Минералогия негіздері

Минералогия-минералдар жайлы ғылым, ол табиғи минералдық агрегаттарды анықтау мен және жүйелеумен, олардың химиялық құрамын, құрлысын және физикалық қаиеттерін, солл сияқты минералдардың жаратылысынын, жер қыртысына тән тау жыныстары мен рудалардағы таралу заңдылықтарын зерттеу мен айналысады. Минерологияны шартты түрде тектік минерологияға және деректемелік минерологияға жіктеуге болады. Бұлардың алғашқысы тау жыныстары мен рудалардағы минералдарда анықтау және оларды жүйелеу мәселелерімен айналысса, олардың жаратылысын және табиғи нысандарда таралуын, тау жыныстары мен рудалар құрамына кіру пішіндерін, минералды адам және қоғам өмірінде пайдалану мүмкіндіктерін зерттейді.

Бұл оқулықта біз негізінен тектік минералогия мәселелерін қарастырамыз, минералдарды жүйелеу және оларды сырт белгілері көмегімен анықтау мәселелеріне толығырақ тоқталамыз, сол сияқты минералдарды лабаротория жағадайында анықтаудың басты әдістерін қысқаша сипаттайтын боламыз. Мұның өзі табиғатта жиі кездесетін, іс-тәжірибе үшін маңызы зор басты-басты жыныс құрушы және рудалық минералдарды лабароториялық-семинарлық сабақтарда дұрыс анықтау тәжірибесіне негіз болуы тиіс. Ал минералдардың жаратылысы, олардың қалыптасу және таралу заңдылықтары, құран және құрылыс ерекшеліктерінің физикалық химиялық негіздері жайлы минералогия ғылымының түбегейлі де күрделі мәселелері бұл оқулықта қамтылмайды.

Минералдар дегеніміз физикалық немесе химиялық тұрғыдан дербестелген, яғни физикалық молекулалар құрайтын, жер қойнауларындағы химиялық әрекет өнімдері. Жер қыртысы сан түрлі тау жыныстарының жиынтығы деп есептесек, сол тау жыныстары жекелеген минералдардан санатына тек қана қатты заттарды жатқысса екіншілері олардың сұйық немесе газ күйінде болу мүмкіндіктерін де жоққа шығармайтындығын ескерген жөн. Тағы бір мәселе маңызды: табиғи минералдар мен қатар, бүгінгі таңда лабараториялық жағдайларда жасанды минерал кристалдарын “өсіру” тәжрибесі жақсы жолға қойылған олар іс-тәжрибеде жиі қолданылады. Әсіресе асыл тастарды “өсіру” жақсы жолға қойылған. Табиғи минералдар екі топқа бөлінеді, олар органикалық және биорганикалық минералдар. Органикалық минералдардың жаралу тегі органиклық тіршілікпен байланысты, оларға негізінен көміртегімен және оның қосындыларынан тұратын минералдың шағын тобы жатады. (көмір, гранит, таушайыр, шайыр, зәмзәм, кәрібтас т.б.) Минералдық түзілімдердің басым көпшілігі биорганикалық қосылыстарға жатады.

Минералогиялық зерттеулердегі ең маңызды әрекеттердің бірі оларды дұрыс анықтау болып табылады. Бүгінгі таңда бұл мәселені өте сезімтал приборлар мен жабдықтарды пайдалана отырып, әртүрлі дәлме-дәл зерттеу әдістері көмегімен табысты түрде шешуге болады. Геологтардың минералдар мен және тау жыныстармен бетпе-бет келуі алғаш рет далалық экспедициялық жұмыстар кезінде жүзеге асады. Ал бұл жағдайда дәлме-дәл лабораториялық талдаулар жүргізу мүмкіндігі мүлдем шектеулі болатындығы түсінікті. Сондықтан да минералдардың бір топ физикалық қасиеттерінің жиынтығы оларды тани білу және дұрыс анықтау кілті ретінде кеңінен пайдаланады.

Минералдарды көзбе-көз саралау және қолда бар мүкіндіктерді пайдаланып тексеріп көру нәтижесінде анықтау шаралары минералдарды анықтаудың макроәдісі деген атауға ие. Бұл әдіс минералогия ғылымының және минералдық жаратылысының түп-тамыры жайлы мол біліктіліктік керек қылмайды, мұнда тек қана минералдардың белгілі бір қасиеттері қолда бар мүмкіндіктер көмегімен анықталып алады да, олар әртүрлі анықтамалық басылымдардағы деректермен салыстырылады, сөйтіп минералды дұрыс анықтау мүддесіне қол жеткізеді.

