Минералогия

[STAS 7]

[center]Минералогия[/center][/color]
МИНЕРАЛОГИЯ (от минерал и греч. λόγος - логос, слово, учение / англ. Mineralogy; нем. Mineralogie; фр. Minйralogie; ит. Mineralogнe) - наука о минералах; изучает состав, свойства, морфологию, особенности структуры, процессы образования и изменения минералов, закономерности их совместного нахождения в природе, а также условия и методы искусственного получения (синтеза) и практического использования. Главные задачи: разработка научной классификации минералов, выявление связей между вариациями их состава, строения, свойств и условиями образования и нахождения в природе; создание научных основ для поисков и оценки месторождений минерального сырья, совершенствования технологии его переработки, вовлечения новых видов минерального сырья в промышленное использование; разработка методов искусственного выращивания и облагораживания кристаллов ценных минералов.

Минералогия - древнейшая из наук геологического цикла. Термин "минералогия" введён в 1636 году итальянским натуралистом Б. Цезием. Постепенная дифференциация минералогии в ходе развития наук привела к отделению от неё геологии и кристаллографии (XVIII в.), петрографии (XIX в.), учения о полезных ископаемых, геохимии и металлогении (конец XIX в. - начало XX в.), учения о каустобиолитах (XX в.), кристаллохимии (середина XX века). В своём развитии минералогия наиболее тесно связана с физикой твёрдого тела и химией; методы и теоретическая концепция этих наук особенно интенсивно внедряются в современной минералогии с 50-х гг. XX в. Объекты исследования в минералогии - минеральные индивиды, агрегаты, парагенезисы и ассоциации.
Современная минералогия включает ряд основных направлений.
Описательная минералогия охватывает весь круг вопросов, относящихся к характеристике отдельных минералов: их конституции, физических свойств, морфологии выделений. Описательная минералогия занимается также вопросами систематики и классификации минералов, устанавливает вариации их химического состава, изучает зависимости между физическими свойствами минералов и особенностями их состава или кристаллической структуры. Самостоятельный раздел описательной минералогии - физика минералов, использующая методы физики твёрдого тела при исследовании реальных кристаллов минералов. Особый раздел описательной минералогии - минераграфия, занимающаяся изучением рудных минералов с применением специфических методов исследования (оптики отражённого света, микрохимических реакций и др.).
Генетическая минералогия выясняет условия, процессы и способы образования и изменения минералов в природе. Различают несколько самостоятельных разделов: учение о типоморфизме минералов, связывающее особенности морфологии, состава, структуры и физических свойств минералов с геологическими и физико-химическими условиями их формирования (учение о типоморфизме распространяется и на минеральные ассоциации); термобаро-геохимию (исследование твердофазных и газово-жидких включений в минералах), дающую информацию о химизме минералообразующей среды и физико-химических параметрах (температура, давление, pH, окислительно-восстановительные условия); изотопические исследования, помогающие вскрыть источник вещества при минералообразовании; трифогенезис, рассматривающий способ питания минералов и их агрегатов в процессе образования; топогенез, охватывающий закономерности распределения минералов в пространстве и механизмы формирования различных типов минералогической зональности; парагенетический анализ как метод изучения эволюции процессов минералообразования путём выявления последовательно сменяющих друг друга во времени и пространстве минеральных парагенезисов и закономерностей, управляющих этой сменой; учение о сосуществующих минералах, базирующееся на принципе фазового соответствия, который позволяет (исходя из предпосылки о равновесности процессов формирования парагенезисов) использовать сосуществующие минералы как геотермометры и геобарометры; энергетические и термодинамические расчёты в минералогии, дающие возможность оценивать кислотно-основные свойства минеральных фаз и вероятную последовательность их возникновения, т.е. судить о физико-химических тенденциях процессов минералообразования; онтогенический и кристалломорфологический анализ, расшифровывающий историю и механизм образования минеральных индивидов и агрегатов. Онтогения (онтогенез) минералов - раздел генетической минералогии, посвященный изучению генезиса минеральных индивидов и агрегатов, их общему или индивидуальному развитию, включая возникновение (зарождение), рост и агрегацию на разных уровнях (формирование агрегатов), взаимодействия при росте и изменение вплоть до разрушения или полного исчезновения (растворения). С позиций современной генетической минералогии, включающей онтогению и филогению минералов, минерал в особенностях своего состава (в т.ч. состава микропримесей), тонких деталях структуры, микрогетерогенности, вариациях физических свойств несёт богатую информацию о своём происхождении и позднейшем изменении, расшифровка которой становится возможной лишь с применением новейших физических, физико-химических и кристаллохимических методов исследования.
