Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

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 SiO 2 , а вот доломит CaMg(CO 3) 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.

наука о минералах (см.) вообще, обнимает собой все знания об их свойствах: изучает их внешний вид, различные физические особенности и химический состав, их происхождение и превращения и, наконец, на основании всего этого соединяет их в различные более или менее естественные группы. М. разделяется на несколько отделов: кристаллографию , изучающую минералы с математической точки зрения, как многогранники; физическую М. или, правильнее, - физику минералов, имеющую своим предметом различные физические свойства их, как-то: сцепление, плотность, состояние в них эфира (явления световые, тепловые, электрические) и др.; химическую М., изучающую химические явления в минералах: их состав, изменения, образование и проч. Эти три отдела иногда соединяют в один под именем физиологии минералов. Классификация минералов и описание свойств каждого минерального вида составляет второй главный отдел М. - физиографию минералов. Уже в глубокой древности было известно некоторое количество минералов, особенно таких, которые замечательны цветом, блеском, твердостью или какими-нибудь другими особенностями. Кроме золота, известного человеку с незапамятных времен, древние знали о драгоценных камнях, янтаре, асбесте и др. О янтаре, например, известно, что он за 1800 лет до Р. Х. уже составлял предмет торговли финикийских и сидонских купцов. О нем упоминает Гомер в своей "Одиссее". Аристотель и его ученик Теофраст перечисляют те минералы, о которых сведения им были известны. Однако первое наиболее подробное и полное описание минералов дает Плиний Старший († в 79 г. после Р. Х.). После значительного перерыва в развитии М., вследствие падения греческой и римской культур, длившегося почти целое тысячелетие, только в сочинении арабского врача Авиценны (см.) мы видим, что минералогические познания понемногу развивались: Авиценна различает уже среди минералов камни, горючие минералы, соли и металлы. Первая попытка представить более точное, научное описание минералов и установить для них систему принадлежит саксонскому натуралисту и врачу Георгу Агриколе (1490-1555), который характеризует минералы по их форме, цвету, блеску, твердости и спайности. В 1670 г. Эразмом Бартолином было открыто явление двойного лучепреломления в известковом шпате. Почти в то же самое время Николай Стенон высказал весьма определенное мнение о постоянстве гранных углов в кристаллах некоторых минералов, т. е. сформулировал основной закон кристаллографии. Бойль сделал различные открытия в области химической М. В этом же направлении много сделано шведским ученым Квенштедтом (1722-1765), обратившим свое внимание на химические отношения минералов и классифицировавшим их по химическому составу. Особенного расцвета учение о форме окристаллованных минералов достигло в конце XVIII столетия благодаря Роме-де-Лилю и Гаюи. Первый описал и изобразил до 500 правильных форм. Пользуясь своим новым прибором, получившим название прикладного гониометра, Роме-де-Лиль неоспоримо, с числами в руках, доказал общность закона постоянства гранных углов для кристаллов всякого вещества, как бы изменчивы ни были относительные размеры граней, пересечением которых углы образованы. Роме-де-Лилю принадлежит первый трактат по кристаллографии: "Cryslallographie ou description des formes propres à tous les corps du règne mineral" (1783). Гаюи пошел еще дальше. Он впервые доказал тесную связь между химическим составом и кристаллической формой. Изучая явления спайности в кристаллах, он пришел к созданию теории структуры кристаллов и доказал возможность выведения различных кристаллических форм из одной элементарной наложением ее слоев один на другой. Математический вывод размеров и пропорций этих производных форм, изобретение знаков для их выражения, исследование всего минерального царства с точки зрения этих взглядов могут считаться главнейшими заслугами Гаюи, положившего начало новой школе кристаллографов. Все свои взгляды он изложил в классическом сочинении "Traité de minéralogie" (1801). Правильность взглядов с химической стороны подтверждалась анализами Клапрота, Вокелена и др. Одновременно с Гаюи в Германии в фрейбергской горной школе Вернер разрабатывал М. в ином направлении, обращая внимание главным образом на различного рода физико-химические свойства минералов. Предложенная им классификация минералов имеет химический характер. Вейск (1780-1856), введя понятие о кристаллических осях, улучшил метод Гаюи; он открыл закон зон и показал его значение при кристаллографических вычислениях. В этом же чисто геометрическом направлении работал Моос (1773-1839). Другой крайности держался шведский химик, известный Берцелиус, рассматривавший М. как часть химии, однако он оказал М. огромные услуги, показав всю важность для нее химии. С этого времени в М. начинают обособляться две отрасли. Химическое направление скоро обогатило М. новыми открытиями. Митчерлих показал, что многие тела, имеющие различный, но подобный состав, кристаллизуются в подобных формах и способны давать кристаллы смешанного состава, что привело его к понятию об изоморфизме, понятию, которое разъяснило весьма многие темные стороны химизма минералов. В это время участие химиков сказывается особенно сильно. Аналитические работы Г. Розе, Р. Бунзена, а также Штромейера, Платнера, Дамура, Коббеля, Раммельсберга, Чермака и др. показали, что многие минералы имеют простой химический состав, который выражается весьма точно определенными химическими формулами; другие же, и между ними самые распространенные, представляют различного рода (изоморфные) смеси. Довольно грубое представление о строении кристаллов, принятое после Гаюи, подверглось значительному изменению и усовершенствованию Бравэ и Франкенгеймом, положившими начало новому направлению, которое в настоящее время почти закончено работами Зонке, Маляра, Гадолина, Шенфлиса и Федорова. Геометрическое направление, а именно выяснение математической связи между элементами огранения кристаллов, упрощение вычислений и обозначений было достигнуто в работах Науманна, Миллера, Ланга, Либига и др. Изучение световых явлений в окристаллованных минералах Брюстером, Био, Сенармоном, Гайдингером, Грайлихом и особенно Деклуазо привело к заключению о тесной связи между внешней формой (симметрией) и оптическими явлениями. Методы оптических исследований и устройство усовершенствованных приборов особенно разработаны Гротом. Условия совместного нахождения, зарождения и залегания рудных минералов были значительно разъяснены Брейтгауптом, Б. Котта, Ф. Зандбергером и многими другими. В новейшее время систематика потеряла интерес, так как ни чисто физическое, ни химическое направление, вследствие своей односторонности, не могут дать удовлетворительных результатов. Однако, нужно указать в этом отношении на труды Брейтгаупта, Г. Розе, Науманна, Д. Дана, Дёльтера и Грота. Значительное число минералогов видит свою задачу не в создании и классификации, а главным образом в накоплении всесторонних сведений о минералах, так как только тогда можно будет приступить к установлению естественной классификации минералов. Здесь нужно указать многие выдающиеся имена: Бедана, Филлипса, Гаусманна, Кеннгота, Кокшарова, Скакки, Цефаровича, Штренга, Клейна, Г. фон Рата и многих других. Позднее других выделилась и развилась новая отрасль М., задачей которой служит выяснение истории минералов, т. е. разъяснение их происхождения, тех изменений и преобразований, которые они испытывают под влиянием различных агентов - воды и растворенных в ней веществ, атмосферы, температуры и давления. Бишоф (1792-1870) первый выдвинул этот отдел минералогии. Многочисленными наблюдениями, а также опытами он разъяснил весьма многое в истории минеральной жизни и показал, какие услуги может химия оказать М. В этом направлении особенно известны работы Гайдингера, Блюма и Ю. Рота. Сенармон, Добрэ, Сен-Клер де Вилль, Лемберг, Готфейль, Фреми, Дёльтер, Муасан и др. разработали методы искусственного получения минералов.

