Значение минералов для человека

Лекция 1

Минералогия как наука. Объекты минералогии. Связь минералогии с другими науками. Значение минералогии для человека. История развития минералогии. История развития минералогии в России. История развития минералогии в России..

Минералогия как наука, связь минералогии с другими предметами

Минералогия изучает встречающиеся в природе кристаллические вещества – минералы. Каждый в какой-то степени знаком с минералами, т.к. они встречаются в горных породах, в песке морских пляжей, речной гальке и в почве. Знание минералов и того, как они образуются, является основой современной технологической культуры, т. к. все неорганические предметы торговли если не минералы, то минерального происхождения.

Минералогия – наука о минералах – их кристаллографии, химическом составе, физических свойствах, образовании (генезисе), о способах их определения, а также о классификации.

Минералогия тесно связана с кристаллографией, химией и физикой. По сути, минералы являются частными объектами этих трех наук (представления о внутреннем строении минералов, законах роста и огранения кристаллов, химических реакциях, возможных при минералообразовании, методы исследования свойств и состава минералов).

Минералогия представляет одну из важнейших отраслей наук о Земле, а также представляет значительный интерес для астрономов, специалистов керамической промышленности, медицины и металлургии. Из курса общей геологии известно, что горные породы и руды состоят из минералов. Например, минералы кварц, полевой шпат, биотит являются составными частями гранитов, гематит, магнетит – составными частями некоторых руд.

Развитие техники также способствует изучению минералов и позволяет глубже понять их состав и структуру. Сейчас нам стало намного яснее, как изменяются минералы в соответствии с изменением физических и химических свойств окружающей среды. Сегодня исследования состава, структуры и свойств кристаллов в физике и химии твердого тела и в материаловедении тесно связаны с аналогичными исследованиями в минералогии.

Объекты и содержание минералогии

Основным и прямым объектом минералогии является минерал. Существует много трактовок понятия «минерал». Если упрощенно, то минерал – природное химическое соединение кристаллической структуры. Минерал (по К. Херлбату и К. Клейну) – это встречающееся в природе однородное твердое тело с определенным, но обычно непостоянным, химическим составом и упорядоченным атомным расположением. Он обычно образуется в результате неорганических процессов.

Последовательный разбор этого определения поможет его понять.

Ограничение «встречающееся в природе» отделяет минералы природные и созданные в лабораториях. Последние называют синтетическими, или искусственными минералами. Например, искусственный кварц, рубин, гранаты и др.

Дальнейшее определение утверждает, что минерал – это однородное тело. Это означает, что он состоит из единой твердой субстанции, которую нельзя физически разделить на более простые химические соединения. Однородность определить на глаз трудно, т. к. образец может быть агрегатом, состоящим из мелких зерен минерала, хотя внешне казаться однородным.

Прилагательное твердый исключает газы и жидкости. Так вода – не минерал, а лед – минерал. Исключение – ртуть (минералоид).

Утверждение, что имеет определенный химический состав, означает, что его можно выразить формулой. Однако большинство минералов не имеет точно определенного состава. Например, кварц, как правило, чистый SiO₂, а вот доломит CaMg(CO₃)₂ – это не всегда чистый карбонат Ca и Mg. Он может содержать в качестве примеси Mn и Fe. Поскольку эти количества переменные, говорят, что состав доломита изменяется в определенных пределах и, следовательно, непостоянный.

Упорядоченное расположение атомов указывает, что внутренняя структурная вязь из атомов (или ионов) представляет правильный геометрический узор – минералы кристалличны. Твердые вещества без кристаллической структуры, без упорядоченного расположения атомов, называют аморфными. Например, опал, обсидиан, стекла разного состава, – их называют минералоидами.