Экспериментальная минералогия примыкает к генетической минералогии и дополняет её лабораторным моделированием природных процессов минералообразования и изучением физико-химических систем, воспроизводящих (обычно с известными упрощениями) природные минеральные парагенезисы и обстановку их формирования. Самостоятельный раздел экспериментальной минералогии, близкий к ней в методическом отношении, - синтез и облагораживание минералов, имеющих многообразное применение в ювелирном деле и технике (алмаз, пьезокварц, оптический флюорит, слюда, рубин, сапфир, гранаты, аметист, изумруд, малахит, опал и др.).
Региональная минералогия и топоминералогия осуществляют минералогическое изучение отдельных участков и территорий - от конкретных рудных месторождений до крупных геологических (рудных, металлогенических) провинций или экономико-географических регионов. Основная задача региональной минералогии - выявление закономерностей пространственного распределения и локализации минералов и минеральных ассоциаций в связи с геологической историей развития провинции (региона) или формирования месторождения. Региональная минералогия непосредственно связывает минералогию с металлогенией и минерагенией.
Минералогия космических тел (Луны и планет, а также метеоритов) - новая область минералогии, существенно расширяющая сферу её интересов и связывающая минералогию с быстро развивающейся сравнительной планетологией.
Астроминералогия (Astromineralogy) - одно из перспективных направлений современной минералогии, возникшее на стыке минералогии, физики и астрономии. Астроминералогия занимается изучением минералов и минерального состава астероидов, метеоров и других небесных тел, а также астрономической спектроскопией астероидов, комет, метеоров и пыли околозвёздной среды в целом. С другой стороны, в кристаллах минералов и толщах пород фиксируются и на протяжении миллиардов лет геологической истории сохраняются признаки, характеризующие не только эволюцию планеты Земля, но и её взаимодействие с космосом, с другими небесными объектами и космическими явлениями.
Прикладная минералогия в её современном понимании включает три главных раздела:
Поисковая минералогияопирается на учение о типоморфизме минералов и минералах-индикаторах оруденения. Она ставит перед собой задачу повышения эффективности геологоразведочных работ путём выявления новых минералогических поисковых и прогнозно-оценочных критериев, совершенствования минералогических методов поисков и оценки перспектив оруденения, разработки научных основ комплексирования минералогических методов поисков с геохимическими и геофизическими методами. Технологическая минералогия направлена на интенсификацию использования минер, сырья, т.е. на повышение полноты и комплексности его использования. Она охватывает: минералогическое и минералого-технологическое картирование рудных полей и месторождений полезных ископаемых с целью оценки запасов полезных компонентов (в т.ч. попутных) в извлекаемой минеральной форме, технологические прогнозирования, планирования добычи и стабилизации минерального состава руды, поступающей на обогатительную фабрику; изучение технологических свойств минералов, слагающих руды (электрических, магнитных, плотностных, поверхностных, ионообменных, гранулометрии и морфологии рудных минералов, их тонких структурных особенностей, растворимости в воде и в водных растворах электролитов при различных значениях pH и т.д.); разработку методов направленного изменения состава, структуры и свойств минералов путём радиационного, термического (обжиг), акустического (ультразвук) и прочих воздействий с целью повышения извлечения полезных компонентов при обогащении и сортности концентратов, а также улучшения их вскрытия при химико-металлургическом переделе; текущий минералогический контроль состава концентратов на действующих горно-металлургических предприятиях и разработку рекомендаций по оптимизации технологических режимов передела концентратов с целью повышения сквозного извлечения конечных продуктов в металлургическом процессе. Минералогия новых видов сырья занимается выявлением особенностей состава и свойств минералов, пока не нашедших практического применения, которые могут представить интерес для промышленности, а также возможных областей использования этих минералов и их распространённости в природе с целью вовлечения новых минералов в промышленное освоение и расширения сфер применения уже известных видов минерального сырья.