Әдейілеп дәлме-дәл зерттеуді керек қылмайтын, бірақ минералды дұрыс танып білуге көмектесетін анықтау белгілерінің қатарына жататынды-минералдардың қаттылығы, жымдастығы, түсі, жұқпа түсі, жалтырлығы, меншікті салмағы, мөлдірлігі. Минералды дұрыс анықтаудың қосымша белгілері оларға тән кристал мүсіні және басқада морфологиялық ерекшеліктері, минералдың магниттілігі, жылуөткізгіштігі, электр өткізгіштігі, дәмі сипап көргенде байқалатын әсері исі т.с.с.

Аталған минерал қасиеттеріне жеке-жеке тоқталып өтейік.

Минералдардың қаттылығы-негізінен минералдың кристалдық тор ерекшеліктеріне тікелей байланысты бола отырып, олардың өздерінен қаттырақ денелер тарапынан тигізілген механикалық әсерге қарсылық көрсету қабілеті. Минерал қаттылығы әдетте сызық түсіру қатылығы және тегістеу қаттылығы болып үш түрге бөлінеді минералды пнықтау белгісі ретінде сыза түсіру қаттылығы ғана пайдаланады. Минерал кристалдарының сызат түсіру қаттылығы әдетте молос шкаласына кіретін төл нұсқа минералдар қаттылығымен салыстырмалы түрде анықталатын болса, олардың нақтылы қаттылығы склерометр және микроқаттыөлшем деп аталатын приборлар көмегімен анықталады.

Моос шкаласы 10 минералдан тұрады, бұлар өздерінің сызат түсіру қаттылығының көрсеткіштері бірте-бірте өсе беретін тізбек құрайды.Минералдардың салыстырмалы қаттылығын байырғы төл нұсқа ролін атқарады.Аталған тізбектегі минералдар реті төмендегідей; 1)Тальк; 2) Гипс; 3) Калцит; 4) Флюарид; 5) Апатит; 6) Ортоклаз; 7) Кварц; 8) Топаз; 9) Корунд; 10) Алмас. Зерттелмек минералдың бір мен он сандардың аралығындағы бүтін санмен белгіленетін салыстырмалығы қаттылығын анықтау үшін жоғарыда келтірілген минералдардың қайсысы оған сызат түсіре алатындығы және зертелмек минералдың өзі қандай төл нұсқаны сыза алатындығын анықтайды. Зерттелмек минералдың қаттылығы осы екі көрсеткіштің аралығына сәйкес келетін санмен анықталады. Мәселен, зерттелмек минерал кварцпен сызылатындығын, бірақ ортоклазбен сызылмайтындығын анықтадық делік; ал сол минералдың өзі апатитті өте анық, ал ортоклазды болмашы түрде болса да сызатындығы белгілі болсын; бұл деректер зерттелген минерал қаттылығы жеті екендігін дәлелдейді. Минералдың салыстырмалы қаттылығын кейде қолда бар бұйымдар көмегімен де анықтауға болады. Мысалы, адам саусағы тырнағының қаттылығы шамамен 2,25, мыс тиімдігі-3, болат бәнкініңкі-5, терезе шынысының қаттылығы – 5,5 т.с.с.

Минералдардың қаттылығы олардың сызат түсіруге көрсететін қарсылығы тұрғысынан қана анықталады, яғни бұл орайда минералдың ұрлап уатуға деген қарсылығы жайлы ұғым қалыптаспау тиіс. Мысалы, болат балға көмегімен алмас кристалын тас-талқан етіп уату көп қиындық туғызбайды, алайда сол алмас кристалы болатқа опаңай-ақ сызат түсіреді.

Тағы бір мәселені дұрыс түсіну маңызды. Моос шкаласындағы төл нұсқа минералдар 1 мен 10 аралығындағы бүтін сандармен белгілене отырып, өздерінің салыстырмалы қаттылығынан өсуі яки төмендеуі тұрғысынан ғана тізбектелген. Бұл тізбектен алмас гипстер 10 есе, ал флюоритен 7 есе т.с.с. қаттырақ деген қортынды шықпауы тиіс. Минералдардың шын мәніндегі қаттылығын микроқаттыөлшем көмегімен өлшеу нәтижесінде алмастың қаттылығы 10060, тальіктікі – 4, флюориттің бұл көрсетікші – 189 т.с.с.екендігі анықталған.

Минералдардың жымдастығы-минерал кристалдарының айқын немесе жасырын жақтарына бойлас бағытта басқа бағыттарға қарағанда әлде қайда жеңілірек даралану қабілеті. Минералдардың бұл қасиеті олардың кристалдарының ішкі құрылыс ерекшеліктерінен туындайды. Жымдастық қабілетіне қарай минералдар бес түрге жіктеледі, олар өте анық, орташа, анық, нашар және өте наша жымдастық деген сөз тіркестері арқылы өрнектеледі.