В соответствии с традиционным определением, минерал обычно образуется в результате неорганических процессов. Наречие «обычно» в определении позволяет включать в область изучения минералогии некоторые соединения органического происхождения, которые соответствуют всем остальным требованиям понятия минерал. Пример – карбонат кальция раковин и моллюсков, жемчуга, кораллов. Другие примеры – это сера, образованная действием бактерий, и окись железа, осажденная железными бактериями. Также графит, гагат – продукт уплотнения угля (органического происхождения).

Минералов сейчас насчитывают около 3500–4000, и все они являются прямыми объектами минералогии.

Также к прямым, но дополняющим объектам минералогии относятся горные породы, руды, минеральные месторождения и другие геологические объекты, т. к. вне связи с ними минералогия не только лишается смысла, но и теряет начальный источник информации об условиях образования минералов в природе. Все это обязательные объекты минералогии.

В то же время лед (минерал, по нашему определению) является объектом гляциологии и грунтоведения; оксалаты, фосфаты, ураты, слагающие камни в почках человека, – объекты изучения, как в медицине, так и в особой ветви минералогии (биоминералогии), т. е. это общие объекты разных наук.

Еще менее определено положение искусственных кристаллических соединений и продуктов самопроизвольной кристаллизации в естественных условиях различных техногенных продуктов, например, в ходе самопроизвольного возгорания терриконов, химических превращений захороненных отходов производства и др. Большинство исследователей не считают эти процессы геологическими и не относят эти вещества к минералам – это необязательные (спорные) объекты минералогии. «Спорность» здесь, однако, не указывает на ненужность их исследования. Загадка многих природных процессов минералообразования решается при изучении этих объектов, просто они уже находятся в области перекрытия интересов минералогии с другими науками.

Минералогия занимается:

1) изучением свойств и состава минералов,

2) выявлением геологических условий и физико-химической обстановки образования минералов,

3) исследованием минералов как формы концентрации одних и рассеивания других элементов,

4) выяснением механизма зарождения, роста и разрушения минералов,

5) разработкой минералогических критериев поиска рудного и нерудного сырья.

Как отмечал В. И. Вернадский, цель и суть минералогии состоит не в статичном описании минеральных фаз как мертвых тел и не в составлении классификаций, явление и процесс – вот главные ее объекты.

Значение минералов для человека

v Многие минералы обладают большой эстетической привлекательностью не только тогда, когда они обработаны как драгоценные камни, но и в натуральном виде. Коллекционный материал.

v Многие минералы имеют ценность как рудное сырье. Это качество минералов заключено в их химическом составе, так как именно химический состав определяет, какие элементы могут быть извлечены из минерала посредством плавления или разрушения его структуры другим способом. Такой ценностью обладают, например, халькозин, галенит и сфалерит (сульфиды меди, свинца и цинка), касситерит (оксид олова) и многие другие минералы.

v Другой особенностью минералов является наличие у них уникальных свойств, связанных с кристаллической структурой. Алмаз и графит представляют собой различные кристаллические формы чистого углерода, а весьма значительные отличия в их физических свойствах обусловлены только способом, по которому атомы углерода расположены в пространстве и объединены в кристаллы. Алмаз самый твердый минерал используется как абразив, а графит один из самых мягких минералов – смазочный материал или карандашный грифель. Особенности минералов – это не только их твердость, оптические характеристики, но и пьезоэлектрические и магнитные свойства. Например, кварц, обладающий пьезоэлектрическими свойствами, применяется при изготовлении часов, манометров, сложных приборов, используемых в военном деле.

v Еще одна особенность минералов – их ассоциации, которые образуют горные породы и позволяют получать информацию о геологических процессах. Петрография, занимающаяся изучением минеральных агрегатов или пород, неизбежно связана с минералогией, и весьма трудно провести границу, разделяющую описание минералов и оценку петрологических обстановок их образования. Проведя эксперименты и поняв, как меняются структура и состав минералов при изменении температуры и давления, мы получаем основу для построения теорий эволюции земной коры, а также можем судить о строении и составе глубоких недр Земли.