Минералогия — это наука о минералах. Этот термин происходит от старинного слова «минера» — рудный штуф, кусок руды.
Появление этого слова относится к глубокой древности и связано с развитием горного промысла.
Минералом называется химический элемент или химическое соединение, возникающие в результате природных процессов и искусственно получаемые в лабораториях.
Например кристаллы галита (каменная соль) могут образовываться как в природе так и в лабораторных условиях.
Известно более 2500 природных минералов. Минералы могут состоять из одного химического элемента (сера, алмаз, графит, золото и др.) либо из нескольких (кварц, кальцит, полевой шпат и др.)
Большинство минералов — твердые тела.
Однако имеются жидкие (вода, ртуть) и газообразные минералы (метан, сернистый и углекислый газы). Здесь будут рассмотрены только твердые минералы.
Твердые минералы по своему строению бывают двух видов — кристаллические и аморфные. Кристаллические минералы преобладают в природе (их 98%).
Большинство минералов, которые будут рассмотрены ниже,— это минералы кристаллического строения.
Минералогия принадлежит к числу геологических наук, изучающих минеральный состав Земли и других космических тел.
Большинство методик по определению минералов требует применения точных приборов, сложного оборудования и нередко специальных лабораторий.
Детальные методы исследования минералов описываются в специальных руководствах. Для определения минералов используются следующие методы.
Это наиболее доступный и простой метод. Для определения минералов исследуют их физические свойства: морфологию, цвет, блеск, твердость и др.
Метод определения минералов по внешним признакам не требует специальной аппаратуры и особых приборов и легко доступен.
Метод использует для определения минералов специальные поляризационные микроскопы, которые позволяют исследовать минералы в проходящем и отраженном свете.
Для исследования применяются особые препараты, называемые шлифами и аншлифами.
Шлифы представляют собой тонкие срезы минералов или горных пород толщиной около 0,02 мм, наклеенные с помощью особого клея — канадского или пихтового бальзама — на предметное стекло и покрытые покровным стеклом.
В шлифах изучают прозрачные минералы с помощью проходящего света под микроскопом.
Современные световые микроскопы позволяют достигать увеличений до 1000—1200 и видеть частицы размером 0,2—0,3 микрона (т. е. 2000—3000 Å).
Под микроскопом определяется ряд оптических свойств минералов в шлифах и при помощи специальных иммерсионных жидкостей (иммерсионный метод).
Метод определения оптических констант минералов с помощью поляризационного микроскопа достиг большого совершенства после изобретения акад. Федоровым универсального теодолитного столика, называемого теперь федоровским столиком.
Для исследования- минералов данный столик устанавливается на микроскопе.
Непрозрачные минералы изучаются с помощью специального микроскопа в отраженном свете с особым приспособлением — осветителем, называемым опак-иллюминатором.
Здесь объектом изучения служит непрозрачный шлиф, или аншлиф.
Аншлиф (полированный шлиф) представляет собой кусок руды или минерала с зеркальной плоскостью, получаемый в результате шлифовки и последующей полировки.
К объектам, изучаемым с помощью такого микроскопа, относятся непрозрачные минералы, слагающие различные рудные полезные ископаемые.
Или входящие в виде включений в почвообразующие горные породы и почвы (пирит, галенит, халькопирит).
Для определения минералов пользуются также бинокулярной лупой или стереоскопическим микроскопом
(МБС-1, МБС-2 и др.).
Позволяющими исследовать рассматриваемые объекты как .в проходящем, так и в отраженном свете.
Объектами исследования могут быть шлихи — концентраты из тяжелых минералов, получаемые в процессе промывки рыхлых аллювиальных, делювиальных и других отложений.
А также «искусственные шлихи», образующиеся после промывки измельченных в порошок горных пород и руд.
С помощью стереоскопического микроскопа или бинокулярной лупы можно проводить минералогические исследования образцов почв.
Предварительно разделенных на ряд фракций, различающихся величиной зерен.
Метод используется для определения тонкодисперсных веществ — глинистых минералов и коллоидных систем, для изучения кристаллических решеток и молекул.
В электронном микроскопе вместо видимого света для получения изображений используется поток ускоренных электронов.
Наибольшая разрешающая способность, достигнутая на отдельных современных электронных микроскопах, составляет величину в 4—5 А, что соответствует увеличению порядка одного миллиона.
Обычно достигается увеличение порядка 200 тыс, что соответствует разрешающей способности около 10 Å.
