Мінеральний склад земної кори

Мінерали (Minera – середньовічне латинське «руда») – природні речовини з більш-менш постійним хімічним складом і фізичними властивостями, що утворені геологічними процесами в надрах Землі та на її поверхні.

Відомо більш як 2500 основних видів мінералів - від найпростіших, хімічний склад яких визначається тільки одним елементом (наприклад, самородне золото, мідь, графіт, сірка), до дуже складних, що містять багато різних елементів. Наприклад, формула середнього за складністю мінералу – рогової обманки виглядає так:

Na_0-1Ca₂(Mg,Fe⁺²,Al,Fe⁺³,Ti)_4-5[OH,F]₂·[(Si,Al,Ti)₂Si₆O₂₂]

Крім природних відома також велика кількість штучних мінералів. Синтезуються ті мінерали, ресурси яких у природі обмежені або видобуток їх дорожчий, ніж вирощування в лабораторних умовах. Синтетичні мінерали – п’єзокварц, слюди, рубін, алмаз, сапфір та багато інших використовуються в техніці і ювелірній справі.

Найчастіше мінерали зустрічаються у вигляді кристалів у формі багатогранників. Здатність мінералів до геометрично правильного самообмеження зумовлена закономірним розташуванням атомів, іонів та молекул, що входять до їх складу. Просторове розташування цих елементів характеризує внутрішню структуру мінералу – його так звану кристалічну решітку. Площини, що обмежують кристал, називаються гранями, лінії перетинання площин – ребрами, точки перетинання ребер – вершинами. Це головні морфологічні елементи кристалів.

Існують мінерали, що знаходяться не у кристалічному, а в аморфному стані. Молекули, з яких вони складаються, безладно розташовані у просторі. Фізичні властивості аморфних мінералів приблизно однакові в усіх напрямках. Такі мінерали називають ізотропними.

На відміну від аморфних мінерали з кристалічною структурою – анізотропні. Їх фізичні властивості (наприклад, твердість, електропровідність) відрізняються, у залежності від обраного напрямку, в якому параметри цих властивостей вимірюються.

Для того, щоб мінерал утворився, необхідні хімічні елементи, з яких він буде складатися, а також відповідні умови утворення – тиск (Р) і температура (Т), тобто РТ-умови. Зміні РТ-умов роблять більшість раніше утворених мінералів хімічно нестійкими. Вони змінюються, перетворюються в інші – більш стійкі, або зникають, переходячи у розчин, розплав чи газ. Цей процес супроводжується перебудовою кристалічних решіток, приєднанням або утратою води і вуглекислоти.

Кристали утворюються частіше з рідин – розчинів чи розплавів, з газів а також внаслідок перекристалізації існуючих мінералів. Процеси кристалізації досить складні. У вільному просторі відбувається утворення поодиноких кристалів – монокристалів і друз – скупчень поодиноких кристалів. За умов усебічного тиску кристали ростуть одночасно в усій масі розплаву і кожний з них заповнює ту частину простору, яка йому дістається у конкурентній боротьбі з іншими кристалами. Внаслідок цього

кристали не можуть одержати властиву їм правильну форму і утворюють агрегати, що складаються з безформних зерен. Лише окремі мінерали, що володіють великою силою росту граней, зберігають в агрегатах свою зовнішню кристалічну форму.

Ендогенні мінерали утворюються внаслідок:

– кристалізації остигаючої магми в земній корі та вулканічних вивержень лави (магматичні процеси);

– випадіння в тріщинах і в порожнечах порід з гарячих водяних розчинів (гідротермальні процеси), чи газів (пневматолітові процеси), які піднімаються з глибин;

– дифузійних явищ, що спричиняють перекристалізацію мінералів під впливом високого тиску і температури, а також хімічно активних речовин у глибинах земної кори (метаморфічні процеси);

– хімічних обмінних реакцій між магмою і породами, що її вміщюють, (метасоматичні процеси).

Екзогенні мінерали утворюються на поверхні Землі чи поблизу від неї завдяки процесам:

– хімічного і біохімічного розкладання існуючих мінералів і порід за умов впливу на них атмосферних газів, водяних розчинів, сонячної радіації (процеси вивітрювання);

– випадіння на дні водоймищ з водяних розчинів солей та інших сполук (процеси хімічного осадконакопичення);

– заповнення порожнеч між зернами пухких осадків різними мінеральними утвореннями, що розчинені в циркулюючих підземних водах (цементація осадків при їх перетвореннях – процеси діагенезу).

Існуюча класифікація мінералів враховує їх хімічний склад і будову кристалічних решіток. У спрощеному її варіанті виділяються наступні класи, до яких, наприклад, належать мінерали:

1. Самородні елементи – золото (Au), ртуть (Hg).

2. Сульфіди (сірчасті сполуки) – пірит (FeS₂).

3. Оксиди та гідрооксиди – кварц (SiО₂), лімоніт (Fe₂O₃·nН₂O).

4. Карбонати (солі вугільної кислоти) – кальцит (CaCO₃).

5. Сульфати (солі сірчастої кислоти) – гіпс (CaSO₄·2H₂O).

6. Галоїди (сполуки з Cl, F, Br, I) – галіт (NaCl).

7. Силікати таалюмосилікати – слюди, польові шпати та інші.

У класифікацію не ввійшли ще два менш поширених класи мінералів – фосфати (апатит - Ca₅(F,Cl)(PO₄)₃ і вольфрамати (вольфраміт - (Fe,Mn)(WO₄)).

Про поширеність різних класів мінералів свідчать наступні дані. Силікати складають близько 75% маси земної кори, окисли – 17, карбонати – 1,7, сульфіди – 1,15, інші – десяті частки проценту.

Силікати не тільки найпоширеніші мінерали, але й найбільш складні за хімічним складом і структурою. Головні хімічні елементи, що входять до складу силікатів – це O, Si, Al, Fe, Mg, Mn, Ca, Na, K, а також Li, Be, B, Ti, Zn, рідкісні землі F,H, (OH), H₂O та ін.

Основа усіх силікатів – комплексні аніони у вигляді кремнекисневих тетраедрів [Si₄]^4-, що сполучаються один з одним по-різному. Внаслідок цього кристалічні решітки силікатів можуть будуватися відповідно до різних структурних мотивів. Це дозволяє виділяти підкласи силікатів:

– острівні – з ізольованими тетраедрами;

– ланцюгові – з ланцюжками з тетраедрів;

– стрічкові – зі спарених ланцюжків;

– листові – із з'єднань тетраедрів, що утворюють плоскі структури;

– каркасні – тривимірні, об'ємні структури.

Складність хімічного складу силікатів зумовлена тим, що в їх будові завдяки вільним кисневим валентностям можуть брати участь різні метали та інші хімічні елементи.

З загальної кількості найменувань існуючих у природі мінералів силікати складають 34%, оксиди та гідрооксиди – 25%, сульфіди – 20%. На всі інші припадає близько 20%.

Дата добавления: 2014-01-07