Спайность, отдельность и излом

Очень важное свойство для диагностики минералов, которое позволяет отличать похожие, но имеющие разный тип спайности, минералы даже в небольших образцах и в массе горных пород. Спайность – это свойство минерала раскалываться по определенным направлениям, параллельным возможным граням кристалла. По направлению спайности можно делать выводы о сингонии минерала, если отсутствуют кристаллографические формы. Например, если минерал имеет только одно направление спайности, то он не может относиться к кубической сингонии, т. к. любая из простых форм в этой сингонии состоит более чем из двух не параллельных граней.

Минерал с тремя направлениями спайности разного качества, относится. Вероятнее всего, к ромбической, моноклинной или триклинной сингонии. Если эти три направления располагаются под прямым углом друг к другу, то минерал должен быть ромбической сингонии.

В случае если имеются три направления спайности одинакового качества, то принадлежность этой спайности к кубу, гексагональной призме или ромбоэдру определяется по угловым соотношениям между ее направлениями (если все три направления располагаются под углами 90º друг к другу, то спайность кубическая, если они составляют 60º, то спайность гексагонально-призматическая, в остальных случаях она ромбоэдрическая – тригональная, как, например, у кальцита, доломита, сидерит, магнезита).

Четыре одинаковых направления свидетельствуют об октаэдрической, тетраэдрической спайности, например, флюорита.

Шесть одинаковых направлений характерны для додекаэдрической спайности, например, сфалерита.

Во многих минералах сравнительно часто проявляется отдельность, которую на первый взгляд нелегко отличить от спайности. Отдельность подобно спайности часто параллельна возможным граням кристалла. Однако, в отличие от спайности при отдельности число плоскостей конечно, и между ними существуют довольно широкие интервалы. Многие сдвойникованные кристаллы раскалываются вдоль плоскостей срастания двойниковых индивидов.

Характерными чертами обладают кристаллы без спайности и плотные массы тонкозернистых минералов со спайностью. Характер излома может быть очень характерным. Раковистый – гладкий с искривленными поверхностями. Ровный – более или менее плоский. Занозистый – шершавый, зазубренный, с острыми краями. Неровный – шероховатый. Часто между изломом и неясной спайностью нельзя провести четкой границы, поэтому интерпретация данного свойства индивидуальна.

Прочность

Это сопротивление минерала действию механическому разрушению или деформации при изгибе, разламывании, растирании или резании. Минералы делят на хрупкие (легко рассыпающиеся в порошок) или ковкие (которые можно расплющивать молотком). Кроме того, выделяют режущиеся минералы (которые можно резать ножом, например, антимонит), гибкие, если они легко гнутся (например, тонкие пластинки гипса), и упругие, если после изгиба они возвращаются в исходное положение (например, пластинки слюды). Некоторые минералы называют также вязкими, если их трудно сломать или разбить (например, массивные образцы нефрита или жадеита).

Специальные физические тесты

Существует ряд специальных тестов, проводимых при макроскопическом исследовании, каждый из которых применим лишь к некоторым минералам. Рассмотрим самые распространенные.

Люминесценция

Вообще это вспомогательный метод, который сам по себе не может служить для целей определения минерала, а является дополнительным к проведенным ранее наблюдениям. Некоторые минералы излучают свет при возбуждении различными видами энергии (за исключением накаливания). Люминесценция обычно наблюдается макроскопически, когда минерал облучается длинноволновым (около 365 нм) или коротковолновым (около 253 нм) ультрафиолетовым светом. Под действием этих двух видов излучения минерал может вести себя как одинаково, так и по-разному. Некоторые минералы излучают свет только в одном из этих диапазонов, а другие светятся различным светом в зависимости от длины волны падающего света. Рассмотрим наиболее типичные примеры флюоресценции.

1. Когда говорят о флюоресценции, первым делом вспоминают о флюорите. Само слово флюоресценция произошло от названия этого минерала. Для большинства флюоритов характерна фиолетовая флюоресценция. Она обычно вызывается небольшим замещением кальция редкоземельными элементами. Флюоресценция может возбуждаться и обычным солнечным светом, поэтому зеленые кристаллы флюорита часто имеют фиолетовый оттенок в отраженном свете. Точно так же благодаря флюоресценции красновато-коричневые машинные масла кажутся зелеными в отраженном свете. Любопытно, что добываемый в Дербишире полосчатый флюорит, который известен под названием «блу джон» и используется в течение нескольких столетий для изготовления ваз, шкатулок и декоративных изделий, совсем не флюоресцирует в ультрафиолетовых лучах.