Из минералогической литературы укажем только немногие работы, относящиеся к настоящему столетию. Hauy, "Traité de Minéralogie" (Париж, 1822); Breithaupt, "Vollständiges Handbuch der Mineralogie" (Дрезден, 1836-47); Descloizeaux, "Manuel de Minéralogie" (Париж, 1862 и 1874); Naumann, "Elemente der Mineralogie" (Лейпциг, 1885), I. Dana, "System of Mineralogie" (Лондон, 1894); E. Dana, "Textbook of Mineralogie" (Нью-Йорк, 1883); С. Hintze, "Handbuch der Mineralogie" (Лейпциг, 1889-94); Rammelsberg, "Handbuch der Mineralchemie" (Лейпциг, 1875, продолжен., 1886); Кобелль, "Таблицы для определения минералов", перевод Леша (1894); Fuchs, "Anleitung zum Bestimmen d. Mineralien" (3 изд. Штренга, Гиссен, 1890); G. Bischof, "Lehrbuch d. chem. und physikalischen Geologie" (1863-66); Blum, "Die Pseudomorphosen des Mineralreiches" (1843, 1847, 1852, 1863, 1879); L Koth, "Allgemeine und chemische Geologie" (т. I и II, 1879 и 1883); Daubrée, "Synthetische Studien zur Experimentalgeologie" (Брауншвейг, 1880); Fouqué et M. Levy, "Syntèse des minéraux et des roches" (1882); Bourgeois, "Reproduction artificielle des mineraux" ("Encyclopédie chimique" Фреми, 1884); С. Doelter, "Allgemeine chemische Mineralogie" (1890); Breithaupt, "Die Paragenesis der Mineralien" (1849); Cotta, "Die Lehre von den Erzlagerstätten" (1859-61); Groddeck, "Die Lehre von den Lager-Stätten der Erze" (1879); Groth, "Tabellarische Uebersicht der einfachen Mineralien, nach ihren krystallographisch-chemischen Beziehungen geordnet" (2 изд., 1882); H. Кокшаров, "Материалы для М. России" (10 т.); Kenngott, "Uebersicht der Resultate mineralogischer Forschungen" (1844-65); Уэвелль, "История индуктивных наук", перевод с английского Антоновича (1869); Kobell, "Geschichte der Mineralogie von 1650-1865" (1865). Повременные издания: "Zeitschrift für Krystallographie und Mineralogie", издается Гротом с 1877 г.; "Mineralogische Mittheillungen", gesam. von G. Tschermak (1871-77). Новая серия издания носит название: "Mineral. und petrographische Mittheilungen" (с 1878); "Bulletin de la Société minéralogique de France" (с 1878); "Записки Императорского Минералогического Общества"; "The mineralogical Magazine and Journal of the Mineralogical Society" (с 1876); "Neues Jahrbuch für Mineralogie, Geologie und Petrographie" (с 1833).

• - [позднелатинское minera - руда) - наука о минералах...

  Геологическая энциклопедия

• - наука о минералах, изучающая их состав, кристаллич. структуру, физ. и хим. св-ва и связь свгв с составом...

  Большой энциклопедический политехнический словарь

• - наука о природных химических соединениях - минералах, особенностях и закономерностях физического строения, а также об условиях образования и изменения в природе...

  Энциклопедический словарь по металлургии

• - наука о минералах вообще, обнимает собой все знания об их свойствах: изучает их внешний вид, различные физические особенности и химический состав, их происхождение и превращения и, наконец, на основании всего этого...

