Что такое минерал.
Положение минералов со смешанослойными структурами в минералогической систематике еще не вполне определилось. Хотя некоторые из них (с упорядоченным 1:1 чередованием слоевых пакетов) в достаточной мере условно включают пока в общий перечень минеральных видов, нельзя все же забывать о том, что в любом смешанослойном минеральном индивиде неразрывно сосуществуют, будучи связаны в единое целое, представители двух совсем разных минеральных видов!
Выше мы очертили в целом круг объектов, относимых в настоящее время к минералам. Стоит еще сказать, что минералами (с обязательным добавлением эпитетов "синтетические" или "искусственные") называют и аналоги природных минералов, специально получаемые на лабораторных или промышленных установках по выращиванию кристаллов и т.п., а также "техногенные" продукты, как-то минералы металлургических шлаков или минералы, возникающие при прямом либо косвенном "содействии" человека — например, при возгорании терриконов угольных шахт (где минеральная ассоциация очень напоминает вулканические возгоны); минералы, образующиеся под воздействием просачивающихся поверхностных вод в старых, подчас давно заброшенных штольнях и других подземных горных выработках, в основном за счет окисления и гидратации оставшихся (в том числе в охранных целиках) первичных рудных минералов (преимущественно сульфидов); наконец, минералы, отлагающиеся буквально на наших глазах в трубах нефте- и водопроводов. Некоторые вещества, вначале полученные искусственно, были впоследствии найдены в природе в качестве "нормальных" минералов, и им присвоили другие названия (пример: синтетический титанат стронция — фабулит, а позже открытый минерал того же состава — таусонит, в честь известного геохимика академика Л.В.Таусона).
Примерно 25 минералов вырабатываются непосредственно в организмах некоторых растений, а также животных и человека (особенно при патологических изменениях) — главным образом, фосфаты, оксалаты и карбонаты кальция, реже сульфаты кальция и магния, а также опало-видный кремнезем, оксиды и гидроксиды железа.
Ранее уже неоднократно упоминалось широкое распространение среди минералов изоморфных рядов и серий. Изоморфизм (от греческого "изос" — равный, одинаковый; "морфэ" — форма), бесспорно, играет весьма важную роль в минеральном мире, оказывая существенное влияние на химический состав очень многих минералов. Явление изоморфизма заключается в способности одних атомов, ионов или радикалов замещать другие, сходные с ними по размерам, в кристаллических решетках минералов, что ведет к образованию смешанных кристаллов (изоморфных смесей, твердых растворов замещения).
Проявление изоморфизма возможно только при геометрическом подобии атомов (ионов), радиусы которых не должны различаться в среднем более чем на 15%. Если при этом одинаковы и заряды ионов — говорят об изова-лентном изоморфизме (например, Mg2+ = Fe2+ в оливине). Но более широко проявляется в мире минералов гетеро-валентный изоморфизм, когда взаимозамещающие ионы имеют разные по величине заряды, однако это различие компенсируется одновременным замещением в решетке другой пары изоморфных ионов, тоже с разными зарядами: например, в ряду кальциево-натриевых полевых шпатов — плагиоклазов — проявлен изоморфизм по схеме Na+Si4+ = Са2+А13+, обеспечивающий сохранение электронейтральности в каждой точке кристаллической структуры.
Следует сказать, что при изоморфизме вхождение в структуру мелких ионов с высоким зарядом, создающих сильное кристаллическое поле, энергетически выгодно, так как укрепляет кристаллическую решетку минерала; поэтому кристаллы в процессе своего образования весьма "охотно" захватывают подобные изоморфные примеси. Обратный эффект производит вхождение крупных низкозаряженных ионов, которые поэтому обычно проникают в минералы в конце процесса их кристаллизации, когда концентрация таких ионов в минералообразующей среде повысится достаточно для того, чтобы закон действующих масс (известный нам из школьного курса химии) смог "загнать" их в состав образующихся твердых фаз. Соответственно, подобными ионами обычно бывают обогащены наружные зоны кристаллов минералов, а также их поздние генерации.
Наряду с твердыми растворами замещения (изоморфными смесями) в мире минералов широко распространены также твердые растворы внедрения (когда слишком крупные или, наоборот, чересчур мелкие атомы или ионы, не имеющие в структуре кристалла близких по величине аналогов, входят в междуузлия решетки, узлы которой заняты другими частицами) и твердые растворы вычитания (в которых вхождение в структуру катионов или анионов с более высоким зарядом компенсируется возникновением соответственно катионных или анионных вакансий, т. е. незаполненных структурных позиций, — что проявляется в отклонении состава реальных минералов от стехиометрических, т. е. отвечающих идеальной химической формуле, соотношений). Нестехиометричность состава особенно характерна для минералов — соединений тяжелых металлов с серой, мышьяком, сурьмой и т. п., а также для минералов, содержащих летучие компоненты, такие, как фтор, хлор, гидроксил и др. Она может быть обусловлена и частичным окислением ионов переменной валентности, например, железа.
<1> <2> <3> <4> <5> <6> <7> <8> <9> <10> <11> <12> <13> <14> <15>