Булах А.Г. Общая минералогия

Подождите немного. Документ загружается.

ской, моноклинной, триклинной сингоний единичная грань отсекает

на

осях

+х, +у,

разные отрезки; стремятся выбрать такую грань,

которой

эти

отрезки хотя

бы

приблизительно одинаковые.

Символ грани

во

всех сингониях (кроме гексагональной

тригональной) трехчи-

сленный,

его

заключают

скобки. Например,

(212)

читается

как два,

один,

два, а

символ единичной грани

(111) — как

один, один, один.

общем виде символ записы-

вается

как (hkl) —

аш,

ка, эль.

Чтоб найти численные значения букв, сначала определяют число единичных

от-

резков, отсекаемых гранью

на

всех координатных осях. Пусть

это

будут

0,5, 0,5 и

2 отрезка

(рис. 31). По

этим числам составляют пропорцию

из

трех дробей, приво-

дят

ее к

общему знаменателю:

' сПз ' l)

(f • f ' §)• ^

числителеи

получают

символ

(441) —

четыре, четыре, один. Если грань отсекает отрицательный конец коор-

динатной

оси,

число

символе будет

минусом, знак "минус" помещают

над

числом.

Например,

(441)

читается

так:

четыре, минус четыре, один.

Рис.

31.

Принцип определения символа грани.

Из способа нахождения символов следуют простые частные правила:

1) чем

боль-

ший отрезок отсекает грань

на

координатной

оси, тем

меньше соответствующее

ей

число

символе грани;

если грань параллельна координатной

оси, то в

символе

грани этой

оси

отвечает

(нуль).

Рассмотрим частные примеры

(рис. 32,

табл.

6).

Символ грани

(100)

означает,

что

она пересекает

ось х

спереди

(+ж) и

параллельна осям

у, z. При

наличии символа

(001)

грань пересекает

ось z

сверху

(+z) и

параллельна осям

х, у.

Символ

(112)

означает,

что грань пересекает

оси х, у, z — по

осям

ж, у она

отсекает одинаковые отрезки,

а по

оси

z — в два

раза меньший;

она

ориентирована более полого,

чем

единичная грань.

Символ грани

(221)—эта

грань круче,

чем

единичная. Символ грани (22Т)—грань

наклонена вниз, пересекает

ось z

снизу

{—z).

В тригональной

гексагональной сингониях имеются

три

главные координатные

оси

х, у, z и

одна вспомогательная

Поэтому символы граней

этих сингониях

четырехзначные, например

(1321). В них

второе число отвечает

оси w, оно

равно

сумме первого

третьего,

но

берется

обратным знаком.

Для обозначения всей совокупности граней, принадлежащих одной простой кри-

сталлографической форме, используют символ грани

верхнем переднем правом

ок-

танте сферы проекции

заключают

его в

фигурные скобки. Например, символ

(111)

z z

№)

Рис.

32.

Символы граней

разном положении относительно

координатных осей

(Niggli,

1920).

Таблица

Примеры символов

для

некоторых граней,

пересекающих положительные концы осей

х, у,

Сингония Простая форма, число граней Символы

Кубическая Гексаэдр,

(100)

Октаэдр,

8 (111)

Тетраэдр,4

(111)

Ромбододекаэдр,

12 (110)

Пентагон-додекаэдры,

12 (hkO)

Тригон-триоктаэдры,

24 (hkk)

Тетраго- Пинакоид,

(001)

нальная Моноэдр,

1 (001)

Тетрагональные призмы,

4 (100), (110),

(hkO)

Тетрагональные пирамиды,

4 (101),

(hOl),

(111),

(hhl),

(hkl)

Тетрагональные дипирамиды,

8 (101),

(A01),

(111),

(hkl),

(hhl)

Ромби-

Пинакоиды,

(100), (010), (001)

ческая Моноэдры,

1 (100), (010), (001)

Ромбические призмы,

4 (110), (101), (011),

(hkO),

(hOl),

(Okl)

Ромбические пирамиды,

4 (111), (hkl)

Ромбические дипирамиды,

(Ш),

(hkl)

для октаэдра отвечает

его

верхней передней правой грани. {111}—это

уже

обозна-

чение всей совокупности граней октаэдра. Другой пример.