2. Другим минералом, который обычно флюоресцирует, является кальцит. Его красная, розовая или желтая флюоресценция обусловлена главным образом присутствием марганца, но в некоторых случаях она вызвана присутствием органических примесей (порфиринов).

3. Большая часть шеелитов (CaWO₄, часто содержит примесь молибдена) флюоресцирует белым или голубовато-белым светом; но цвет их флюоресценции постепенно переходит в желтоватый по мере замещения ионов Mo⁶⁺ ионами W⁶⁺. Поэтому цвет флюоресценции может использоваться для полуколичественного определения степени замещения молибдена вольфрамом.

4. Хромсодержащие минералы: рубин, изумруд, хромсодержащий кианит и шпинель имеют красную флюоресценцию, особенно если смотреть на них через красное или оранжево-красное стекло.

5. Некоторые вторичные урановые минералы, а также урансодержащий опал проявляет зеленую, ярко-зеленую или желто-зеленую флюоресценцию. Этот быстрый и высокочувствительный метод используют для определения присутствия в минералах урана.

Однако флюоресценцию надо рассматривать как непредсказуемое и непостоянное явление, имея в виду следующее:

а) Для многих месторождений характерны определенные флюоресцирующие минералы. Например, обычно не флюоресцирующий скаполит из Онтарио имеет яркую оранжево-желтую флюоресценцию в ультрафиолетовых лучах. Причиной ее считается небольшое количество серы в составе скаполита. Также примером может служить виллемит (силикат цинка Zn₂(SiO₄)) с яркой зеленой флюоресценцией из месторождения Франклин-Фернес. Его зеленое свечение обусловлено следами марганца. Характерная флюоресценция какого-либо минерала из одного месторождения не обязательно будет наблюдаться у того же минерала из других месторождений.

б) В одном и том же месторождении типичный флюоресцирующий минерал может образовывать также не флюоресцирующие разности. Например, флюоресценция алмаза довольно типичное явление. Цвет ее может быть голубым или желтовато-зеленоватым. Кроме того, наряду с флюоресцирующими алмазами в одном месторождении встречаются и не флюоресцирующие.

Магнетизм

При макроскопических испытаниях можно установить только притягивается минерал ручным магнитом или нет. Из обычно встречающихся минералов магнитом притягивается самородное железо, магнетит и некоторые пирротины. Однако многие железосодержащие минералы становятся магнитными после их сильного прокаливания на воздухе; поэтому такие испытания полезны для определения железа в минерале.

Электрические свойства

Эти свойства для определения минералов используются крайне редко. Разве что для турмалина можно проводить испытания на пироэффект, нагревая его.

Радиоактивность

Минералы, содержащие уран и торий, обладают радиоактивностью, которая обнаруживается специальными приборами.

Минеральные ассоциации

Ассоциации оказывают большую помощь минералогам и геологам при идентификации минералов, а часто являются единственным ключом для такой идентификации. Для использования ассоциаций необходим некоторый опыт. Так, например, бледно-коричневатая слюда в темных (черных) пироксен-оливиновых породах, вероятнее всего, окажется флогопитом, а не биотитом. Зеленоватая светлая слюда в таких же породах окажется фукситом, а не мусковитом, тогда как похожая зеленоватая слюда в пегматитах (кварц-полевошпатовых породах) будет железосодержащим мусковитом, а не фукситом (хромовой разновидностью мусковита). Опыт использования ассоциаций надо приобретать, просматривая горные породы и минералы в коллекциях, запоминая парагенезисы.

Химические тесты при изучении минералов

Часто после исследования физических свойств вопрос о принадлежности минерала к тому или иному минеральному виду бывает не решен, или решен частично, поэтому возникает потребность в знании каких-то особенностей его химического состава, что с успехом решается при проведении некоторых простейших химических тестов. Все ранее рассмотренные нами методы можно отнести к неразрушающим, т. к. они оставляют неразрушенным образец минерала. При химических тестах образец разрушается.

Если после ознакомления с физическими свойствами минерала вопрос о его идентификации все еще остается под сомнением, его часто можно разрешить, выполнив один – два химических теста. Как правило, использующиеся для идентификации химические тесты немногочисленны и просты, т. к. изучение физических свойств позволяет сузить круг возможных минералов. Принимая во внимание вероятные химические свойства таких вероятных минеральных видов, легко выбрать тест или тесты, которые привели бы к однозначному решению.

Большинство полевых геологов не имеют при себе приспособлений, необходимых для проведения сложных химических испытаний. Как правило, они берут с собой лишь самое необходимое, учитывая характер тех минералов, которые они могут встретить в условиях предстоящей работы. При этом ограничиваются определением растворимости и простейшими химическими реакциями, приводящими к окрашиванию растворителя или образца, а также вызывающими характерный вкус или запах. Некоторые геологи используют паяльную трубку, но сейчас это считается устаревшим методом и применяется редко. Мы рассмотрим наиболее распространенные химические методы.