[STAS 7]

Немного истории
Минералогия возникла в глубокой древности. Развитие минералогии шло параллельно с развитием горного дела и металлургии. Элементы минералогических знаний встречаются у античных натурфилософов с середины IV века до н.э. Аристотель различал в минеральном мире 2 класса тел - камни и руды. Его ученик Теофраст в специальном трактате "О камнях" (около 315 до н.э.) выделял 3 класса - металлы, камни (обыкновенные и драгоценные) и земли. Всего им упоминается 73 названия минеральных тел, в т.ч. 32 минерала. В I в. н.э. древнеримскому натуралисту Плинию Старшему был известен 41 минерал; в последних 5 книгах своей "Естественной истории" он рассматривает металлы, руды, камни, драгоценные и поделочные камни.
В средние века на развитие минералогии оказывали значительное влияние алхимия и медицина. В раннем средневековье наибольший вклад в минералогию внесли учёные Востока - Бируни (973-1048) и Ибн Сина (980-1037). Первый описал около 100 минеральных веществ (среди них 36 минералов), второй - дал их новую классификацию, выделив 4 класса: камни, плавкие тела (т. е. металлы), горючие тела ("серы") и соли (тела, растворимые в воде). В средневековой Европе минералогическими исследованиями занимались главным образом алхимики. Один из них - Альберт Великий - опубликовал в XIII веке (после 1262) специальный трактат "De Mineralibus" - полный свод знаний той эпохи об объектах минерального царства. В средневековых европейских лапидариях вплоть до IV-XVI вв. упоминалось не более 50-60 минералов, хотя общее число рассматриваемых минеральных образований постепенно росло. У истоков научной минералогии стоит Г. Агрикола; в его трактатах приведены названия свыше 100 минеральных тел, систематизированных в соответствии с новой классификацией, представляющей дальнейшее развитие классификации Ибн Сины. В ней простые тела, т.е. минералы, подразделяются на земли, камни, металлы и "загустевшие соки", жирные и тощие. В XVII в. трудами датских (Э. Бартолин, Н. Стено), английских (Р. Бойль, Р. Гук), голландских (Х. Гюйгенс) учёных были заложены основы геометрической кристаллографии и кристаллооптики, что способствовало в дальнейшем быстрому прогрессу минералогии. Новый этап в её развитии начался в XVIII - начале XIX вв., когда работы французского кристаллографа Ж. Б. Роме де Лиля, выполнившего точные измерения межгранных углов на кристаллах ряда минералов (1783), и Р. Ж. Аюи (Гаюи), создавшего первую научную модель их внутреннего строения ("Трактат о минералогии", 1801), а также английского химика и кристаллографа У. Волластона (1766-1828) стимулировали оформление кристалломорфологического направления в описательной минералогии. В те же годы в Германии А. Г. Вернер (1749-1817) и его ученики активно развивали в минералогии качественно-описательное (физиографическое) направление. Вернер, отделивший геологию от минералогии, впервые чётко разграничил минералы и горные породы, введя понятие о минерале, в основном чертах близкое к современным представлениям. Выдающуюся роль в становлении минералогии как науки сыграли русские учёные IVIII - начала XIX вв., особенно М. В. Ломоносов и В. М. Севергин. Идеи Ломоносова в области минералогии и кристаллографии (например, в вопросе о внутреннем строении кристаллов) далеко опередили своё время. Замечательный минералог и химик В. М. Севергин стал первым и крупнейшим в России представителем вернеровского физиографического направления в минералогии. Им описано несколько новых минералов, созданы фундаментальные обобщающие труды по минералогии, чётко сформулированы задачи минералогии и дано определение минералогии как науки. Ломоносов и Севергин наряду с их западноевропейскими современниками - шведами И. Г. Валериусом (1747), А. Кронштедтом (1758) и Й. Я. Берцелиусом (1814), французами А. Лавуазье (1743-94) и Л. Вокленом (1763-1829), немецкими учёными минералогии Г. Клапротом (1743-1817) и И. Ф. А. Брейтгауптом (1791-1873) положили начало развитию химического направления в минералогии.
XIX век в истории минералогии ознаменован быстрым накоплением фактического материала, резким расширением числа минералов, дальнейшей дифференциацией минералогии и ответвлением от неё ряда самостоятельных наук. В этот период складываются такие основополагающие понятия минералогии, как полиморфизм, изоморфизм, псевдоморфозы, парагенезис, типоморфизм минералов и др. На протяжении XIX - начала XX вв. в минералогии, носившей преимущественно описательный характер, параллельно развиваются кристаллографические (кристалломорфологические) и химические направления. В России становление первого из них связано с именами Н. И. Кокшарова, П. В. Еремеева, М. А. Толстопятова и особенно Е. С. Фёдорова, а развитие второго направления - с именами В. В. Докучаева, П. А. Земятченского, но особенно В. И. Вернадского и А. Е. Ферсмана. В связи с рентгенографическими работами У. Г. и У. Л. Брэггов и Г. В. Вульфа (1915) в развитии минералогии начинается новый период. Первые сводки полученных результатов по расшифровке кристаллических структур минералов появились в 1930-х гг. (Р. Уайкофф, 1931-35; У. Л. Брэгг, 1937). В развитие кристаллохим. исследований существенный вклад внесли также Г. В. Вульф, Л. Полинг, Э. Шибольд, У. Г. Тейлор, Ф. Лавес, У. Захариасен, Н. В. Белов и др. На основе этих исследований стало возможным построить общую теорию кристаллической структуры минералов, по-новому рассмотреть проблемы изоморфизма, энергетики кристаллов, подойти к структурной интерпретации физических свойств минералов и дать их кристаллохимическую классификацию. Хотя кристаллография и кристаллохимия формально обособились от минералогии, но связь их с минералогией по-прежнему очень прочна: фактически обе они насквозь пронизывают всю современную минералогии, составляя её теоретическую базу. Одновременно в XX веке в минералогии активизировались экспериментальные и физико-химические направления; решающее влияние на них оказало учение о правиле фаз, приспособленное норвежским химиком В. М. Гольдшмидтом и советским геологом Д. С. Коржинским к анализу процессов минералообразования.
В современной минералогии происходит синтез её исторически сложившихся, ранее автономных направлений. Так, слияние кристаллографического направления в минералогии с химическим послужило основой возникновения учения о конституции минералов (Д.П. Григорьев, А.С. Поваренных). С другой стороны, проникновение в минералогию методов физики твёрдого тела, расширяющих возможности изучения и интерпретации внутреннего строения и свойств минералов, позволяет извлекать заключённую в них генетическую информацию, что приводит к синтезу описательного и генетического направлений в минералогии.