  Энциклопедический словарь Брокгауза и Евфрона

• - а также об условиях образования и изменения в природе...

  Большая Советская энциклопедия

• - наука о минералах...

  Современная энциклопедия

• - наука о минералах, их составе, свойствах, особенностях и закономерностях физического строения, условиях образования, нахождения и изменения в природе...

  Большой энциклопедический словарь

• - Р., Д., Пр....

  Орфографический словарь русского языка

• - МИНЕРАЛО́ГИЯ, -и, жен. Наука о минералах...

  Толковый словарь Ожегова

• - МИНЕРАЛО́ГИЯ, минералогии, мн. нет, жен. . Наука о минералах...

Минерало́гия - наука о минералах - природных химических соединениях. Минералогия изучает состав, свойства, структуры и условия образования минералов. Минералогия - одна из древнейших геологических наук. Первые описания минералов появились у древнегреческих философов. В дальнейшем развитию минералогии способствовало горное дело. В настоящее время интенсивно развиваются генетическая и экспериментальная минералогия. В минералогии активно используются достижения физики, химии и других естественных наук. Так, минералогическое изучение метеоритов и образцов с других планет позволило узнать много нового об истории Солнечной системы и процессах формирования планет. Изучением минерального состава и минералов комет, метеоров, и других небесных тел, а также астрономической спектроскопией астероидов, комет и пыли околозвёздной среды в целом, занимается молодая наука на стыке минералогии, физики и астрономии - астроминералогия (astromineralogy). Минералогия принадлежит к числу геологических наук. Название этой науки в буквальном смысле означает учение о минералах, которое объемлет все вопросы о минералах, включая и их происхождение. Термин «минерал» происходит от старинного слова «минера» (лат. minera - руда, ископаемое). Это указывает, что его появление связано с развитием горного промысла. Интуитивно минералы можно определить как составные части горных пород и руд, отличающиеся друг от друга по химическому составу и физическим свойствам (цвету, блеску, твердости и т. д.). Например, биотитовый гранит как горная порода состоит из трех главных минералов различного состава: светлоокрашенного полевого шпата, серого кварца и черной слюды (биотита). Сплошная руда магнитного железняка сложена почти мономинеральным агрегатом, состоящим из кристаллических зерен магнетита. На протяжении всей истории минералогии вопрос об определении содержания понятия «минерал» часто дискутировался, так что круг объектов этой науки неоднократно менялся и его границы нельзя считать окончательно установленными. В настоящее время большинство объектов минералогии отвечает следующему определению: минерал - однородное природное твердое тело, находящееся или бывшее в кристаллическом состоянии. Таким образом, определенное понятие минерала отвечает минеральному индивиду - естественно ограниченному телу - и охватывает все разнообразие реальных единичных объектов минералогии, встречающихся в природе. В число минералов обычно не включаются высокомолекулярные органические образования типа битумов, не отвечающие в большинстве случаев требованиям кристалличности и однородности. Некоторые из солеподобных органических соединений тем не менее рассматриваются в числе минералов, равно как и единичные аморфные образования, традиционно изучавшиеся минералогами, например, опал и аллофан. Газы, жидкости и вулканические стекла минералами не считаются. С генетической точки зрения минералы представляют собой природные химические соединения и простые вещества, являющиеся естественными продуктами различных физикохимических процессов, соверша ющихся в земной коре и прилегающих к ней оболочках (включая и продукты жизнедеятельности организмов). (Разнообразнейшие синтетические продукты, т. е. искусственно получаемые в лабораториях и в заводских условиях химические соединения не могут называться минералами. Искусственными, или синтетическими, минералами условно называют лишь те искусственные соединения, которые по своему составу и кристаллическому строению отвечают природным.) К минералам относят и космогенные объекты, отвечающие вышеприведенным требованиям однородности и кристалличности. Как показывают наблюдения над условиями нахождения минералов в природе, а также экспериментальные исследования, каждый минерал возникает в определенном интервале физикохимических условий (давления, температуры и концентрации химических компонентов в системе). При этом отдельные минералы сохраняются неизменными до тех пор, пока не будут превзойдены пределы их устойчивого состояния при воздействии внешней среды (например, при процессах окисления или восстановления, при падении или повышении температуры или давления и др.). Поэтому в историческом ходе развития геохимических процессов многие минералы подвергаются изменению, разрушению или замещению другими минералами, устойчивыми во вновь создающихся условиях. Рассматривая минералы как части природных физикохимических систем, можно определить их, в полном соответствии с понятиями химической термодинамики, как природные твердые фазы (в понимании Дж. Гиббса). Необходимо только отметить, что некоторые минералы могут существовать в природе и за пределами своих полей устойчивости, сохраняясь в метастабильном состоянии долгое время (например, алмаз). Весьма значительное количество известных в настоящее время минералов имеет важное практическое значение как минеральное сырье (при условии, конечно, если скопления их в определенных участках, называемых месторождениями полезных ископаемых, обладают промышленным содержанием и запасами, достаточными для обеспечения предприятия по разработке месторождения). Одни минералы (рудные) содержат в своем составе те или иные ценные для промышленности металлы (железо, марганец, медь, свинец, цинк, олово, вольфрам, молибден и др.), извлекаемые при металлургической обработке руд. Другие минералы (такие как алмаз, хризотиласбест, кварц, полевые шпаты, слюды, гипс, сода, мирабилит и др.), благодаря их ценным физическим или химическим свойствам, применяются для тех или иных целей в сыром виде (без переработки) или используются для получения необходимых в промышленности синтетических соединений, строительных материалов и пр. Таким образом, минералогия как наука о природных химических соединениях (минералах) изучает во взаимной связи их состав, кристаллическое строение, свойства, условия образования и практическое значение. В соответствии с этим и задачи данной науки должны быть тесно связаны, с одной стороны, с достижениями смежных с нею наук (физики, химии, кристаллохимии и др.), а с другой - с запросами практики поисковоразведочного дела. Главнейшими задачами минералогии в настоящее время являются: 1) всестороннее изучение и более глубокое познание физических и химических свойств минералов во взаимной связи с их химическим составом и кристаллическим строением с целью практического использования их в различных отраслях промышленности и выявления новых видов минерального сырья; 2) изучение закономерностей сочетания минералов и последовательности образования минеральных комплексов в рудах и горных породах с целью выяснения условий возникновения минералов и истории процессов минералообразования (генезиса), а также использованияэтих закономерностей при поисках и разведках различных месторождений полезных ископаемых. Минералогические исследования при решении этих задач опираются на законы точных наук: физики, химии, кристаллографии, кристаллохимии, коллоидной химии и физической химии. Данные минералогии, в свою очередь, используются в таких науках, как геохимия, петрография, учение о месторождениях полезных ископаемых, а также в поисковоразведочном деле и в ряде технических наук (металлургия, обогащение руд и др.). Представления о природе минералов, а соответственно, и содержание минералогии складывались исторически и менялись по мере развития знаний в области геологии и естествознания в целом. Рассмотрим главнейшие события в истории естествознания, повлиявшие на развитие минералогии как науки.