Жымдастығы өте анық минералдар әдетте жұп жұқа жарғақтарға оп-оңай дараланады (тальк, слюдалар, хлорит); анық жымдастық минералды ұрып қалғанда олардың дұрыс мүсінді байырғы кристалдарға ұқсайтын шағын-шағын бөлшектерге біршама оңай даралану қабілетімен анықталады (кальцит, галенит, ж.б.); орташа жымдастыққа иелік ететін минералдарды ұрғылап уатқанда олар біржақ жазықтығы бір шама тегіс, ал қалған жақтары кедр-бұдыр бөлшектерге дараланатын болады (пироксендер, рутиль); жымдастығы нашар жымдасқан минералдардың мұндай сипаты түрпілі яки тікенекті болып келеді.

Минералдардың жымдастығын анықтау барысында бұл түсінікті сол минералға тән кристалл жақтары жазықтықтарымен (бетімен).Егер зертелмек минерал болмысында бір-біріне бойлас бағытталған екі ғана тегіс жазықтық байқалатын болса, бұл жазықтықтар сол минералға тән кристалдық мүсін жақтары болып шығуыда ықтимал;ал егер минерал омырылымдарынан яки сынықшыларынан екіден гөрі көбірек тегіс жазықтықтар байқалатын болса, онда бұл минералдың жымдастығы бар болып шыққаны. Минералдың түсі – минералдарды анықтау және сипаттау барысында қолданылатын олардың өте маңызды қасиетерінің бірі. Минералдың түсі төрт түрлі жағдайда анықталады, олар-минерал үлгісінің түсі,минерал ұнтағының түсі(бұл түс “жұқпатүс” деп аталады), минералдың тас тілімдегі түсі және минерал кристалдарының шағылысқан жарықтағы түсі.

Минералдардың түсі көп жағдайда оларды дұрыс анықтаудың бірден-бір белгісі рөлін атқарады.Кейбір минералдардың түсі сол минерал атауының негізін құрауы осы айтқанымыздың дәлелі.Мәселен, азурит және лазурит минералдары ашық көк түске бойялған; хлорит-жасыл (“хлорос”) грек тілінде (“жасыл”),радонит-күлгін қызыл (грекше “радон”-“раушан”),гематит –қоңыр-қызыл (грекше “гематос”-“қан”), альбид-ақ (“альбус” грек тілінде “ақ”) түсті. Солай бола тұрсада, көптеген минералдардың түсі тұрақты болмайтындығын да ескерген жөн. Кең тараған кварц минералы мөлдір болуы (тау хрусталі), немесе қара (морион), күнгүрт (раухтопаз), күлгін (слу тас) т.с.с. түстерді иемделуі ықтимал.

Минерал жалғыз ғана, яғни тек өзіне ғана тән түсті иемденген жағдайда идеохроматтылық деген түснік енгізіледі, идеохрматтық түс минералдың ішкі қасиеттерінің туындай отырып, оны сипатап беруге жарамды түс ерекшелігі. Кейбір жағдайда аллохроматтылық құбылыс көрініс беруі ықтимал. Бұл жағдайда минералдың түсі оның химиялық табиғатынан туындамайды, сол минералға кірікке ұсақдисперциялық механикалық қоспалар әсерімен анықталады. Минералдарды анықтау белгісі ретінде тек қана оның идеохроматтық түсі қаралуы тиіс.

Минералдың жұқпатүсі-минералды бисквидке жұғыстыру нәтижесінде алынатын сол минералың тән түс ерекшелігі. Жұқпатүс реңі сол минерал кесегіне (үлгісіне) тән реңге сәйкес келмеу мысалдары кездесіп қалып отырады. Мәселен, гематит минералы әдетте сарғылт қара түске боялған, ал жұқпа түсі шиедей қызыл, немесе ашық сары түсті пирид минералының жұқпатүсі қара-қошқыл.

Қаттылығы 6-дан төмен минералдар ғана бисквит бетінде жұқпатүс қалдыратындығын ескер ген жөн. Мұның себебі бисквиттің өзінің қаттылығы5,5- 6-дан аспайды.

Минералдың жалтырлығы – минерал кристалдарының жарық сәулесін сындыру қабілетмен сипатталатын физикалық қасиеті. Минералдың жалтырлығы оларды анықтаушы қасиеттерінің бірі болып табылады, бұл сипат минерал бетінен шағылысқан жарық қарқынының қуаттылығымен анықталады.

Рудалық минералдардың көпшілігі бір шама күшті жалтырлықпен сипатталады, мұндай жалтырлық металдық жалтырлық деп аталады. Бейметалдық жалтырлық өз қарқынының бірте-бірте бәсеңси беруі тұрғысынан төменде аталған түрлерге жіктеледі: алмасша жалтылдайды (алмас, киноварь, күкірт) күнгірт жалтырлық (каолерит, бор); балауыздық жалтырлық (опал сияқты құрылымсыз немесе жасырын кристалды минералдар).