Потребности бурно развивающейся с первых лет Советской власти горнодобывающей промышленности и соответственно геологоразведочной службы, с которыми тесно связана минералогия, в сочетании с плановым подходом к организации науки предопределили ускоренный рост в бывшем CCCP минералогических центров и стимулировали широкомасштабные топоминералогические исследования всей страны. Этими исследованиями в 1920-х - 30-х гг. руководили крупнейшие советские геологи А.Е. Ферсман, Д.И. Щербаков, Н.М. Федоровский, С.С. Смирнов, Н.А. Смольянинов и др. В результате было открыто и освоено множество месторождений и горнорудных районов (Кольский полуостров, KMA, северо-восток CCCP, Средняя Азия, Северный Кавказ, Приморье, Центральный Казахстан и др.), получен новый минералогический материал, ставший основой для глубоких теоретических, кристаллохимических и геохимических обобщений. Одновременно это ускорило развитие прикладной минералогии, привело к вовлечению в промышленное освоение новых видов минерального сырья (апатита, нефелина, лопарита, пирохлора, кианита, фенакита, бертрандита и др.), к выявлению новых областей практического использования минералов. Быстрыми темпами стала развиваться генетическая минералогия, особенно применительно к изучению рудных месторождений. Открыта и исследована кристалломорфологическая эволюция минералов, послужившая основой для разработки новых методов поисков и оценки месторождений полезных ископаемых (Д.П. Григорьев, И.И. Шафрановский, И.Н. Костов, Н.П. Юшкин и др.). Значительные успехи достигнуты в области промышленного синтеза минералов и геммологии. Большое развитие в Pоссии получила прикладная минералогия, основоположниками которой были Н.М. Федоровский и А.И. Гинзбург. Особое внимание уделяется развитию технологической минералогии.
Со второй половины XX в. и особенно бурно в начале XXI в. усилиями прежде всего Российских учёных акад. Н.П. Юшкина, чл-корр. РАН А.М. Асхабова и ряда других исследователей успешно развивается наноминералогия, рассматривающая структурно-морфологические особенности, конституционную специфику и разнообразие минеральных наноструктур и наноиндивидов, анализирующая формы существования и кластерную самоорганизацию вещества на наноуровне, генезис минеральных микро- и наноструктур.
Конец XX - начало XXI вв. ознаменовались также бурным развитием органической минералогии и биоминералогии. Биоминералогия - учение о преобразовании минералов, протекающем в геологической среде с разнообразным участием живых организмов. Минералы находятся не только в недрах Земли, но и во всём живом на планете, включая человека. При этом в качестве биоминералов рассматриваются те минералы, кристаллизация которых происходит с участием живых организмов. Понятие "биоминерал" не может быть относимо к тому или иному минеральному виду в целом, но только к тем его индивидам или агрегатам, которые непосредственно были включены в биологические циклы при своём образовании. В рамках этих новых направлений минералогии изучается широкий круг биогенных объектов, являющихся как минералами органического происхождения, так и органо-минеральными и органическими субстанциями (жемчуг, янтарь, перламутр, угли и твёрдые битумы, шунгиты и антраксолиты). Органическая минералогия имеет дело и с минеральными продуктами жизнедеятельности животных и человека (почечные, желчные и др. камни, костные образования и тд.). Несмотря на то, что многие такие объекты не являются минералами в строгом смысле слова, применение в их исследовании минералогических методик и подходов оказалось весьма плодотворным.

[STAS 7]

[center]Кристаллы[/center][/color]
Кристаллы (от греч. "кристаллос" - лёд, горный хрусталь) - твёрдые тела, имеющие приобретённую путём естественного роста форму правильных многогранников. Эта форма является следствием упорядоченного расположения в кристалле атомов, образующих трёхмерно-периодическую пространственную укладку - кристаллическую решётку.
Кристаллы - равновесное состояние твёрдых тел. Каждому химическому веществу, находящемуся при данных термодинамических условиях (температура, давление) в кристаллическом состоянии, соответствует определённая кристаллическая структура. Все кристаллы обладают той или иной внутренней симметрией расположения атомов в решётке, и соответствующей ей макроскопической симметрией внешней формы, а также анизотропией физических свойств (способность кристалла проявлять различные свойства в разных направлениях). Гемиморфизмом называют несимметричное огранение разных концов кристалла, когда кристаллографическая форма кристалла характеризуется несимметричностью: его противоположные концы ограничены неодинаковым числом граней или или это грани разной формы. При этом со стороны т. наз. "антилогичного полюса" головка кристалла бывает богаче гранями, а противоположный, т. наз. "аналогичный полюс", обычно беднее гранями. Яркий тому пример - турмалин

