Что такое минерал.
Подавляющее большинство минералов (в любом понимании и при любом употреблении этого термина) — неорганические кристаллические вещества (или изначально пребывали в кристаллическом состоянии, но утратили его вследствие метамиктизации, см. п. 1.12.). Однако по традиции в число минеральных видов включаются и некоторые природные аморфные продукты (опал SiO2 • nН2О, аллофан — водный силикат алюминия, лешательерит — стеклообразный кремнезем, т. е. природное кварцевое стекло и др.). Аморфные и высокодисперсные (рентгеноаморфные) вещества предлагается, в отличие от кристаллических минералов, называть минералоидами.
Вулканические стекла (обсидианы, перлиты и др.) к минералам не относятся и являются объектом внимания петрографов. То же касается так называемых импактных стекол, образующихся в результате расплавления пород при ударах метеоритов о земную поверхность. Также по традиции минералами в порядке исключения считают несколько веществ, встречающихся в земной коре при нормальной ные амальгамы — сплавы металлов со ртутью. Однако воду, как и нефть, к минералам не относят (хотя не так давно еще этот вопрос оживленно дискутировался, и многие ученые, в том числе такие выдающиеся, как академик В.И.Вернадский, настаивали на правомерности отнесения обеих жидкостей к числу минералов; но сейчас вопрос однозначно решен ММ А — и решен отрицательно). Зато лед — его природная модификация, устойчивая от 0°С до — 80°С — столь же однозначно считается минералом; но многочисленные — 10 кристаллических и одна аморфная — искусственно полученные модификации льда, устойчивые ниже —80°С при нормальном давлении, к минералам не относятся (так принято в общем порядке для искусственно синтезированных веществ, не встреченных в природе). Наконец, большинство минералогов, в том числе и члены КНМ ММА, склоняются к тому, чтобы рассматривать в качестве минералов некоторые твердые природные (встречающиеся в земной коре или в метеоритах) органические соединения, — такие как ископаемые смолы (в том числе сукцинит и другие компоненты янтаря, который в таком случае следует считать, ввиду его аморфности, минералоидом), кристаллические соли органических кислот (оксалаты — соли щавелевой кислоты, цитраты — соли лимонной кислоты, "медовый камень" мел-лит — меллат алюминия и др.), несколько твердых углеводородов (присутствие которых установлено в каменных метеоритах) и т. п. Впрочем, имеется и достаточно противников включения органических веществ в число минералов.
Самостоятельными минеральными видами издавна считаются так называемые полиморфные модификации (полиморфы) природных кристаллических веществ. Здесь нам приходится сказать несколько слов о том, что такое полиморфизм (от греческого "полиморфос" — многообразный). Явление полиморфизма заключается в способности некоторых кристаллических веществ, в том числе и минералов, сохраняя постоянный состав, изменять под влиянием внешних факторов — прежде всего температуры, а также давления и отчасти состава кристаллообразующей среды — свою кристаллическую структуру, а тем самым — и симметрию, и зачастую внешнюю форму выделений (последнее происходит не всегда, так как вещество с изменившейся структурой может и сохранить прежнюю внешнюю форму кристалла). Особенно важную роль в полиморфизме играет
температура, повышение или понижение которой приводит к перестройке кристаллической структуры, стремящейся приспособиться к изменившимся внешним условиям. Для очень многих веществ, в том числе и минералов, известно от двух до нескольких полиморфов, устойчивых выше или ниже определенных температурных границ. Если имеются только две модификации — говорят о диморфизме, при трех модификациях — о триморфизме. Обозначаются полиморфы буквами греческого алфавита: а, б, у и т. д. (в сторону повышения температуры превращения). Например, низкотемпературный ос-кварц SiO2 при 573°С переходит в высокотемпературный р-кварц, тот при 870°С — в тридимит, который при 1070° С превращается в кристобалит; в свою очередь, тридимит и кристобалит имеют по 2—3 полиморфа. Увеличение давления несколько повышает температуру а->р — перехода кварца. Высокотемпературные полиморфные модификации обычно имеют более "рыхлую" структуру, более высокую симметрию и пониженную плотность. Давление, изменяющееся в широком диапазоне, тоже вызывает полиморфные превращения, направленные в целом в обратную сторону, т. е. увеличение давления придает кристаллическим структурам большую компактность, что сопровождается повышением плотности минералов. Это в частности относится к высокобарическим полиморфам кремнезема — коэситу и стишовиту, образующимся при очень больших давлениях. Любопытно, что вначале оба они были получены искусственно, в лабораторных условиях, и минералами не считались, пока не были обнаружены в природной обстановке — в метеоритных кратерах (астробле-мах), возникших при падении крупных метеоритов на поверхность Земли. Метеоритные удары вызывают кратковременное, но очень резкое повышение давления и температуры, обусловливающее ударный, или импактный метаморфизм горных пород, локализованный в пределах кратера (где, однако, дело порой доходит до расплавления и остек-лования пород). В результате ударного сжатия происходят также полиморфные превращения типа графит—алмаз (полиморфы углерода), марказит—пирит (полиморфы дисульфида железа FeS2), кальцит—арагонит (полиморфы карбоната кальция СаСО3). Помимо импактных алмазов (обычно очень мелких) в метеоритных кратерах установлены и другие минералы — высокобарические полиморфы углерода: чаоит и лонсдэлеит.
Полиморфные преобразования бывают обратимыми (энантиотропными) и необратимыми (монотропными); последние легко идут только в одном направлении — в сторону образования более устойчивой модификации. Пример энантиотропного полиморфизма — переход а-кварца в р-кварц выше 573°С и обратный переход б-кварца в а-кварц при охлаждении до температуры ниже 573°С. Энантиотро-пен и диморфизм ZnS (сфалерит = вюртцит) или Ag2S (аргентит = акантит: аргентит устойчив только выше 177°С, а ниже этой температуры переходит в акантит, стабильный при нормальных условиях, но при нагревании до 177°С вновь превращающийся в аргентит).
В свою очередь, диморфизм FeS2 монотропен: из двух его модификаций — пирит и марказит - более устойчив пирит, и потому в твердом состоянии может реализоваться только переход марказит -> спирит. Другой пример — тримор-физм СаСО3: в нормальных условиях переход фатерит-> арагонит->кальцит (в морских бассейнах) или фате-рит->кальцит (на воздухе) монотропен. Необратим также переход фатерит->кальцит при нагревании до 440°С.
В одних случаях полиморфные превращения проявляются в резкой перестройке кристаллической структуры, в других — общий характер структуры сохраняется, происходит лишь ее постепенное упорядочение, т. е. катионы, первоначально (при высоких температурах) распределенные в структуре беспорядочно, статистически, стремятся сосредоточиться в каких-то строго определенных позициях (отвечающих минимуму потенциальной энергии, т. е. энергетически наиболее выгодных). В первом случае мы имеем дело с так называемыми фазовыми переходами I рода, когда при некоторой температуре и/или давлении происходит скачкообразное изменение внутренней энергии вещества и его физических свойств, сопровождающееся выделением или поглощением тепла. Все перечисленные выше примеры полиморфных превращений относятся именно к этому типу; к ним можно добавить еще такие распространенные случаи, как полиморфизм ТiO2 (рутил->анатаз-»брукит), Al2Si05 (андалузит-*кианит->силлиманит), Fe2O3*H2O (гётит-» лепидокрокит и другие полиморфы, более редкие) или А12О3 • Н2О (гиббсит->диаспор->бёмит).
<1> <2> <3> <4> <5> <6> <7> <8> <9> <10> <11> <12> <13> <14> <15>