Минералдың меншікті салмағы – минерал салмағының сол минералдың көлеміне қатынасымен өлшенетін шама. Кез-келген минералдың меншікті салмағын анықтау көп қиындық туғызбайды. Ол үшін әуелі зертелмек минерал кесегінің салмағын өлшеп алу керек те, содан кейін оны ыдысқа толтырыла құйылған байырғы суға батыру керек. Байырғы судың тығыздығы бір г/см2 екндігі белгілі. Жаңағы минерал кесегі ығыстырып шығарған (төгілген) су салмағын өлшей отырып, сол минералдың меншікті салмағын қарапайым есептулер көмегімен бір шама дәл анықтауға болады.

Минералдың мөлдірлігі оның жарық сәулесін өткізу қабілетімен анықталады. Мөлдірлік дәрежесі жағынан минералдар үш топқа бөлінеді, олар-мөлдір минералдар (тау хрустальі, топаз, исландия шпаты); жартылай мөлдір минералдар (халцедон, замартас, киноварь) және мөлдір емес минералдар (пирит, галенит, магнетит). Минералдарды дұрыс анықтауда қосалқы рөл атқаратын сипаттардың ішіндегі ең маңыздылардың бірі минерал кристалдарының мүсіндері болса керек. Бұл түсінікті кейде кристал габитусы деп атайды. Кристалдар габитусы дегеніміз қарапайым мүсіндердің бірте-берте дами отырып жетілу нәтижесінгде минерал кристалдары иемделетін тұлғалар жиынтығы, яғни аталған кристалдардың сырт мүсіні. Кейбір минералдар тек өздеріне ғана тән кристалдық мүсіндерді иемдеді, бұл жағдайда олар сол минералды қапысыз танудың яки дұрыс анықтаудың кепілі бола алады. Мәселен, галелит, флюорит және пирит минералдары әдетте өте жақсы қырланған текше мүсіндер, ал магнетит минералы октаэдрлар түрінде кристалданады.

Кейбір минералдарды дұрыс анықтауда олар өзге де марфологиялық ерекшеліктері маңызды рөл атқарады. Кейбір минералдарға тел қосақтар (двойники) тән, бұлар пішіндері бір-бірінен аумайтын екі кристалдың өзара шорлана қосақталу нәтижесінде қалыптаса білді. Мәселен, гипс кел қосақтары әдетте қарлығыштың құйрығын еске салатын мүсіндер түзеді. Кейбір минералдар түрпітастар (друзы) түзуге бейім. Түрпітас дегеніміз бір – біріне ұқсас кристалдардың белгілі бір жазықтық бетінен бір бғытта яки кедергісіз кеңістікке қарай жамырай өсуі нәтижесінде қалыптасатын байырғы щетка сияқты пішінді иемденген минерал кристалдардың агрегаты. Мұндай түрпітастар кварц минералына тән. Минерал кристалдары тау жыныстарындағы әр түрлі қуыстарды иемденген жағдайда қуыстастар (жиоды) қалыптасады. Қуыстас аумағында жетілген кристалдар қуыстың орта шенінен оның жақтауларына қарай өсуі нәтижесінде тасберштер (конкреции) түзіледі қалыптаса (марказит минералы), сөз болған жақтаулардан қуыстың орта шегіне қарай өсуі салдарынан тас шемендер (секреции) түзіледі (тау хрустальі). Псиломилан, табиғи таза мыс, күміс және алтын кристалдары дендридтер түзуге бейім. Дендрид дегеніміз көрініс пішіні өсімдік бұтақтарымен жапырақтарын еске салатын, минералдың титтей кристалдарының бір-біріне жарыса немесе қосақталу нәтижесінде пайда болатын агрегаттар. Псиломилан минералы кристалдарынан тұратын дентриттер өсімдік жапырағының табына өте ұқсас болып келеді. Кейбір минералдар (боксит рудалары) оолиттер түзуге бейім. Оолидтер дегеніміз мөлшері милиметр бөліктерінен бірнеше см/ге дейінгі аралықтағы домалақ түзілімдердің жиынтығы.

Минералдарды дұрыс анықтауда аратұра олардың өзгеде қосалқы сипаттарын негізге алуға болады. Мұндай сипаттардың қатарына жататындар минералдардың магниттілігі (байырғы магнитке тартылу қабілетті), ергіштігі (галит, яки ас тұзы), дәмі (тұзды, қышқылтың, ащы), сипап көргенде қалдыратын әсері (майлы, салқын т.с.с.), исі (жер иісті) т.с.с.