А также естественные минеральные агрегаты, называемые теперь горными породами были известны и практически использовались человеком еще с глубокой древности. Так, в древнем Египте и Китае умели весьма искусно обрабатывать сиенит, мрамор, гранит и другие орнаментовочные камни и выплавлять , и . От древних в минералогии сохранилось несколько названий, как, например, сапфир, аметист, асбест и др., и ряд описаний форм минералов.

В древнем Риме и Греции о свойствах минералов знали немало, но еще больше приписывали им фантастических свойств; очень многие служили лекарственными или волшебными средствами.

Наряду с этим в течение всей древности и средних веков медленно накапливались те точные факты, которые должны лежать в основе всякого научного знания.

Эти факты, с одной стороны, брались из векового опыта практиков - рудокопов, рудоискателей и металлургов, а с другой, - являлись результатом научной работы, сознательно направляемой в серьезно поставленном опыте или наблюдении.

С пробуждением научной мысли начинается изучение формы, блеска, цвета минералов, вообще их физических свойств; количество известных минералов довольно быстро возрастает. С течением времени были открыты новые свойства некоторых минералов, например, двойное лучепреломление исландского шпата (в 1670 г.).

Но научная зародилась позже. Только с начала XVIII в. начал накапливаться обильный материал, относящийся к познанию как внешних свойств, так и химического состава минералов.

Начало изучения минералов в России положил наш великий ученый М. В. . Он ясно представлял себе огромное значение, которое имеют для развития металлургии. Им был составлен в 1761 г. «Проект собирания минералов»; в 1763 г. появилось известие о сочиняемой «Российской минералогии». Усиленное развитие металлургической промышленности в конце XVIII и начале XIX в. обусловило расширение интереса к минералам, их познанию и поискам. В пергой половине XIX в. Кокшаров опубликовал «Материалы по минералогии России», а затем в трудах целого ряда ученых: П. В. Еремеева, В. И. Вернадского, Е. А. Ферсмана, А. К. Болдырева и др. русская приняла свой современный характер.

Долгое время среди ученых Запада шли споры, какие свойства - внешние - физические или химические (т. е. состав) следует считать главными признаками минералов. Правильными были замечания одного исследователя, что есть естественная история минералов и должна давать характеристику всех их свойств (в том числе и химических) как весьма важных и с научной и с прикладной стороны; но увлечение лишь одной химической природой минерала так же ошибочно, как и отрицание ее важности: такой исследователь уподобляется человеку, который в статуе видит только кусок мрамора.

Приведенные замечания характерны для того периода минералогии, когда шло накопление фактического материала.

Только в XX в. развилась и оформилась генетическая школа, диалектически подходящая к вопросам минералогии. Генетическая школа считает минералы прежде всего продуктами природных химических процессов, происходивших или идущих в настоящее время в земной коре. Она рассматривает минерал в связи с окружающей его средой - температурой, давлением, концентрацией веществ и теми горными породами, в которых данный минерал находится. Минерал не образуется «сам по себе». Для его образования необходимы определенные условия: высокотемпературные расплавы, газы или пары, горячие водные растворы, высыхающие водные бассейны и т. п. Все процессы минералообразования контролируются законами физической химии и должны рассматриваться под этим углом зрения.

«Минералогия представляет собой химию земной коры. Она имеет задачей изучение как продуктов природных химических процессов, так называемых минералов, так и самих процессов. Она изучает изменение продуктов и процессов во времени и в различных естественных областях земной коры. Она исследует взаимные естественные ассоциации минералов (их ) и законности в их образовании».

Такое определение минералогии, ее целям и задачам дал руководитель и создатель генетической школы В. И. Вернадский. Это определение вполне отвечает современному состоянию науки и лежит в основании настоящего курса.

ПОНЯТИЕ ТЕРМИНА МИНЕРАЛ

Раньше чем перейти к рассмотрению минералов, следует попытаться дать определение, что такое минерал.

Существует много попыток точно охарактеризовать это понятие, но все они в различной степени страдают неточностью илинеопределенностью.