- кристаллы которого со стороны антилогичного полюса заряжаются отрицательно при нагревании конца кристалла, совпадающего с положительным направлением главной оси.
В кристаллографии разделяют понятия о кристалле идеальном и кристалле реальном. Идеальный кристалл - это отвлечённый математический объект, обладающий всей полнотой симметрии, обусловленной симметрией его кристаллической структуры и как следствие - идеальной формой. В отличие от идеального, реальный кристалл всегда имеет пониженную симметрию вследствие наличия разных внутренних дефектов и воздействий со стороны внешней среды. Так, согласно универсальному принципу симметрии П.Кюри, при росте реального кристалла сохраняются только те элементы его внутренней симметрии, которые совпадают с симметрией среды кристаллизации.
Pеальным граням кристалла могут соответствовать лишь те плоскости кристаллической решётки, которые имеют наибольшую ретикулярную плотность, т.е. на которых на единицу площади приходится наибольшее число составляющих её частиц (атомов, ионов). Поскольку таких плоских сеток в структурах не бывает много, кристаллы имеют ограничения в отношении числа возможных граней.
Если кристалл вырос в неравновесных условиях и не имеет в силу этого правильной огранки, или утратил её в результате тех или иных внешних причин (природные и иные повреждения, ювелирная обработка и т. п.), он тем не менее сохраняет основной признак кристаллического состояния - внутреннюю решётчатую атомную структуру и все определяемые ею физические и внешние свойства. Этим объясняется способность осколков кристалла (или его фрагментов любой неправильной внешней формы) при попадании в благоприятную для кристаллизации данного вещества среду покрываться новыми гранями и дорастать до более или менее правильного многогранника с соответствующей симметрией . Это явление известно под названием регенерация.
Регенерация - зарастание поверхностей скола и иных повреждений на кристаллах. При регенерации зарастание начинается во многих точках поверхности и в начале процесса получается многоглавый рост, причем сначала возникают грани, наиболее близкие по положению (насколько это допускает кристаллическая структура) к сколу. Затем эти грани последовательно заменяются другими, стремящимися к равновесной форме; головки новообразований постепенно сливаются и в результате может получиться одна новая грань или вершина кристалла. Способность к такому "самозалечиванию" в каком-то смысле, пусть и формально, но роднит кристаллы с живыми организмами. Ведь любой кристалл, получивший те или иные повреждения, будет "пытаться" при наличии благоприятных к тому внешних условий к восстановлению утраченной формы насколько возможно, к избавлению от дефектов и повреждений.
Все реальные кристаллы, встречаемые в природе, являются геометрическими многогранниками и представляют собой либо т. наз. "простые кристаллографические формы", либо их комбинации. Простая кристаллографическая форма - это совокупность одинаковых по форме и размерам граней, получаемых из одной исходной плоскости при помощи элементов симметрии. Например, с помощью оси симметрии 3-го порядка можно из одной плоскости получить тригональную призму; с помощью оси 4-го порядка - тетрагональную; с помощью оси 6-го порядка - гексагональную. Пересечения простых кристаллографических форм образуют прямые линии, называемые ребрами. Преобладание тех или иных простых кристаллографических форм определяет внешний облик и габитус кристаллов. При описании форм кристаллов различают простые формы и их комбинации. Так, если рассматривается кристалл, образованный гранями только одной простой формы, то принято говорить о простой форме кристалла (куб, октаэдр, ромбоэдр, скаленоэдр), если же в огранении кристалла участвуют две и более простые кристаллографические формы, то говорят о комбинационной форме кристалла (кубооктаэдр, скаленоромбоэдр). Совокупности граней, обладающие одними и теми же свойствами симметрии принадлежат к одному сорту простых форм независимо от симметричных операций, с помощью которых они были выведены. Так, например, совокупность двух параллельных одинаковых граней, связанных элементами симметрии, всегда относится к пинакоиду.
Многообразие кристаллов не исчерпывается "гранными" простыми формами, т.е. свойственными выпуклым кристаллическим многогранникам с плоскими гранями. Для описания кристаллических фигур, не имеющих хорошо выраженной многогранной формы (например - снежинка) были выведены также вершинные и рёберные простые кристаллографические формы.
Пирамиды и зоны роста кристалла. Грани разных простых кристаллографических форм растут с различной скоростью и обладают специфической способностью адсорбировать вещество из среды, в которой растёт кристалл. Поэтому они по-разному поглощают изоморфные и иные примеси и характеризуются разной дефектностью строения. Как результат, тело кристалла состоит из пирамид, которые расходятся от центра кристалла, а их основаниями являются его внешние грани. В срезах из них получаются сектора роста. Пирамиды нарастания одной простой кристаллографической формы характеризуются одинаковыми химическим составом, структурными особенностями и физическими свойствами, отличными от таковых в пирамидах нарастания других простых форм. Обычно эти различия незначительны, но известны случаи, когда разные пирамиды одного и того же зерна отличались настолько существенно, что их свойства проявлялись по-разному.
Дефекты кристаллов. Нарушение правильности в расположении частиц, слагающие структуры реальных кристаллов, т.е. отклонения от их идеальной структуры, порождают дефекты. Для исследователя дефект - это источник информации о событиях, произошедших с кристаллом.
В реальных кристаллах всегда присутствуют структурные дефекты, которые оказывают существенное влияние на многие свойства твердых тел. К этим свойствам, именуемым структурно-чувствительными, относятся те, которые связаны с движением атомов или электронов. Это механические свойства (прочность и пластичность), ионная и полупроводниковая электропроводность, люминесценция, фотопроводимость, теплопроводность, скорость диффузии и фазовых превращений, и ряд других.
Дефекты - любые отклонения от периодической структуры кристалла - классифицируют по их размерам и протяженности областей решетки, на которое распространяется их действие. Выделяют следующие типы дефектов кристаллической решетки:
• Точечные или нульмерные дефекты - нарушения в периодичности в изолированных друг от друга точках решетки; во всех трех измерениях они не превышают одного или нескольких междуатомных расстояний (параметров решетки). Точечные дефекты - это вакансии, междоузельные атомы, атомы примеси, внедренные или в позиции замещения.
• Линейные дефекты - одномерные, т. е. протяженные в одном измерении: нарушения периодичности в одном измерении простираются на расстояния, сравнимые с размером кристалла, а в двух других не превышают нескольких параметров решетки. Специфические линейные дефекты - это дислокации. Неустойчивые линейные дефекты могут возникать из цепочек точечных дефектов.
• Поверхностные или двумерные дефекты. Простираются в двух измерениях на расстояния, сравнимые с размером кристалла, а в третьем составляют несколько параметров решетки. Это плоскости двойникования у двойников, границы зерен и блоков, дефекты упаковки, стенки доменов, и сама поверхность кристалла.
• Объемные или трехмерные. Это пустоты, поры, частицы другой фазы, включения.


