Що таке мінерал?

Лекція 1. Мінералогія як наука. Поняття мінералу, мінерального виду, мінерального індивіду та агрегату. Історія мінералогії. Значення мінералогії. Місце мінералогії в системі геологічних наук.

Курс мінералогії, викладання якого розпочинає ця лекція, є базовим курсом геологічної освіти.

Мінералогія - наука про мінерали, їх хімічний склад, будову, властивості, генезис та розпо­діл у природі. Вона охоплює природні об’єкти, безпосередньо доступні для вивчення через відбір необхідних зразків із поверхні та керну свердловин та гірничих виробок, а також модельні об’єкти, на яких, у лабораторних умовах, відтворюються ситуації, безпосередньо недоступні для людини (мантійні умови чи умови надзвичайно високих тисків, що реалізуються у розломних зонах чи при падінні крупних метеоритів).

Дослідження руд, порід та мінералів поряд із вивченням живих організмів стало першим досвідом людини-дослідника. Саме досліджуючи руди, в період Відродження, було виявлено, що вони складаються із різних якісно відмінних складових – мінералів, а дослідження природи цих відмінностей між мінералами привело до лавиноподібного відкриття хімічних елементів у XVIII-XIX століттях.

Мінералогія є наукою, в межах якої зародилося багато фізичних та хімічних ідей і яка й тепер активно поповнює знання людства про навколишній світ. Можна згадати, що вивчення мінералу магнетиту фізиками при­звело до народження вчення про магнетизм, що явище радіоактивності було від­крито в уранініті-настурані, що найпотужніший метод визначення атомної струк­тури кристалічної речовини рентгеноструктурний аналіз започаткований першим спостереженням дифракції рентгенівських хвиль у кристалах мінералів, що вив­чення мінералів в медицині призвело до розробки нових методів лікування недуг, тощо.

Знання мінерального складу речовини – ключ до пізнання геологічних процесів. Це ж може стосуватися проблем довкілля, переробки мінеральної сировини, проблем здоров’я людей (професійні захворювання шахтарів чи гірняків, захворювання, викликані пилом).

Якщо люди, що контролюють ці галузі, не володіють поглибленими знаннями в мінералогії, то наслідком можуть бути значні економічні збитки (проблема азбесту, кварцу-канцерогена, забруднення середовища кварцом, каолінітом, використання деяких цеолітів як харчових добавок для худоби).

Засвоєння існуючого об’єму мінералогічних знань, та і самі мінералогічні дослідження неможливі без глибоких знань законів фізики та хімії. Необхідними складовими знань мінералога є неорганічна хімія, фізична хімія, кристалографія та кристалохімія, а також основи фізики твердого тіла.

Індивідуальність статусу науки можна визначити двома основними чинниками - об'єктами дослідження та метою дослідження цих об'єктів.

Об'єктами дослідження в мінералогії є

o мінерали в їх ідеальному (модельному) вигляді - як певні хімічні кристалічні сполуки (і в цьому мінералогія змикається із хімією та фізикою);

o мінерали в конкретному природному проявленні як результат і як свідчення геологічних процесів;

o мінеральна сировина, що видобувається із надр і підлягає переробці в ході певних технологічних процесів.

Що таке мінерал?

Мінералогія зародилась багато століть назад як наука про природні викопні речовини та продукти їх переробки.

Походження назви мінералогії:

Із нагромадженням знань відбувалась зміна поняття «мінерал». Термін мінерал є кельтського походження та існував в латинській мові вже в кінці XII ст., позначаючи всі корисні копалини, із яких добувають метали, поряд із ним існувало поняття «металічні руди» - metallum, а також поняттям lapis позначалось любе інше каміння (породи та мінерали, із яких не добувається метал). Часто до мінералів відносили всі корисні для людини природні речовини, отримувані із землі: ґрунти, торф, кам’яне вугілля, бурштин, нафту, природні гази. Рудименти цих уявлень зустрічаються і до сих пір у ряді неспеціалізованих та популярних видань. Класичним прикладом є згадки про мінерали у воді і чи у медичних препаратах, що щоденно звучить у рекламі, або ж такі «мінерали» як нафта, боксит, лімоніт, вугілля.