ромбической сингонии

символ

(001)

соответствует верхней грани горизонтального пинакоида, символ (ООТ)

—

его нижней грани. Обозначение

{001}

относится

совокупности обеих граней.

Еще

один пример. В тетрагональной сингоний символ (110) обозначает переднюю правую

грань тетрагональной призмы. Символ {110} охватывает всю совокупность граней

этой призмы.

Контрольные вопросы

1. Как

дефекты влияют

на

рост кристаллов?

Грани

какой относительной скоростью адсорбции вещества покрывают кристалл?

3. Что

такое простая кристаллографическая форма? Сколько

их

всего?

Возможны

ли

моноэдры, пинакоиды, призмы

пирамиды

на

кристаллах кубической син-

гоний?

5. Что

такое ромбоэдр

ромбододекаэдр,

на

кристаллах каких сингоний

они

возможны?

Кристаллы кальцита часто имеют форму скаленоэдра.

Что ото

такое?

Глава 4

КРИСТАЛЛЫ И ИХ АГРЕГАТЫ В ПРИРОДЕ

ТИПЫ ЗАРОЖДЕНИЯ КРИСТАЛЛОВ В ПРИРОДЕ

Кристаллы зарождаются и растут при достижении некоторого, разного для раз-

личных химических соединений, критического пересыщения среды веществом буду-

щих кристаллов. В природе оно может достигаться, например, за счет испарения

растворителя. Так, в естественных условиях галит, сильвин, гипс, сидерит, анги-

дрит и другие природные соли нередко кристаллизуются при испарении рассолов в

озерах и морских лагунах. Кристаллизация может начаться при понижении темпе-

ратуры (простые примеры — кристаллизация льда,

остывание и раскристаллизация глубинных магмати-

ческих расплавов) или изменении давления (именно

так в некоторых вольфрамовых месторождениях обра-

зуется халцедон—это быстро закристаллизовавшаяся

при резком спаде давления скрытокристаллическая раз-

новидность кварца). Наконец, кристаллизация может

начаться в результате химических реакций. Так, при

фильтрации через граниты перегретых водных раство-

ров магматического происхождения полевые шпаты

вступают в химические реакции с растворами и на ме-

сте полевых шпатов выкристаллизовывается зернисто-

чешуйчатый агрегат мусковита и кварца (грейзен).

Во всех этих случаях зарождение кристаллов проис-

ходит самопроизвольно во всем объеме раствора (рас-

плава, твердой фазы), либо на затравках. Яркий при-

мер первого типа зарождения кристаллов—явление

раскристаллизации вулканической лавы. При этом во

всем объеме лавы начинают расти вкрапленники поле-

вых шпатов, кварца и прочих минералов. Другой при-

мер—

перекристаллизация мраморов и других горных

пород. Она начинается в разных точках в твердой фазе.

Зарождение кристаллов на затравках—зернах и

кристаллах разных минералов и на их обломках—ши-

роко распространено в природе. Нередко подложка ока-

зывает воздействие на процесс зарождения. Новое

Рис. 33. Зарождение позднего кварца на определенных

гранях призматического кристалла (Леммлейн,

1937).

вещество нарастает только на определенные грани или ребра кристаллов субстрата

(рис.

33). В других случаях происходит ориентирующее воздействие. Кристаллы по-

левого шпата в некоторых жилах прирастают к стенке трещин только своими одинако-

выми вершинами (рис. 34). Например, известен случай ориентированного нарастания

на кристаллы барита мельчайших тетраэдров халькопирита. Можно привести много

других примеров.