Минералом следует называть природное химическое соединение или элементарное вещество, возникшее в результате тех илииных физико-химических процессов, протекающих в земной коре, в водной оболочке или атмосфере, а также в результате взаимодействия между ними. Минералы в огромном большинстве случаев являются веществами твердыми. Значительно реже встречаются жидкие (самородная ) и газообразные , которые лишь условно можно назвать минералами, так как они, как правило, не представляют собой индивидуальные химические , а являются смесями, что четко проявляетсяпри превращении их в твердое состояние. В этом отношении они скорее похожи на вулканические стекла (обсидиан), и их теперь уже никто не относит к минералам. Иногда минералами называют и искусственно получаемые соединения, что объясняется их кристаллическим состоянием, часто тождественностью свойств и состава с природными веществами и сходством метода их исследования. Такими искусственными минералами являются, например, кристаллы в шлаках, цементе, стекле, синтетические корунды, шпинели,

Наружная оболочка земного шара - земная кора - изучается различными науками, объединенными под общим названием геология. В состав геологии входит ряд разделов, превратившихся в настоящее время в самостоятельные отрасли знаний. Главнейшие науки, изучающие Землю: - наука о природных химических соединениях - минералах; - наука о кристаллах и кристаллическом состоянии ; петрография и литология - науки о горных породах, слагающих земную кору; геохимия - наука о химическом составе Земли и законах распределения, сочетания и движения химических элементов (атомов) в земной коре при различных природных процессах; геофизика - наука о физических явлениях и процессах, протекающих в различных оболочках земного шара: геоморфология- наука об образовании и развитии форм земной поверхности (рельефа); гидрогеология - наука о подземных водах, их происхождении, распределении в земной коре, химической и механической деятельности в недрах Земли; геология четвертичных отложений, изучающая новейшие геологические образования, возникшие сравнительно недавно и залегающие в поверхностных слоях Земли; учение о полезных ископаемых и ряд других наук, тесно связанных с указанными выше, взаимно дополняют друг друга и в целом составляют науку геологию.

Место минералогии и кристаллографии среди других родственных ей наук иллюстрируется схемой:

Геохимия − Петрография − Учение о полезных ископаемых

| | |

Химия Геология

↓ |

⇘

⇙ ⇘

Кристаллофизика

↓

Математика Физика

Существует ряд других разделов геологии, которые имеют большое значение в познании строения и развития Земли и земной коры, в восстановлении физико-географических условий древних геологических эпох.

Геотектоника

Наука о структурах земной коры, их происхождении и развитии, о закономерностях тектонических движений; палеогеография, рассматривающая древние физико-географические условия; стратиграфия - наука о последовательности накопления осадочных толщ горных пород: палеонтология - наука о древних вымерших животных и растительных организмах, населявших Землю в прошедшие геологические эпохи; вулканология, изучающая процессы вулканизма. Данные стратиграфии, палеонтологии, исторической тектоники, палеогеографии и других наук используются в процессе преподавания исторической геологии.

Земная кора состоит из различных горных пород. Каждая горная порода слагается одним или несколькими минералами. В повседневной жизни мы встречаемся с самыми разнообразными минералами и горными породами, используемыми в различных отраслях народного хозяйства: в промышленности и строительстве, в ювелирном деле и сельском хозяйстве.

Даже не изучая геологию, не зная названия минералов, нельзя не любоваться красивыми узорами и оттенками декоративных камней, применяемых при облицовке различных строений. В оформлении метрополитена можно увидеть белоснежный и сургучно-красный мрамор, пестроцветные уральские яшмы, красивые красные и серые крупнозернистые граниты, изумрудно-зеленые змеевики и листвениты, ярко-зеленый с кружевными узорами, вишнево-розовый орлец, или , медово-желтые ониксы и другие поделочные и облицовочные камни.

Многие из этих камней известны только в нашей стране, как, например, . Нигде, кроме Советского Союза, нет сказочного камня малахита, густого по тону темно-зеленого нефрита и пестроцветных яшм.
Всем знаком красивый серый камень лабрадорит с яркими синими иногда сине-зелеными и голубыми мерцающими переливами, из которого высечена плита над входом в Мавзолей В. И. Ленина на Красной площади.
Разнообразные камни используются в ювелирной промышленности: алмазы, рубины, сапфиры, гранаты и др. Прекрасны по своей окраске нежно-голубой аквамарин, ярко-зеленый изумруд и кроваво-красный рубин.

Некоторые драгоценные камни имеют различную окраску при дневном;и электрическом освещении. Так, александрит при естественном солнечном свете темно-зеленый, при искусственном - малиново-красный с фиолетовым оттенком.
Роль минералов и горных пород в практической жизни человека огромна. Велико значение разнообразных полезных ископаемых: угля, нефти, торфа, руд ценных Металлов свинца, цинка, молибдена, вольфрама, олова и др. Незаменимы и фосфориты, калийные соли-это камни плодородия, без которых не может успешно развиваться сельское хозяйство.
В природе известно более 2500 минералов. Они разнообразны по сдоим свойствам, строению и происхождению. Одни твердые и непрозрачные, как сталь, другие легкие и пропускают свет, как , а третьи - легко ломаются и царапаются ногтем. Для того чтобы распознавать и уверенно их определять, мы познакомимся с минералогией - наукой о минералах, и кристаллографией - наукой о кристаллах и кристаллическом состоянии , так как большинство природных минералов имеет кристаллическое строение.