Турмалин (рубеллит)


Цитрин

[STAS 7]

[center]Скелетные и антискелетные кристаллы.[/center][/color]
Скелетные кристаллы

Скелетными называют пустотелые или искаженные формы кристаллов, являющиеся как бы каркасом кристалла, выросшего параллельно собственным рёбрам, граням, или по направлениям вершин правильного многогранника.
При резкой разнице скоростей роста по различным направлениям реальный кристалл заполняет не
все тело воображаемого многогранника, а только часть его. В условиях ускоренного роста, в частности в вязкой среде или из поверхностных плёнок, поступающее вещество успевает наращивать только выступающие части кристалла, массоперенос к которым может осуществляться с максимальной скоростью. При их опережающем росте происходит также отгон поверхностных примесей от вершин и рёбер на грани кристалла, что тормозит рост последних. Если сильное пересыщение, повышение вязкости среды, накопление примесей по фронту кристаллизации приводят к тому, что часть форм роста на кристаллах начинают развиваться как отрицательные, - то там, где должны быть пирамиды роста, образуются пирамидальные полости. Зарождение на вершинах и рёбрах новых слоёв роста опережает их разрастание по граням, отчего возникают незаросшие промежутки в теле кристалла в виде параллельных рёбрам пустот - щелей, каналов, желобков. Так возникают формы кристаллов, которые относят к скелетным.
Это энергетически неустойчивые, стабильные только в момент их роста инливиды с высокой поверхностной энергией. При смене условий внешней среды на более стабильные (спокойные) они способны дорастать до полногранных кристаллов или перекристаллизовываться в последние, что можно наблюдать экспериментально в насыщенных водных растворах квасцов, нашатыря, хлористого аммония, медного купороса и др.
Бывают "одномерные" (тонкие иглоподобные или обелископодобные вершинники, связанные обычно с винтовыми дислокациями), "двумерные" (плоские, например - снежинка ), и "трёхмерные" (объёмные всесторонние вершинники и реберники). По форме очень разнообразны и могут быть скипетровидные, ступенчатые, каркасные, звездообразные, воронокообразные, трубчатые, коробчатые, рамочные и тд.
Не следует путать с иногда похожими визуально в срезах "пойкилитами" (от греч. «пёстрый камень»),
представляющими собой кристалл или зерно, в котором содержатся многочисленные включения других
минералов, захватываемых при росте индивида , и с дендритами.

