит (см. МОНАЦИТ), ксенотим (см. КСЕНОТИМ), сфен (см. ТИТАНИТ) ).
Люминесценция
Многие минералы при облучении рентгеновскими, катодными и ультрафиолетовыми лучами люминесцируют. Свечение возникает при отсутствии элементов гасителей (Fe2+, Cu2+) и наличии примесей элементов-люминогенов (Mn2+, Ce3+, Eu2+, U6+, Mo6+, W6+, азота, органики и др.). Разноцветная люминесценция сильно проявлена у алмаза (азотные центры), апатита (желтая — Mn2+, сиреневая — Ce3+, голубая — Eu2+), кальцита (красная — Mn2+), шеелита (см. ШЕЕЛИТ) (голубая — W6+, желтая — Mo6+), рубина (красная — Cr3+) и др.
Методы исследования
Для исследований минералов используются методы ядерно-магнитного резонанса, ядерного гамма-резонанса, электронного парамагнитного резонанса, инфракрасной спектроскопии (см. СПЕКТРОСКОПИЯ), электронной микроскопии в сочетании с электронографией (см. ЭЛЕКТРОНОГРАФИЯ), что позволяет идентифицировать минералы и проводить анализы микрофаз. Точная диагностика базируется на рентгеновском анализе (см. РЕНТГЕНОВСКИЙ СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ) , позволяющем измерить межплоскостные расстояния и параметры кристаллической решетки из навесок в 5—10 мг.
Применение
Используется около 15% всех минеральных видов. Минералы служат источником всех металлов (руды черных и цветных металлов, рудных и рассеянных элементов) и других химических элементов (горно-химическое сырье), строительных материалов, природных красителей; ряд минералов является драгоценными и поделочными камнями (см. ДРАГОЦЕННЫЕ И ПОДЕЛОЧНЫЕ КАМНИ).
Охрана минералогических объектов
Для охраны уникальных геолого-минералогических образований их навечно изымают из пользования, создавая минералогические заповедники (см. ЗАПОВЕДНИК). Первый в мире специализированный минералогический заповедник появился в 1920 на Урале (Ильменский заповедник (см. ИЛЬМЕНСКИЙ ЗАПОВЕДНИК)). Некоторым геолого-минералогическим объектам придается статус памятников природы (см. ПАМЯТНИКИ ПРИРОДЫ).
Минералогические музеи
Хранение, изучение и экспонирование минералов осуществляется в минералогических и отделах геологических музеев. В мире известно свыше 400 таких музеев. В России самые крупные коллекции минералов хранятся в Геологическом музее им. Ф. Н. Чернышева в Санкт-Петербурге и Минералогическом музее (см. МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ МУЗЕЙ РАН) им А. Е. Ферсмана в Москве. Крупнейшие зарубежные минералогические коллекции известны в Австралии (Музей Министерства минерального сырья и энергетики в Канберре), в США (Национальный музей естественной истории — филиал Смитсоновского института (см. СМИТСОНОВСКИЙ ИНСТИТУТ); Геологическом музее Колорадской школы горняков в Голдене), в Великобритании (Британский музей (см. БРИТАНСКИЙ МУЗЕЙ)).
Эстетическая ценность минералов издавна привлекала собирателей и коллекционеров, например, известно, что одной из самых больших минералогических коллекций своего времени обладал немецкий писатель И. Гете (см. ГЕТЕ Иоганн Вольфганг) , граф А. Кочубей в России, английский банкир Хоуп, по имени которого назван крупнейший в мире синий бриллиант (см. «Хоуп (см. ХОУП)»).