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ МИНЕРАЛОГИИ И КРИСТАЛЛОГРАФИИ

Минералогия

Самая древняя геологическая наука. Старинный термин minera (лат.) обозначает штуф, кусок руды. Еще в глубокой древности, на заре развития человеческого общества, появилась необходимость использования людьми ряда камней - минералов и минеральных агрегатов в качестве орудий труда, руды - для изготовления оружия в борьбе с врагами, а позднее - для хозяйственных и культурных нужд.
О времени зарождения минералогии, являющейся составной частью учения о полезных ископаемых, говорят находки медных изделий, обнаруженных в Египте и Передней Азии в IV тыс. до н. э. стало известно людям еще раньше. К. Маркс считает первым металлом, открытым человеком.
С разработкой руд возникла необходимость распознавания и изучения минералов и различных полезных ископаемых. Так зародилась наука .
Наиболее раннее упоминание о минералах имеется в труде китайского ученого Сан Хейдина «Древнее сказание о горах и людях» (500 г. до и. э.). В манускрипте упоминается 17 минералов, главным образом самородных металлов.
Археологические исследования показали, что в палеолите первобытный человек знал около 20 минералов, в неолите их количество увеличилось до 40. В история развития человеческого общества знакомство людей с различными металлами обусловило переход от каменных изделий к культуре меди, бронзы и железа.
Одной из первых специальных работ по минералогии был трактат «О камнях» греческого философа Теофраста (372-287 гг. до н. э.). В нем он описывал несколько десятков минералов и минеральных веществ, подразделив их на , камни и земли. В труде приводятся данные о свойствах минералов, способах их извлечения, обработки и применения. Описаны также известные месторождения этих минералов.

Римский ученый Плиний-старший, погибший при извержении Везувия в 79 г. н. э., приводит интересные сведения о всех известных к тому времени минералах в четырех трактатах.
Значительные успехи в развитии минералогии были достигнуты на Востоке в X-XI вв. Большой вклад в минералогию внес среднеазиатский ученый, врач, философ Абу Али Ибн-Сина (Авиценна, 980-1037). Авиценна создал первую классификацию минеральных тел, общепринятую в Европе до конца XVIII в. Он написал сочинение «Книга исцеления», где изложены основы естествознания. Все Авиценна подразделил на четыре группы: камни и земли, серные минералы, соли. В книге дается характеристика минералов и указывается их происхождение.

Ученый из Хорезма Ал-Бируни (972-1048) вошел в историю минералогии как первый ученый, использовавший точные физические константы в описании драгоценных камней и металлов. Он написал труд под названием «Собрание сводок для познания драгоценностей», где приводится описание 36 минералов, включая органические соединения (жемчуг, камни.мускусных животных) и искусственные камни ( , эмаль, фарфор), а также 12 металлов (в том числе и некоторые ).

В дальнейший период развития минералогии от Ал-Бируни до XVIII в. значительный вклад в развитие науки сделал чешский ученый Георгий Бауэр (1494-1555), известный под именем Агрикола. Занимаясь изучением условий залегания рудных тел и горной практикой, Агрикола обобщил большой фактический материал. Он написал несколько трудов: «О природе ископаемых» (1546), «О происхождении минералов» (1546), «О горном деле» (1550) и др. Его работы представляли полную сводку всех имевшихся в время данных по минерало-гии, геологии, рудному делу и металлургии.

Агрикола впервые четко разделил минералы и гор-ные породы. Среди минералов он выделяет земли, соли, драгоценные камни, и прочие минералы. Особое внимание в своих работах Агрикола уделяет характеристике диагностических свойств минералов: морфологии, твердости, цвету, спайности, блеску и т. д.
Крупный ученый эпохи Возрождения в 1502 г. опубликовал минералогический трактат, где приводит описание ряда минералов и их свойств: твердости, удельного веса, степени прозрачности, формы и др. В своей работе дает советы, как отличать настоящие драгоценные камни от поддельных.

В XV-XVII вв. получает мощное развитие капиталистический способ производства, приведший к повышению темпов разведки и добычи полезных ископаемых. К этому периоду относится становление минералогии как науки. Впервые термин «минералогия» употребил в 1636 г. итальянский ученый Бернард применительно к науке о полезных ископаемых.

XVII век характеризуется дальнейшим накоплением фактического материала по рудам и различным минералам. Естествознание в этот период носит описательный характер. Наряду с этим появляются работы, вносящие новый вклад в развитие минералогии. В конце XVII в. профессор Копенгагенского университета Эразм Бартолин (1625-1698) обнаруживает двойное лучепреломление в исландском шпате и способность его при ударе раскалываться на одинаковые многогранники (свойство спайности), а его соотечественник Нильс Стеной (1636-1687) открывает на кристаллах кварца и гематита закон постоянства гранных углов (1669), закладывая основы ноной науки кристаллографии.

Интересно отметить, что открытия Э. Бартолина не были признаны при его жизни. Назначенная Английским королевским обществом проверочная комиссия, куда входили такие известные ученые, как , Гук, Бойль и др., сочла обнаруженные явления случайными, а законы - несуществующими.
Бурное развитие промышленного капитализма в XVII-ХIХ вв. стимулирует значительный рост многих отраслей науки и промышленности. Получают мощный толчок такие науки, как физика и химия, которые, в свою очередь, определяют ускоренное развитие минералогии и возникновение кристаллографии.