Рис. 34- Ориентированное нарастание кристаллов полевого

шпата (белое) на стенках трещин в горной породе (Чесноков,

1956).

Особый тип зарождения кристаллов в природе — микробиологический. Например,

зарождение кристаллов серы внутри клеток тионово-кислых бактерий в ходе их жиз-

недеятельности. Эти кристаллики ультрамикроскопического размера из клеток пере-

ходят наружу, в раствор. Они постепенно соединяются друг с другом в более крупные

стяжения, затем происходит их собирательная перекристаллизация. Известны и дру-

гие случаи микробиологического зарождения кристаллов.

Зародившиеся кристаллы далее растут при любом пересыщении, отличном от нуля.

Рост их приводит к разнообразной реальной морфологии кристаллов, отражающей

кинетические условия роста.

ЗАКОН ПОСТОЯНСТВА ГРАННЫХ УГЛОВ

В природе кристаллы чаще всего растут в стесненных условиях —в трещинах, вну-

три пор и других полостей горных пород и руд, под односторонним давлением лежащих

выше горных пород и т. д. Также обычен в природе рост кристаллов в условиях нерав-

номерной диффузии вещества к его разным частям или в условиях однонаправленной

миграции вещества к растущему кристаллу. Особый, но довольно распространенный

случай образования природных кристаллов — их рост в твердой среде за счет химиче-

ского замещения зерен и кристаллов других минералов.

Часто форма образующихся кристаллов не идеальна. Внешне, они кажутся мало

или совсем несимметричными, и на первый взгляд в их огранке не принимают уча-

стия описанные выше простые кристаллографические формы. Однако рост кристал-

лов из растворов практически всегда происходит за счет параллельного наложения но-

вых плоских сеток их кристаллической структуры, поэтому углы между одинаковыми

гранями всегда остаются неизменными. Этот закон называется законом постоянства

гранных углов. Впервые он был установлен Н. Стено в 1669 г. по кристаллам кварца

и гематита.

На основе закона Стено симметрию и простые формы реальных кристаллов опре-

деляют при помощи гониометров, которыми измеряют углы между гранями и по ним

находят грани одних и тех же простых форм. Затем путем вычислений и проецирова-

ния определяют формулу симметрии кристалла, название и символы развитых на нем

граней. При некотором навыке и уверенном знании геометрической кристаллографии

симметрию и огранку реальных кристаллов можно определить в первом приближе-

нии визуально. Для этого просматривают серию кристаллов, выбирают наиболее со-

вершенные кристаллы и придают им одинаковую установку. Идеализируя очертания

кристаллов, делают предположения об их симметрии и огранке.

ДВОЙНИКОВЫЕ СРОСТКИ КРИСТАЛЛОВ

Для некоторых минералов характерно образование не только одиночных кристал-

лов,

но и их двойниковых сростков, или двойников. Таковы полевые шпаты, рутил,

касситерит (рис. 35), арагонит, киноварь и многие другие минералы.

В двойниках (в отличие от случайных сростков)

индивиды срастаются по одинаковым плоским сет-

кам их пространственных решеток (рис. 36). Гео-

метрически индивиды в двойнике можно мысленно

совместить друг с другом либо отражением в плоско-

сти симметрии, либо поворотом вокруг оси Li- Двой-

ники могут состоять из пары кристаллов — их назы-

вают простыми двойниками, а могут быть сложены

многократно повторяющимися индивидами. Харак-

терной особенностью огранки двойников являются

входящие углы между гранями; на одиночных иде-

ально развитых кристаллах таких углов не бывает.

Следует различать двойники срастания и двой-

ники прорастания. В первых индивиды разграни-

чены по плоскости, они как бы соприкасаются друг

с другом. Во вторых кристаллы как бы обрастают

друг друга либо насквозь проникают один в другой,

соприкасаясь по сложной извилистой (ступенчатой)

поверхности.

