Гірські породи, які знаходяться на поверхні або поблизу неї, дають геологам основні відомості, необхідні для вивчення геологічного минулого. Гірські породи складаються з мінералів або уламків більш древніх порід, в свою чергу також слагающихся мінералами. Загальним для мінералів є їх кристалічна сутність.
I. Основний закон кристалографії.
Народження кристалографії як науки пов'язують з ім'ям Миколи Стенона, який в 1669 році сформулював закон сталості кутів: # 9562; Кристали різної форми одного і того ж речовини (мінералу) мають незмінні кути між відповідними гранями # 9577 ;.
Оскільки незалежно один від одного ще двоє вчених М. В. Ломоносов (1740) і французький мінералог Жан - Б. Ромі де Ліль відкрили цей закон, то слід називати його законом Стенона - Ломоносова - Ромі де Ліля.
2. Властивості природних кристалічних речовин.
Одне з основних властивостей кристала - однорідність. Однорідним має вважатися тіло, в якому на кінцевих відстанях від будь-якої його точки знайдуться інші, еквівалентні їй не тільки у фізичному відношенні, але і геометричному; т. е. перебувають в такому ж оточенні, як і вихідні, оскільки розміщенням матеріальних частинок в кристалічному просторі # 9562; управляє # 9577; просторова решітка, можна вважати, що грань кристала - це матеріалізована плоска вузлова решітка, а ребро - матеріалізований вузловий ряд. Як правило, добре розвинені грані кристала визначаються вузловими сітками з найбільшою густотою розташування вузлів. Точка, в якій сходяться три і більше граней, називається вершиною кристала.
Анизотропность - це здатність кристала проявляти різні властивості в різних напрямках. Оскільки різні напрямки в кристалічній структурі речовини, побудованого за законом тривимірної періодичності, можуть і мати неоднакові відстані між атомами (вузлами), а отже, і різні по силі хімічні зв'язки, то і властивості за такими напрямками можуть відрізнятися, а самі кристали будуть анізотропні відносно цих властивостей. Якщо властивість не змінюється в залежності від напрямку, то речовина изотропно.
Здатність самоограняться, т. Е. За певних умов приймати природну багатогранну форму. У цьому також проявляється його правильне внутрішню будову. Саме це властивість відрізняє кристалічна речовина від аморфного. Ілюстрацією цього служить приклад. Два виточених з кварцу і скла кульки опускають в розчин кремнезему. В результаті кулька кварцу покриється гранями, а скляний залишиться круглим.
Симетрія - найбільш загальна закономірність, пов'язана з будовою і властивостями кристалічної речовини. Вона є одним з узагальнюючих фундаментальних понять фізики і природознавства в цілому. Е. С. Федоров (1901 г.) дав визначення симетрії. # 9562; Симетрія є властивість геометричних фігур повторювати свої частини, або, висловлюючись точніше, властивість їх в різних положеннях приходити в сполучення з початковим становищем # 9577 ;. Таким чином, симетричним є такий об'єкт, який може бути поєднаний сам з собою певними перетвореннями: поворотами або (і) відображеннями (див малюнок).
У природі кристали утворюються при різних геологічних процесах з розчинів, розплавів, парів, газів або твердої фази.
З водних розчинів значна частина мінеральних видів зобов'язана своїм походженням кристалізації:
випадання кристалів солей в замкнутих водоймах при нормальній температурі і атмосферному тиску;
зростання кристалів на стінках тріщин і порожнин при гідротермальних процесах на великих глибинах в умовах тиску і температур;
утворення окремих кристалів вторинних мінералів в зонах окислення рудних родовищ.
Кристали багатьох мінералів утворюються з багатокомпонентної вогненно - рідкої магми. При цьому, якщо магматичних вогнище розташовується на великій глибині і охолодження магми йде повільно, то вона встигає добре раскрісталлізованних і кристали виростають досить великими і добре огранованими. Якщо охолодження відбувається швидко (наприклад, при вулканічних виверженнях, излияниях лави на поверхню Землі), спостерігається практично миттєва кристалізація з утворенням дрібних кристаликів мінералів і навіть стеклоподобную речовини.
Кристали одних і тих же мінералів можуть утворюватися в природі як з водних розчинів, так і з магматичного розплаву. Наприклад: олівін, кварц, слюди і інші.
З газів і парів утворюється незначна кількість мінералів. Вони мають, головним чином, мінерали вулканічного походження. Наприклад: сірка самородна, нашатир і ін. Всім відомі сніжинки - результат кристалізації з водних парів.
Кристали можуть утворюватися при перекристалізації твердих речовин. Шляхом тривалого нагрівання (відпалу) з дрібнокристалічних агрегатів можна отримати крупнокрісталліческіе і навіть монокристали. Наприклад: перекристалізація вапняків - утворюється крупнокристаллический агрегат мармур (під дією високих температур і тиску).
4. Причини та умови утворення мінералів.
Матеріальні частки (атоми, молекули, іони), що складають газоподібні та рідкі (розплавлені) речовини знаходяться в безперервному русі. Час від часу вони стикаються, утворюючи зародки - мікроскопічні фрагменти майбутньої структури. Здебільшого ці зародки розпадаються. Однак, якщо вони досягають критичної величини, т. Е. Містять таку кількість частинок, при якому приєднання наступної частки зробило б розростання зародка енергетично більш вигідним, ніж його розпад, то відбувається посткрісталлізація. Така можливість для більшості речовин з'являється або з пониженням температури, в результаті чого зменшуються теплові коливання, або з підвищенням концентрації речовини в розчині або газі, що призводить до збільшення ймовірності зустрічі часток один з одним, т. Е. До виникнення зародків. При цьому кристалізація відбувається не в усьому обсязі, а лише там, де виникнуть зародки.
Появі зародків сприяє присутність сторонніх уламків кристалів або порошинок, на поверхні яких збираються частинки, полегшуючи цим початок кристалізації.
Причина кристалізації газоподібного і рідкого речовини полягає в тому, що енергетично більш вигідний такий стан, при якому сили, що діють на частинки, виявляться врівноваженими, а це досягається лише в разі упорядкованого розташування матеріальних частинок. І, здавалося б, зростаючий кристал, прагнучи до рівноважного стану, мав би купувати певну, єдину для кожного речовини. Фізично можливу ідеальну рівноважну форму, обумовлену лише складом і структурою. Насправді ж кристали одного і того ж мінералу або з'єднання зустрічаються в найрізноманітніших формах. Це пояснюється тим, що на форму кристала накладають відбиток різні умови, що змінюються кристалізації: температура, тиск, хімізм і динаміка крісталлообразующіх середовища і т. Д.
Всі матеріали в розділі "Географія"