В минералогии электронный микроскоп используется для изучения формы, особенностей строения и структуры тонкодисперсных минералов.
Минералов, размеры выделений которых лежат за пределами разрешающей способности обычной оптики.
Такие глинистые минералы, как каолинит, галлуазит, монтмориллонит, палыгорскит, гидромусковит, ряд вторичных минералов коры выветривания и другие успешно исследуются и определяются с помощью электронного микроскопа.
Однако электронно-микроскопический метод не универсален, наиболее успешно он может быть использован в сочетании с другими методами исследований:
1. Рентгеноструктурным и спектральным анализами,
2. Дифференциально-термическим и термовесовым анализами,
3. Электронографией и химическим анализом.
Применяется для исследования и определения минералов в рентгеновских лучах. С помощью рентгеновских лучей можно исследовать кристаллические, скрытокристаллические и тонкодисперсные минералы.
Рентгеноструктурный анализ основан на явлении дифракции рентгеновских лучей в кристаллах и законе «отражения» этих лучей в кристаллах от плоских сеток кристаллов.
В результате рентгеновской съемки исследуемого вещества при облучении его монохроматическими рентгеновскими лучами получаются рентгенограммы
Которые сравниваются с эталонными рентгенограммами известных минералов.
Исследования используется для тонкодисперсных коллоидных масс и тончайших пленок минералов толщиной в несколько миллимикронов.
Метод основан на способности электронов, проникающих в вещество, определенным образом рассеиваться при встрече с закономерно расположенными атомами.
В отличие от рентгеновских лучей, способных проходить в глубь кристаллического вещества, пучок электронов проникает на глубину до 0,01 микрона (0,00001 мм).
В результате исследования полученных электронограмм проводится определение вещества.
Введенный акад. Курнаковым, применяется для диагностики и характеристики многих минералов, руд и горных пород.
Под названием термический анализ объединяются два классических метода:
1. Дифференциально-термический (ДТА) — получение кривых нагревания вещества,
2. Термовесовой (.или термогравиметрический) — получение кривых изменения веса.
Наиболее перспективно применение этих методов для исследования тонкодисперсных минералов, входящих в состав глин, бокситов, зоны окисления руд и коры выветривания.
Особенно успешен термический анализ в сочетании с рентгеновским, электронно микроскопическим и кристаллооптическим методами.
Применяется для определения в исследуемом веществе химических элементов.
Метод основан на том, что каждый химический элемент при достаточном нагревании испускает лучи определенных длин волн, которые устанавливаются с помощью спектрографа.
Метод очень удобен благодаря своей точности и быстроте определения содержащихся в минерале катионов металлов.
А также в связи с малым количеством исследуемого вещества (несколько миллиграммов), требующегося для анализа.
Для очень малых объектов (50— 100 микрон) используются спектральные установки, снабженные лазерами.
Разработанный Федоровым, применяется для определения состава вещества и его внутреннего строения по внешним формам кристалла.
Измеряя углы между гранями кристалла на специальном приборе — гониометре, определяют сингонию и вид симметрии кристаллов, а также состав минерала.
Используется для быстрого качественного химического анализа минералов. Его применяют для уточнения предварительных микроскопических определений минерала.
Для данного метода требуется незначительное количество исследуемого минерала. Метод паяльной трубки прост и доступен по своему применению.
Исследование минералов проводится с помощью особой паяльной трубки, которая предназначена для вдувания воздуха в пламя свечи, спиртовой или газовой горелки.
В пламени, обладающем высокой температурой и способностью производить химические реакции окисления и восстановления, осуществляют различные испытания минерала: прокаливание, сплавление с содой, бурой и другими реагентами.
Характер реакций, происходящих при этом, позволяет судить о присутствии в минерале различных химических элементов.
А с помощью специальных таблиц-определителей производить диагностику неизвестного минерала.
Трудоемкий и дорогостоящий метод исследования. Для химического анализа производится отбор чистого минерала, освобожденного от примесей под бинокуляром.
Отобранный материал подвергается обычно спектральному анализу для предварительного определения химических элементов, содержащихся в минерале.
После проведения полного химического анализа получают данные о химических элементах в весовых процентах.
Их пересчитывают на атомные (молекулярные) количества с тем, чтобы можно было вывести химическую формулу минерала.
Помимо указанных используются и другие методы диагностики веществ земной коры, с которыми можно ознакомиться в специальных руководствах.
Статья на тему Минералогия