Минералы представляют собой природные образования, которые формируются в земной коре или на её поверхности в результате разнообразных физико-химических процессов. Они характеризуются относительно постоянным химическим составом и определёнными физическими свойствами. Минералы являются основными компонентами горных пород и руд. Большинство из них — твёрдые вещества с кристаллической структурой, способные образовывать геометрически правильные формы (кристаллы). Однако существуют и аморфные минералы, не имеющие упорядоченной структуры. К жидким минералам относятся, например, ртуть и вода, а к газообразным — углекислый газ и метан.
Происхождение минералов
Образование минералов происходит двумя основными путями. Во-первых, в результате магматической (эндогенной) деятельности, когда они кристаллизуются из магмы или образуются из выделяющихся из неё химических веществ (подробнее см. Внешние и внутренние силы Земли). Во-вторых, минералы возникают в ходе поверхностных (экзогенных) процессов, например, при химическом выветривании, когда неустойчивые соединения преобразуются в более стабильные.
Физические свойства для определения минералов
Для визуальной диагностики минералов необходимо анализировать ряд их физических характеристик:
- Цвет: хотя он может варьироваться в зависимости от примесей, часто является первичным признаком.
- Блеск: способность поверхности преломлять и отражать свет (металлический, стеклянный, матовый и др.).
- Спайность: свойство раскалываться по определённым плоскостям, что связано с внутренней кристаллической структурой.
- Твердость: устойчивость к механическому воздействию. Для её оценки используется 10-балльная шкала Мооса, где 1 — самый мягкий минерал (тальк), а 10 — самый твёрдый (алмаз). Твердость определяют, царапая образец эталонными минералами шкалы.
Химическая классификация и основные группы минералов
По химическому составу минералы делятся на несколько крупных классов.
Самородные элементы
Встречаются в природе относительно редко. К ним относятся металлы: золото, серебро, платина, медь; и неметаллы: алмаз, графит, сера.
Сульфиды
Это сернистые соединения, которых насчитывается около 250 видов. Многие имеют огромное промышленное значение: галенит (свинцовая руда), сфалерит (цинковая руда), халькопирит (медная руда), киноварь (руда ртути).
Галоиды
Представляют собой природные соли. К ним относятся галит (каменная соль), сильвинит и карналлит (калийные соли, используемые для производства удобрений).
Окислы
Соединения элементов с кислородом. Широко распространённый кварц (оксид кремния) — один из самых распространённых минералов земной коры. Корунд (твёрдость 9) встречается в виде драгоценных разновидностей — рубинов и сапфиров. Гематит, магнетит и бурый железняк (лимонит) — важнейшие железные руды (месторождения в Кривом Роге, Курской магнитной аномалии, Керчи, на Урале).
Карбонаты
Соли угольной кислоты. Кальцит — его прозрачная разновидность, исландский шпат, применяется в оптике. Мрамор используется в строительстве и скульптуре. Сидерит — железная руда, малахит — ценный поделочный камень, азурит — медная руда.
Сульфаты и фосфаты
Из сульфатов наиболее известен гипс, из фосфатов — апатит, являющийся сырьём для фосфорных удобрений.
Силикаты
Самые многочисленные минералы, соединения кремния, составляющие 75% массы земной коры. К ним относятся важнейшие породообразующие минералы: полевые шпаты, роговая обманка, авгит, слюды. Каолинит и тальк — сырьё для керамики и бумаги. Оливин часто слагает горные породы дуниты и перидотиты, а его прозрачная разновидность хризолит — драгоценный камень.
Органогенные минералы
Особая группа, образованная с участием органического вещества: озокерит (горный воск), асфальт (продукт окисления нефти), янтарь (окаменевшая смола древних хвойных, используется как поделочный камень и в химической промышленности).
Распространённость минералов в земной коре
Наиболее распространены в земной коре: полевые шпаты (57,9%), кварц (12,6%), железисто-магнезиальные силикаты (16,8%), слюды (3,6%). На долю всех остальных минералов приходится около 6,5%.
Породообразующих минералов, постоянно входящих в состав горных пород, насчитывается около 40, а общее число известных минералов исчисляется тысячами. Точное количество назвать невозможно, так как ежегодно открываются десятки новых видов, часто обнаруживаемых в музейных коллекциях или на месторождениях.
Практическое определение минералов
Определение минералов требует знаний и практических навыков. Юным краеведам в полевых условиях могут помочь упрощённые таблицы и определители. Однако точная диагностика многих минералов на месте часто невозможна даже для специалистов. Поэтому важно правильно отбирать образцы, фиксируя место находки, условия залегания и предварительное описание, для последующего лабораторного исследования с привлечением опытных минералогов.
Минеральные ресурсы и их использование
Минералы, используемые в хозяйственной деятельности, называются минеральными ресурсами. Они подразделяются на:
- Твёрдые, жидкие и газообразные.
- Горючие полезные ископаемые (уголь, нефть, газ, торф).
- Неметаллические (нерудные) полезные ископаемые: химическое сырьё, стройматериалы, драгоценные камни.
- Металлические руды (железные, медные, алюминиевые, руды редких металлов).
- Природные растворы (соли морей, озёр, подземные воды).
Минералы и горные породы либо используются в естественном виде (мрамор, слюда), либо служат источником для извлечения ценных элементов (железа из руды).
Минерально-сырьевой потенциал и его рациональное использование
Объёмы добычи минеральных ресурсов в мире колоссальны. Россия — единственная страна, полностью обеспеченная собственным минеральным сырьём, и занимает ведущие места в мире по разведанным запасам многих полезных ископаемых (железо, уголь, медь, никель и др.). Однако ресурсы многих минералов невосполнимы и постепенно истощаются. Это делает крайне важным их комплексное и рациональное использование, извлечение всех полезных компонентов и минимизацию потерь.
Роль краеведов в изучении недр
Поиском и изучением минеральных ресурсов профессионально занимаются геологи. Но огромная территория России, богатая недрами, требует широкого участия. Участники краеведческих походов нередко оказывают неоценимую помощь специалистам, и целый ряд месторождений был открыт именно благодаря краеведам.
Для обучения определению минералов рекомендуется пользоваться специальной литературой, например, справочником «Минералы и горные породы РФ» под редакцией А. Н. Гинзбурга.