Впервые термин «кристаллография» был предложен для названия «науки о кристаллах» швейцарским ученым М. Капеллером в 1723 г.
Основоположником минералогии в России по праву считают М. В. Ломоносова (1711 -1765). Широко известны труды Ломоносова: «О слоях земных» (1757), «Слово о рождении металлов от трясения земли» (1757), «Первые основания металлургии или рудных тел» (1763). В работах Ломоносова отражаются его материалистические взгляды на геологические процессы, на строение кристаллического , на генезис минералов и даются конкретные рекомендации горщикам и рудознатцам - исследователям минеральных богатств.

Составил (1745) первый русский каталог минералов, собранных в коллекции Академии наук, начало которой было заложено Петром I в его знаменитой кунсткамере. , развивая закон постоянства гранных углов кристаллов, сформулированный Н. Сте-ноном, связал его с внутренним строением селитры (1749). К этому же периоду относится составление классификации минералов как химических соединений шведским химиком А. Кронштедтом (1722-1765). Для изучения минералов он использует метод паяльной трубки.
В XVIII в. минералогия получает свое дальнейшее развитие. В России в этот период углубляются минералогические работы в Академии наук и Московском университете, основанном в 1755 г. Ломоносовым. Следует отметить заслуги акад. К. Г. Лаксмана (1737-1796) и его ученика Ф. П. Моисеенко (1754-1781) в развитии минералогии.

На Западе в это время наблюдается расцвет так называемой «естественноисторической» школы профессора Фрейбергской горной академии А. Г. Вернера (1750- 1817). Вернер создал новую классификацию минералов, основывающуюся на внешних признаках минералов. Его ученик, австрийский минералог Фридрих Мосс (1773- 1839) составил 10-балльную шкалу твердости минералов. С именем А. Г. Вернера связано выделение из мине- ралогии геогнозии (так именовалась ранее геология), кристаллографии и, несколько позже, петрографии и палеонтологии.

Значительный вклад в развитие минералогии внес русский академик В. М. Севергнн (1765-1826). Он осуществил замысел своего предшественника и учителя Ломоносова но зданию минералогического описания России. Севергин написал ряд работ по минералогии. Главнейшие из них: «Опыт минералогического землеописания Государства Российского», «Подробный словарь минералогический», «Первые основания минералогии или естественной история тел», «Новая система минералов, основанная на наружных отличительных признаках». Севергин в приводимой классификации минералов пытается применить химические принципы. Он впервые вводит понятие о парагенезисе минералов, употребляя термин «смежность минералов».

Конец XVIII и XIX вв. характеризуется бурным развитием горной промышленности как в России, так и за рубежом. В 1773 г. в Петербурге создается Горное училище (теперь - Горный институт). В 1817 г. основывается «Минералогическое общество», а в 1819 г. - университет.
Большие исследования проводит минералогическая школа Горного училища, созданная Д. И. Соколовым (1788-1852), последователем Севергина. Соколов считает химический состав главным фактором, определяющим все .

Продолжавшиеся исследования в области строения кристаллов позволили французскому ученому Ж. Б. Ро-мэ де Лилю (1736-1790) сформулировать закон постоянства гранных углов для всех кристаллов в работе «Опыт кристаллографии» (1772). Позднее, в 1783 г., им был опубликован трактат «Кристаллография, или описание форм, присущих всем телам минерального царства». Это были первые крупные работы по кристаллографии.
В XIX в. происходит развитие главным образом описательной минералогии. Минералогия окончательно становится наукой о минералах. В минералогии развивается два направления: кристаллографическое, базирующееся на изучении геометрических форм кристаллов, и химическое, основывающееся на исследовании химического состава минералов.

Представителями кристаллографического направления в минералогии были: во Франции Р. Ж. Гаюи (1743- 1822), О. Бравэ (1811 - 1863); в Германии - X. С. Вейс (1780-1856); в Англии -У. X. Миллер (1801 - 1880); в России - Н. И. Кокшаров (1818-1892), А. В. Гадолин (1828-1892), П. В. Еремеев (1830-1899).
В 1831 г. в Лейпциге была издана книга немецкого минералога И. Гесселя «Кристалл», где был приведен полный вывод всех групп симметрии конечных фигур. Работа была написана тяжелым языком, со многими опечатками и не привлекла к себе внимания современников. В 1862 г. Гессель опубликовал статью о выводе 32 групп кристаллографической симметрии, которая также осталась незамеченной.

В 1867 г. Гадолиным были выведены независимо от Гесселя чисто теоретически 32 вида симметрии кристаллов и разработаны математические основы кристаллографии. Им была написана работа «Вывод всех кристаллографических систем и их подразделений из одного начала» (1867). Выводы Гадолина были приняты кристаллографами всего мира и используются без существенных изменений до сих пор.
Известный русский минералог Кокшаров опубликовал 11-томный труд «Материалы для минералогии России». Кокшаров и Еремеев возглавляли в Петербурге Российское Минералогическое общество и преподавали в Горном институте. Еремеев был редактором 22 томов записок Минералогического общества и 14 томов «Материалов для геологии России».
Химическое направление разрабатывалось шведским ученым И. Я. Берцелиусом (1779-1848), немецкими учеными Э. Митчерлихом (1794-1863), П. Гротом (1843- 1927), профессором Венского университета Г. Чермаком (1836-1927). Работы ученых данного направления помогли установить точный химический состав многих минералов и разработать методику химического анализа.