Визначення поняття «мінерал» змінювалося із часом із розвитком методів мінералогічних досліджень і теоретичних уявлень. Варто навести деякі визначення, що часто зустрічаються в підручниках та спеціалізованих виданнях:

«Мінерал - продукт хімічних реакцій, що протікають в земній корі» (В.І.Вернадський)

«Мінерали - продукти природних процесів, що фізично і хімічно індивідуалізовані у вигляді простих речовин або сполук» (Лазаренко, 1970)

«Мінерал - однорідне тверде тіло, що зустрічається в природі з певним, але звичайно непостійним хімічним складом і впорядкованим розподілом атомів. Він звичайно утворюється внаслідок неорганічних процесів» (Хёрблат, Клейн, 1982).

«Мінерали - природні кристалічні речовини, що утворились без втручання людини в результаті геохімічних або космохімічних процесів» (Годовиков, 1979)

«Мінерал - це кристалічна складова частина гірських порід, руд та інших (у тому числі колоїдно-дисперсних) агрегатів неорганічного сві­ту, яка утворилася в результаті фізико-хімічних процесів, що протікають у земній корі та наближених до неї оболонках» (О.С. Поваренних, 1985).

Для узгодження термінології та класифікації мінералів при Міжнародна мінералогічна асоціація (IMA)– співтоваристві мінералогів всього світу, була створена Комісія із нових мінералів та назв мінералів (CNMMN IMA). Визначення, рекомендоване цією комісією в 1995 році є зараз загальноприйнятим (Nickel, 1995):

«Мінерал - елемент або хімічна сполука, що є кристалічною в нормальних умовах і утворилась в результаті геологічних процесів». Це визначення не має зворотньої сили і тому ті речовини, що вже отримали статус мінералу, не можуть бути автоматично дескредитовані у зв'язку із невідповідністю цьому визначенню.

Дескредитація мінералу – відмова певній природній речовині у праві називатися мінералом через невідповідність вимогам визначення поняття «мінерал».

Дискредитовані як мінерали наступні речовини:

· боксит – суміш гідроксидів алюмінію (ґібситу, беміту, діаспору), кварцу, гетиту, каолініту, гематиту

· лімоніт – суміш гідроксидів феруму (ґетиту, лепідокрокіту) із кварцом та глинистими мінералами

· псиломелан – суміш складних оксидів мангалу (романешит, голандит, тодорокіт, бернесит)

· каламін – суміш карбонатів та силікатів цинку (смітсоніт, геміморфіт)

· вад – суміш нікель-місних мінералів.

Ця ж доля спіткала багато інших природних утворень, що вважалися мінеральними видами. У першу чергу це стосується тонкозернистих агрегатів, змога дослідити які з’явилася тільки із створенням приладів для локального вивчення складу та структури речовини в зернах ~ 1-10 мкм.

Узагальнюючи відомі визначення мінералу, можна сформулювати основні критерії, згідно яких певну речовину ми можемо віднести до мінералів:

§ наявність кристалічної будови при нормальних умовах (25°С і 0,1 МПа) або ж в умовах, що існують в літосфері

§ певний хімічний склад

§ специфічне походження, як продукту геологічних процесів.

Давайте детально розглянемо кожен із цих критеріїв. При цьому необхідно пам’ятати, що із любого правила є і винятки.

Перш за все, варто відмітити, що мінерал є фазою, певним об’ємом речовини, відділеним від оточуючого середовища поверхнею поділу. П рикладом фази є бульбашка повітря у воді. Візьмемо, для прикладу, мінерал кварц – це зерно, що переміщується морськими хвилями, кристал гірського кришталю в гідротермальній жилі, зерно у пісковику чи граніті. Порода є багатофазовою, складається із зерен (кристалів) різних мінералів. Саме багатофазовістю відрізняється більшість порід від моно мінеральних агрегатів. Для цього потрібно вміти бачити границі мінеральних фаз.

Запам’ятаємо – мінеральне зерно завжди кристал, тоді як природна речовина, що має кристаломорфну форму – не завжди кристал, або ж, точніше, не завжди є однофазовим кристалічним тілом.