Вещественный состав земной коры.

Минералы

Все вещество земной коры и мантии Земли состоит из минералов, которые разнообразны по форме , строению, составу, распространенности и свойствам. Все горные породы состоят из минералов или продуктов их разрушения. Самое древнее описание минералов относится к 500 г. до н.э ., когда в китайском

манускрипте Сан Хейдина « Древние сказания о горах и людях », присутствует рассказ о 17 минералах. Само слово минерал происходит от латинского минера, что означает кусок руды.

Минералами называются твердые продукты, образовавшиеся в результате природных физико- химических реакций, происходящих в литосфере, обладающих определенными химическим составом , кристаллической структурой , имеющих поверхности раздела.

Каждый минерал имеет поверхность раздела с соседними минералами в виде граней кристаллов или межзерновых границ произвольной формы . Совокупность минералов, обладающих одинаковой структурой и близким химическим составом , образует минеральный вид . Например, кристаллы и зерна, имеющие состав SiO2 и одинаковую структуру, могут иметь разный цвет , размер , форму выделения и т.д ., но в целом они относятся к одному и тому же минеральному виду – кварц. Минералы одинакового состава, но с разной структурой относятся к разным минеральным видам , например, графит и алмаз, имеющие один состав – углерод, но совершенно различные свойства алмаза и графита .

В настоящее время выделено более 3000 минеральных видов и почти столько же их разновидностей . Распространенность минералов в земной коре определяется распространенностью химических элементов.

По данным А.Б .Ронова и А.А.Ярошевского (1976) наиболее распространены в земной коре 8 химических элементов в весовых процентах составляющих в сумме 98%. На долю Ti, C, H, Mn, S и других элементов приходится менее 2%. К числу редких элементов относятся Cu, Pb, B, Ag, As, однако будучи мало распространенными они способны образовать крупные месторождения. Некоторые элементы, например, Rb не образуют собственных минералов, а существуют в природе только в виде примесей. Минерал в виде кристалла – это твердые вещества , в котором атомы или молекулы расположены в строго заданном геометрическом порядке. Элементарной ячейкой называется самая маленькая часть кристалла, которая повторяется многократно в 3-х мерном пространстве . Формы природных кристаллов - минералов чрезвычайно разнообразны . Варианты размещения атомов и молекул в кристаллах были впервые описаны более 100 лет назад в России Е.С.Федоровым и в Германии А.Шенфлисом, создавших теорию 230 пространственных групп симметрии . Все известные группы кристаллографической симметрии подразделяются на семь систем или сингоний ( в

порядке понижения симметрии ): 1) кубическая (элементарная ячейка – куб ); 2) гексагональная ( шестигранная призма); 3) тригональная ( ромбоэдр); 4) тетрагональная ( тетрагональная призма); 5) ромбическая (прямоугольный параллелепипед ); 6) моноклинная (параллелепипед с одним углом между гранями , отличающимися от прямого ); 7) триклинная ( косоугольный параллелепипед ).

Все минералы обладают кристаллической структурой – упорядоченным расположением атомов , что называется кристаллической решеткой. Атомы или ионы удерживаются в узлах кристаллической решетки силами различных типов химических связей : 1) ионной; 2) ковалентной; 3) металлической; 4) ван- дер- ваальсовой ( остаточной ); 5) водородной. Бывает, что минерал обладает несколькими типами связи. Тогда образуются компактные группы атомов , между которыми осуществляется более сильная связь. Одно и то же сочетание химических элементов может кристаллизоваться в различные структуры и образовывать разные минералы. Это явление называется полиморфизмом ( полиморфаз – греч ., многообразный ). Например, модификации С (алмаз, графит ); калиевого полевого шпата ( ортоклаз , микроклин ); а также FeS2 ( пирит , марказит ); СаСО3( кальцит, арагонит ); кварца и др. Кристаллы минералов бывают анизотропными ( неравносвойственными), т.е . со свойствами одинаковыми с параллельных направлениях и различных непараллельных .

Изотропными ( равносвойственными) называются вещества , например, аморфные, в которых все физические свойства одинаковы по всем направлениям.

Одним из факторов , определяющих разнообразный состав минералов является изоморфизм, способность одних элементов замещать другие в структуре минералов без изменения самой структуры . Важную роль в составе минералов играет вода и гидроксильные группы, в зависимости от положения которых в кристаллической структуре различают воду : 1) конституционную ; 2) кристаллизационную и 3) адсорбционную . 1-ая связана со структурой минералов теснее всего и входит в состав многих силикатов, окислов и кислородных солей в виде ОН-. 2- ая - занимает крупные полости в структуре алюмосиликатов и при нагревании постепенно отделяется . 3- ий тип воды отделяется от минералов при нагревании до 110 ° С и является самой распространенной разновидностью.

Минералы чаще всего образуют срастания или агрегаты , в каждом из которых отдельные минералы характеризуются внешним обликом – размером и формой выделения . Если минерал хорошо огранен он называется идиоморфным, а если обладает направленными очертаниями – ксеноморфным .

По своему происхождению минералы подразделяются на эндогенные ( эндо – греч ., внутри ), связанные с земной корой и мантией и экзогенными ( экзо – греч ., снаружи ), образующиеся на поверхности земной коры.