Антискелетные кристаллы

Если "cкелетными" называют кристаллы с положительными вершинными и реберными и отрицательными гранными формами роста, то "антискелетными" - кристаллы с положительными гранными и отрицательными вершинными или реберными формами .
Антискелетные кристаллы могут быть плоскими и трехмерными. В отличие от скелетных кристаллов,
антискелетные представляют собой комбинацию гранных динамических простых форм. При своём идеальном развитии антискелетные кристаллы приобретают близкую к шаробразной форму с блочно-мозаичной поверхностью. При расщеплении антискелетные кристаллы развиваются в сферокристаллы и сферолиты, а также в сложные ветвистые формы, в дендриты. Антискелетные кристаллы формируются при локализации центров роста в центральных частях граней, когда новые слои роста тормозятся, не достигая ребер и вершин. Образование антискелетных кристаллов может быть связано с накоплением примесей перед торцами ступеней роста последовательно нарастающих слоёв кристалла. Как и в случае скелетных кристаллов, более поздние слои могут обогнать более ранние, образуя ниши из более поздних слоёв, нависающих над торцами более ранних. Но в отличие от скелетных форм, в антискелетных рост слоёв направлен в сторону вершин и ребер.

анти скелетные кристаллы флюорита


скелетный кристалл галенита


скелетный кристалл церуссита

[STAS 7]

[center]Дендритные формы роста кристаллов[/center][/color]
Дендриты - это расщеплённые скелетные кристаллы. До сих пор разные авторы не всегда придерживаются достаточно четкого разделения между кристаллами скелетными и дендритными, и эти термины часто используются как идентичные. В то время как еще в 1961 г. И.И. Шафрановский обратил внимание на неопределенность термина дендрит, отделив его от понятия "скелетный кристалл". С учетом более поздних уточнений , к кристаллическим дендритам следует относить расщепленные скелетные (иногда - антискелетные) кристаллы, именно расщепление скелетного кристалла приводит к образованию объемных древовидных ветвящихся образований. В тонких трещинах развиваются плоские "двумерные" дендриты.
Дендрит (от греч. дерево) представляет собой ветвящееся и расходящееся в стороны образование, возникающее при ускоренной или стесненной кристаллизации в неравновесных условиях, когда ребра или вершины скелетного кристалла расщепляются по определенным законам . В результате кристаллическая структура объекта утрачивает свою первоначальную целостность, появляются кристаллографически разупорядоченные субиндивиды. Они ветвятся и разрастаются в направлении наиболее интенсивного массопереноса (поступления питающего материала к их поверхности), кристаллографическая закономерность изначального кристалла в процессе развития из него дендрита всё более утрачивается по мере его роста. В случае зарастания промежутков между ветвями дендрита может возникнуть сложнопостроенное образование с постепенным переходом от индивида к агрегату (но не единый кристалл, что принципиально отличает "дендрит" от "скелета"). Процесс образования дендрита принято называть дендритным ростом.
Наряду с кристаллическими дендритами известны дендриты сферокристаллические, образованные ветвящимися диссимметричными сферокристаллическими сферолитами.
В качестве примера кристаллодендритов можно привести ледяные узоры на оконном стекле, живописные окислы марганца в тонких трещинах, самородную медь в зонах окосления рудных месторождений, дендриты самородных серебра и золота, решетчатые дендриты самородного висмута и ряда сульфидов. Сфероидолитовые дендриты известны для малахита, гроздевидного тодорокита, барита и др. минералов, к ним следует отнести также кораллитовые агрегаты кальцита в карстовых пещерах. Классическая строго симметричная снежинка - наглядный пример скелетного кристалла. А дендриты льда хорошо известны в ледяных пещерах, где могут достигать больших размеров. Ветвистые дендриты льда чаще других форм встречаются среди многих видов морозных узоров на оконных стёклах. Характер кристаллизации воды на стекле во многом зависит от условий охлаждения. При охлаждении от 0 до - 6°C и небольшой исходной упругости водяного пара на поверхности оконного стекла отлагается однородный слой непрозрачного, рыхлого льда. Для начального образования тонкого слоя такого льда в качестве затравок кристаллизации известную роль могут играть дефекты структуры поверхности, царапины. Однако в ходе дальнейшего развития процесса эти влияния полностью перекрываются общей картиной осаждения льда по всей охлаждающейся поверхности. Если охлаждение поверхности оконного стекла начинается при положительной температуре и более высокой относительной влажности и в процессе охлаждения проходится точка росы, то на охлаждающейся поверхности сначала отлагается пленка воды, которая уже при отрицательных температурах закристаллизовывается в виде дендритов. Чаще дендритная кристаллизация начинается с нижней части оконного стекла, где вследствие действия силы тяжести накапливается большее количество воды. Размеры дендритных кристаллов зависят от имеющегося для их образования материала. В нижней части окна, где пленка воды толще, дендриты обычно имеют большие размеры По мере перехода к верхней части окна размеры дендритов уменьшаются, в случае равномерной увлажненности стекла размеры дендритов примерно одинаковы. Дальнейшее охлаждение способствует расщеплению субиндивидов с переходом кристаллических дендритов в сферокристаллические, либо отложению между дендритами, а затем и на дендритах тонких слоев пушистого льда. Быстрые и значительные по величине переохлаждения дают мелкомасштабную дендритную кристаллизацию. При недостатке влаги на стекле нарушается сплошной характер кристаллизации и дендриты растут островками.
Примеры которые можно видеть у себя дома или в машине зимой (Лёд - тоже минерал)