Растворимость

Несмотря на то, что существуют многочисленные реактивы, растворяющие или нерастворяющие тот или иной минерал, при идентификации минералов в полевых условиях широко пользуются лишь двумя растворителями: водой и соляной кислотой различной концентрации.

Обычно соляная кислота применяется следующим образом. Небольшое количество растертого в порошок минерала помещают в пробирку и добавляют около 5 см³ разбавленной в соотношении 1:1 соляной кислоты. Если реакции не наблюдается, пробирку нагревают. Если и при этом не происходит реакции, то испытания повторяют с концентрированной соляной кислотой. При этом происходят следующие характерные реакции:

Минералы с металлическим блеском

Растворимы в HCl – гётит;

Растворимы в HCl с трудом – гематит, ильменит, магнетит;

Растворимы в HCl с выделением хлора – пиролюзит, гаусманит, манганит, браунит;

Растворимы в HCl с выделением H₂S – антимонит, пирротин, галенит, сфалерит;

Минералы с неметаллическим блеском

Растворимы в HCl – криолит, цинкит, брусит, колеманит, гипс, ярозит, апатит, бирюза, карнотит, крокоит;

Растворимы в HCl с образованием геля кремнезема – анортит, нефелин, содалит, канкринит, оливин, виллемит, гемиморфит, датолит, анальцим, натролит;

 Растворимы в HCl с выпадением осадка кремнезема – лейцит, родонит, волластонит, скаполит, кордиерит, биотит, серпентин, гарниерит, хризоколла, стильбит, шабазит, гейландит;

Растворимы в HCl с выделением CO₂ – все карбонаты.

1. Многие минералы полностью растворяются без вскипания (выделения пузырьков); к ним относятся оксиды, гидроксиды, некоторые сульфаты, а также некоторые фосфаты и арсенаты. Высокое содержание железа вызывает желтую окраску раствора; медные минералы окрашивают раствор в синий или зеленовато-синий цвет; с кобальтовыми минералами раствор приобретает розовый цвет.

2. Растворение со вскипанием (обильным выделением пузырьков) наблюдается в тех случаях, когда минерал содержит какой-либо газообразующий компонент. К таким минералам относятся все карбонаты, которые растворяются в HCl со вскипанием. Наиболее распространенный тест, позволяющий отличить кальцит от доломита. Разбавленная HCl (в данном случае 1:9) растворяет кальцит с бурным вскипанием, а доломит не растворяется, если он не свежерастертый, а кислота не нагрета; но и в этом случае бурного вскипания не получится. Некоторые из них, такие, как кальцит и арагонит, вскипают в холодной кислоте, тогда как остальные – только в горячей кислоте. Некоторые сульфиды растворяются в HCl с выделением сероводорода, который легко узнать по характерному запаху тухлого яйца. Окислы марганца под действием HCl выделяют хлор (зеленоватый ядовитый газ).

3. Разрушение минералов в соляной кислоте с образованием нерастворимого осадка характерно для большинства силикатов. Нерастворимый осадок состоит главным образом из кремнезема и выделяется в виде тонкого порошка или гелеподобной массы (как желатин).

Как правило, все, что требуется от простых химических испытаний, – это отличить один минерал от другого.

Вкус и запах

Растворимые в воде минералы могут различаться по вкусу: вяжущему или едкому (например, квасцы, мелантерит), горькому (сильвин), холодящему (натриевая селитра) и соленому (галит). Некоторые минералы обладают способностью липнуть к языку (например, каолинит).

Для ряда минералов характерен тот или иной запах, когда их подвергают нагреванию, растиранию, а также воздействию каких-либо растворителей. Примерами могут служить едкий сернистый запах халькозина при нагревании, зловоние, испускаемое пирротином под действие HCl, чесночный запах арсенопирита (и всех мышьяк содержащих минералов) при растирании.

Наиболее частыми случаями использования запаха для диагностики минералов являются следующие: глина начинает пахнуть плесенью, если на нее подышать, а сфалерит, когда его царапают, выделяет сероводород с запахом тухлых яиц.

Вопросы.

Лекция 12

Лабораторные методы определения минералов. Устройство микроскопа. Определение оптических свойств минералов (показателя преломления, силы двупреломления, погасания, цвета минерала и плеохроизма). Исследование в сходящемся свете. Основные методы определения ювелирных минералов (рефрактометр, рефлектометр, полярископ