Современное развитие кристаллографии и минералогии началось с конца XIX в. Начало этому положили работы Е. С. Федорова (1853-1919) о законах построения кристаллов. В 1890 г. Федоров установил 230 возможных пространственных групп или способов расположения атомов в кристаллах. К такому же открытию пришел в 1891 г. немецкий кристаллограф А. Шенфлис. Этот вывод был практически подтвержден М. Лауэ в 1912 г. после открытия рентгеновских лучей.
В течение многих лет Федоров занимался вопросами взаимозависимости внутреннего строения кристаллов с их химическим составом и свойствами. Им был написан ряд ценных работ: «Симметрия правильных фигур» (1893), «Теодолитный метод в минералогии и кристалло-графии» (1893), «Курс кристаллографии» (1897), «Основания петрографии» (1897) и др.

Федоров изобрел теодолитный гониометр и универ-сальный столик, известный под названием «федоровского столика». Эти изобретения стимулировали дальнейшее развитие кристаллографии и минералогии: первое позволило точно установить пространственное расположение граней кристалла, второе послужило основой для точных кристаллооптических исследований минералов. Данные приборы до сего времени используются кристаллографами всего мира. Федоров создал новое направление исследований, так называемый кристал-лохимическнй анализ, дающий возможность по внешней форме кристалла определять его химический состав.

Детальные минералогические исследования во второй половине XIX в. получили успешное развитие благодаря достижениям микроскопического метода исследования, основы которого заложили А. А. Иностранцев (1843-1919), А. П. Карпинский (1847-1936), Г. Сорби (1826-1908), К. Розенбуш (1836-1914) и др.
Значительную роль в развитии кристаллографии сыграли фундаментальные сводки, сделанные немецкими учеными П. Гротом и В. М. Гольдшмидтом (1853-1933). П. Грот написал «Физическую кристаллографию» и пятитомную «Химическую кристаллографию». Гольдшмидт опубликовал 10-томный «Атлас кристаллических форм», где собрал все ранее публиковавшиеся изображения кристаллов минералов.

Открытие Х-лучей В. Рентгеном (1895), явлений естественной радиоактивности А. Беккерелем (1896) и дифракции рентгеновских лучей в кристаллах М. Лауэ в 1912 г. обеспечили широкие перспективы для становления раздела кристаллографии - кристаллохимии, изучающей связь состава и внутреннего строения кристаллов. Открытие М. Лауэ позволило измерить расстояние между материальными частицами кристаллической решетки.
В 1913 г. английский ученый У. Л. Брэгг и русский кристаллограф Г. В. Вульф вывели формулу, которая связывала межплоскостные расстояния в кристаллах с длиной волны рентгеновских лучей. Эта формула (Брэгга — Вульфа) до сих пор является основной формулой рентгеноструктурного анализа, давшего возможность изучать атомную структуру кристаллов.
Основы кристаллохимии были заложены норвежским ученым В. М. Гольдшмидтом (1888-1947) и русским ученым Вульфом (1863-1925).

Важным этапом в развитии минералогии считается возникновение новой науки - геохимии. Основоположниками этой науки являются русские академики В. И. Вернадский (1863-1945) и А. Е. Ферсман (1883-1945), американский геохимик Ф. У. Кларк (1847-1931) и норвежец Гольдшмидт. Вернадский рассматривал минералы как продукты природных химических реакций, протекающих в определенных физико-химических условиях. Изучение геологических процессов, генезиса минералов и минеральных ассоциаций позволило ему заложить основы геохимии и генетической минералогии.

В возникновении геохимии как науки сыграло решающее значение открытие Д. И. Менделеевым (1834-1907) периодического закона химических элементов (1869). Большой вклад в развитие геохимии и минералогии сделал Ферсман, прекрасный знаток минеральных богатств нашей страны и зарубежных месторождений. Им написаны фундаментальные труды и популярные работы по геохимии и минералогии; «Геохимия» (в 4-х томах), «Пегматиты», «Очерки по истории камня» (в 2-х томах), «Драгоценные и цветные камни России», «Занимательная минералогия», «Цвета минералов», «Рассказы о самоцветах» и др.

В XX столетии появляется кроме вышеназванных ученых целый ряд крупных минералогов, кристаллографов, геохимиков и других специалистов-геологов, внесших неоценимый вклад в развитие геологической науки. К ним относятся Я. В. Самойлов (1870-1925), А. К. Болдырев (1883-1946), С. С. Смирнов (1895-1947), П. П. Пилипенко (1877-1940), В. П. Виноградов, Д. Д. Дэна, Е. С. Дэна, Д. И. Щербаков, И. И. Гинзбург, А. А. Сауков, А. В. Шубников, Г. М. , И. И. Шафрановский, Ф. Махачка, Г. Штрунц, В. Н. Белов, А. Г. Бетехтин, В. И. Смирнов, И. Костов, Е. К. Лазаренко, Н. А. Смольянинов, Г. В. Бокий, Е. Е. Флинт, А. Н. Заварицкий, Д. С. Коржинский, Д. С. Белянкин и многие другие. Этими учеными написаны фундаментальные труды, составляющие основы современной кристаллографии, минералогии и смежных с ними наук. Главнейшие из них в качестве справочной литературы приводятся в конце книги.

В настоящее время в минералогии и кристаллографии наряду с традиционными методами исследования широкое применение находят новые точные методы изучения минералов и кристаллов - рентгеноструктурные, инфракрасной спектроскопии, электронной микроскопии и ряд других.
Значительное развитие получила в результате фундаментальных работ по расшифровке структур силикатов, проведенных акад. Н. В. Беловым. Появилась возможность создания новых искусственных соединений с заданными свойствами - возникла новая ветвь в минералогии и кристаллографии - синтез минералов.

Основные понятия геологии Камень - это всякая твердая нековкая составная часть земной коры в виде сплошной массы или отдельных кусков....