и природные

Дендриты окислов марганца в трещине яшмы

[STAS 7]

[center]Сферокристаллы, сферолиты и сфероидолиты[/center][/color]
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------продолжение темы "Кристаллы"
СФЕРОЛИТ - форма роста кристалла, возникшая в результате его расщепления в начальной стадии роста и последующего совместного разрастания образовавшихся при расщеплении субиндивидов по радиальным напрвлениям с геометрическим отбором. Такая направленность процесса понятна, если учесть, что начало кристаллизации обычно происходит в условиях повышенного пересыщения, способствующих ускоренному росту с накоплением большого числа примесей и структурных дефектов и, как к следствию, к расщеплению зародышевых кристаллов. Падение пересыщения в ходе кристаллизации влечет за собой переход к более уравновешенной друзовой форме роста образовавшихся при расщеплении субиндивидов.
Сферолиты - близкие к сферическим сложные минеральные индивиды, сложенные волокнистыми, игольчатыми, столбчатыми или пластинчатыми субиндивидами, расположенными по радиусам вокруг расщепленного ядра (сферокристалла). В условиях свободного развития их поверхность образована видимыми или микроскопическими гранями или головками субиндивидов. Структура радиально-лучистая, текстура как правило концентрически-зональная. По преимуществу имеют полусферический вид, так как обычно нарастают на подложку. Срастаясь между собой, образуют агрегаты в виде сферолитовых корок, законы роста которых аналогичны законам роста агрегатов кристаллов, то есть при формировании агрегатов сферолиты выступают в качестве минеральных индивидов.
Сферолиты могут быть плотными с видимой гладкой или мозаичной поверхностью ("закрытые сферолиты"), а могут иметь вид пушистых шариков или игольчатых пучков, если состоят из отделившихся друг от друга тонких субиндивидов ("открытые сферолиты"),- в зависимости от соотношения скорости роста концов волокон и скорости их разрастания в стороны.
Встречаются как наросшими на стенках открытых полостей (поодиночно либо в виде сферолитовых корок), так и включенными в массе изверженных или метаморфических пород, где могут быть продуктом как кристаллизации из расплава, так и метасоматического роста.
Часто нелегко бывает визуально отличить сферолиты от представителей родственной им группы округлых кристаллических образований, сферокристаллов. Сферокристалл - это продукт интенсивного непрерывного и всестороннего расщепления кристалла на протяжении всего процесса его роста. Характерной отличительной чертой сферокристаллов (сферокристаллических сферолитов) может служить часто наблюдаемое явление огибания или обрастания ими препятствий, встреченных при росте, что вытекает из условия непрерывности всестороннего расщепления их волокон-субиндивидов. У простых сферолитов такое не наблюдается.
СФЕРОКРИСТАЛЛ - форма расщепления кристаллов, возникающая в результате непрерывного расщепления в течение всего процесса роста; это индивид, частичню или полностью ограниченный сферическими гранями, образовавшимися в результате радиального расщепления отдельных или - всех его пирамид роста.
СФЕРОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ СФЕРОЛИТЫ - сложные индивиды, состоящие из радиально ориентированных сферокристаллических пучков. При построении почковидных корок и иных агрегатов сферолиты различных уровней организации являются индивидами. Сферокристаллы - субиндивиды сферокристаллических сферолитов. Субиндивиды сферокристаллов это пирамиды роста сферических и частично плоских граней.
СФЕРОИДОЛИТЫ - это диссимметричные сферокристаллические сферолиты грушевидной или иной более сложной формы с искривленными волокнами-субиндивидами. В идеальном развитии их можно рассматривать как фигуры вращения. Степень изогнутости волокон увеличивается как по мере удаления от основной оси, так и в ходе роста сфероидолита. При этом зоны роста имеют непостоянную толщину (в отличие от сферолитов), и по мере удаления от основной оси утоньшаются, иногда сходя на нет у основания сфероидолита. Но кристаллические волокна (субиндивиды) ориентированы всегда нормально (перпендикулярно) к поверхности и к зонам роста во всех точках.
Если на наиболее быстрорастущих участках поверхности сфероидолита возникают новые зародышевые сферокристаллы или опережающее расщепление отдельных волокон приводит к образованию новых сферолитовых центров, происходит ветвление сфероидолита и при его дальнейшем развитии образуются СФЕРОИДОЛИТОВЫЕ ДЕНДРИТЫ.


сферокристалл малахита на песчанке


сферокристалл малахита