Рис. 35. Двойник кри-

сталлов касситерита.

Рис. 36. Отличие двойников (а) от параллельных сростков (6)

по их внутреннему строению (Кантор,

1982).

Двойники образуются по разным причинам. Нередко они возникают в растворе, ко-

гда кристаллы находятся еще в зародышевом состоянии и под действием тех или иных

сил разворачиваются относительно друг друга. Двойники образуются также при пере-

ходе одной полиморфной модификации в другую. Еще одна причина—механические

воздействия на растущий кристалл. Возможны и другие причины двойникования.

ПИРАМИДЫ

ЗОНЫ РОСТА КРИСТАЛЛОВ

Грани каждой простой кристаллографической формы обладают специфической спо-

собностью адсорбировать вещество

из

среды,

которой растет кристалл. Выше

уже

говорилось,

что

поэтому грани разных простых кристаллографических форм растут

с различной скоростью.

По

этой

же

причине

они

по-разному поглощают изоморфные

примеси

характеризуются разной дефектностью строения.

Как

результат, тело кри-

сталла состоит

из

пирамид

(рис. 37), они

расходятся

из

центра кристалла,

а их

осно-

ваниями являются

его

внешние грани.

срезах

из них

получаются сектора

(рис. 38).

Рис.

37.

Пирамиды роста двуцветных кристаллов топаза (Григорьев,

1996).

—

общий

вид

кристалла; 2,

3—формы

пирамид нарастания;

—

поперечный

срез кристалла

—

/ —

голубые, т —

—

оранжево-красные секторы).

Пирамиды нарастания одной простой кристаллографической формы характеризу-

ются одинаковыми химическим составом, структурными особенностями

физиче-

скими свойствами, отличными

от

таковых

пирамидах нарастания других простых

форм. Обычно

эти

различия незначительны,

но

известны случаи, когда разные

пи-

рамиды одного

того

же

зерна отличались настолько существенно,

что их

свойства

по-разному проявлялись, например,

процессе обогащения

руд.

Здесь уместно

со-

слаться

на

уникальные кристаллы, обнаруженные

В. А.и

В.И.Поповыми

вулкани-

ческих возгонах

на

п-ове Камчатка.

одних пирамидах нарастания кристаллы имели

состав

KCu6FeBi(S04)s04Cl—это

минерал атласовит,

других пирамидах

те же

кри-

сталлы имели иной

состав—KCu7Fe(S04)50

Cl—это

минерал набокоит. Этими

же

исследователями описан другой уникальный пример: единые кристаллы

секторами

роста, сложенными разными минералами

—

горсейкситом ВаА1з(Р04)(РОзОН)(ОН)б

и гояцитом SrAl

(P0

)

(OH)5 •

0 (рис. 39, а).

Зоны роста—другая типичная особенность внутреннего строения кристаллов.

Они

отражают главным образом колебания условий кристаллизации

химического состава

среды минералообразования. Легче всего зональность строения кристаллов проявля-

ется

при

разной окраске

зон.

Широко известны

надолго запоминаются своей

пе-

стротой многозональные кристаллы турмалина, причем

по

очертаниям

зон

можно

су-

дить, какова была форма кристаллов

разные моменты

их

роста.

Н. С.

Рудашевским

Д. П.

Григорьевым описан случай, когда соседние зоны единого кристалла имеют

Рис.

38.

Зональность

секториальность строения кристаллов

кварца

(а

— г)

флюорита

(д—

ж)

(Леммлейн,

1948).

кристалле

грань

замедляет свой рост

по

отношению

грани а;

кристалле

ок,

грань

растет

все

быстрее.

ГояцитБгА^..., триг.

Горсейксит

BaAlg...,

мон.

<Co+Ni

Скугтерудит

C04(As

)3,

куб.

Никельскуттерудит

Ni^As^, куб.

Рис.

39.

Зоны

секторы роста единого кристалла, сложенные

разными

минералами.

а—по

В.А.

В.И.Поповым

(1995),

6—по

Н.С.Рудашев-

скому

Д.П.Григорьеву

(1976).

резко неоднородный химический состав: чередование

зон

Со4(Ав4)з

№4(Ав4)з,

это,

по сути,

два

разных минерала одинаковой структуры—скуттерудит

никельскутте-

рудит

(рис.

39, б).

Наблюдения

над

характером пирамидального

зонального строения кристалла

дают ценную информацию

том,

как

сколько

раз

менялась морфология кристаллов

во время

их

роста, отражая изменения условий кристаллизации

химического состава

среды.

Об

относительных скоростях роста граней свидетельствуют контуры пира-

мид нарастания:

они,

прямые

при

постоянном соотношении скоростей роста соседних

граней, выгнуты в сторону все более замедляющей свой рост грани (см. рис. 38,

д, е, ою).

РАСЩЕПЛЕННЫЕ КРИСТАЛЛЫ

Кристаллы некоторых минералов имеют иногда своеобразную морфологию: они

словно бы расщеплены с краев, каждый субиндивид, каждая "отщепина" как будто

слегка отогнуты от основного тела кристалла — это сразу и монокристалл, и агрегат

кристаллов. Таковы, например, сноповидные образования натролита, гипса (рис. 40),

кварца (рис. 41), розочки гематита (рис. 42). Расщепленные кристаллы часты также у

эпидота, десмина, слюд, галенита (рис. 43), марказита и некоторых других минералов.

Рис. 42. Розочка (расщепленный кристалл) р

ис

^ Блочный (расщепленный) кристалл

гематита (образец опылен хлористым аммо- галенита.

нием).

Расщепление кристаллов вызывается разными причинами. Во-первых, оно происхо-

дит в том случае, когда в среде имеются микрочастицы, адсорбирующиеся поверхно-

стью кристалла (т.е. не отталкивающиеся растущим кристаллом) и в то же время "не

вписывающиеся" в его кристаллическую постройку, причем размер этих чужеродных

частиц соизмерим с толщиной слоя нарастания кристалла и даже меньше его. Слой,

видимо, надвигается на примесь и, отклоняясь в сторону, продолжает расти как само-

стоятельный микроиндивид. В опытах по расщеплению кристаллов угол отклонения

"отщепленной" части от кристалла не превышает обычно

20-30',

"отщепление" повто-

ряется вновь и вновь, постепенно из наиболее крупных субиндивидов формируется

"веер"

или "сноп" расходящихся кристаллов. Во-вторых, расщепление происходит у

царапин, границ двойников и микроблоков, чуть развернутых при механических де-

формациях кристаллов. В-третьих, расщепление кристалла может явиться следствием

гетерометрии (разновеликости одних и тех же межплоскостных расстояний в разных

участках зонального кристалла). Так происходит расщепление кристаллов, например,

галенита. Они имеют во внешней зоне мозаичное, блочное строение за счет несколько

меньших (вследствие изоморфизма) расстояний

между плоскими сетками куба, чем в центре кри-

сталла. На границе этих двух зон образуются

дислокации, а при очень больших пересыщениях

кристаллы расщепляются во внешней зоне.

Наблюдения и опыты показали, что расще-

пляются грани не всех простых форм, развитых

на кристалле. У кристаллов гематита (это пла-

стинчатые, таблитчатые кристаллы тригональ-

ной сингонии) расщепляются только грани базо-

пинакоида, у кристаллов гипса — грани пинако-

ида

{010},

у кристаллов натролита — грани ром-

бической призмы, у галенита — грани куба, у

кварца—грани призмы (рис. 44). В результате

формируются расщепленные кристаллы разной

морфологии (рис. 45) — сферолиты типа двулист-

ника, розетки, розочки, сноповидные образова-

ния, мозаичные блок-кристаллы, паркетчатые

кристаллы и т. п.