Минерало́гия — наука о минералах — природных химических соединениях.
Минералогия изучает состав, свойства, структуры и условия образования минералов. Минералогия — одна из древнейших геологических наук. Первые описания минералов появились у древнегреческих философов. В дальнейшем развитию минералогии способствовало горное дело. В настоящее время интенсивно развиваются генетическая и экспериментальная минералогия.
В минералогии активно используются достижения физики, химии и других естественных наук. Так, минералогическое изучение метеоритов и образцов с других планет позволило узнать много нового об истории Солнечной системы и процессах формирования планет. Изучением минерального состава и минералов комет, метеоров, и других небесных тел, а также астрономической спектроскопией астероидов, комет и пыли околозвёздной среды в целом, занимается молодая наука на стыке минералогии, физики и астрономии — астроминералогия (astromineralogy).
Минералогия принадлежит к числу геологических наук. Название этой науки в буквальном смысле означает учение о минералах, которое объемлет все вопросы о минералах, включая и их происхождение. Термин «минерал» происходит от старинного слова «минера» (лат. minera — руда, ископаемое). Это указывает, что его появление связано с развитием горного промысла.
Интуитивно минералы можно определить как составные части горных пород и руд, отличающиеся друг от друга по химическому составу и физическим свойствам (цвету, блеску, твердости и т. д.). Например, биотитовый гранит как горная порода состоит из трех главных минералов различного состава: светлоокрашенного полевого шпата, серого кварца и черной слюды (биотита). Сплошная руда магнитного железняка сложена почти мономинеральным агрегатом, состоящим из кристаллических зерен магнетита.
На протяжении всей истории минералогии вопрос об определении содержания понятия «минерал» часто дискутировался, так что круг объектов этой науки неоднократно менялся и его границы нельзя считать окончательно установленными.
В настоящее время большинство объектов минералогии отвечает следующему определению: минерал — однородное природное твердое тело, находящееся или бывшее в кристаллическом состоянии. Таким образом, определенное понятие минерала отвечает минеральному индивиду — естественно ограниченному телу — и охватывает все разнообразие реальных единичных объектов минералогии, встречающихся в природе. В число минералов обычно не включаются высокомолекулярные органические
образования типа битумов, не отвечающие в большинстве случаев требованиям кристалличности и однородности. Некоторые из солеподобных органических соединений тем не менее рассматриваются в числе минералов, равно как и единичные аморфные образования, традиционно изучавшиеся минералогами, например, опал и аллофан. Газы, жидкости и вулканические стекла минералами не считаются.
С генетической точки зрения минералы представляют собой природные химические соединения и простые вещества, являющиеся естественными продуктами различных физикохимических процессов, соверша ющихся в земной коре и прилегающих к ней оболочках (включая и продукты жизнедеятельности организмов). (Разнообразнейшие синтетические продукты, т. е. искусственно получаемые в лабораториях и в заводских условиях химические соединения не могут называться минералами. Искусственными, или синтетическими, минералами условно называют лишь те искусственные соединения, которые по своему составу и кристаллическому строению отвечают природным.) К минералам относят и космогенные объекты, отвечающие вышеприведенным требованиям однородности и кристалличности.
Как показывают наблюдения над условиями нахождения минералов в природе, а также экспериментальные исследования, каждый минерал возникает в определенном интервале физикохимических условий (давления, температуры и концентрации химических компонентов в системе). При этом отдельные минералы сохраняются неизменными до тех пор, пока не будут превзойдены пределы их устойчивого состояния при воздействии внешней среды (например, при процессах окисления или восстановления, при падении или повышении температуры или давления и др.). Поэтому в историческом ходе развития геохимических процессов многие минералы подвергаются изменению, разрушению или замещению другими минералами, устойчивыми во вновь создающихся условиях.
Рассматривая минералы как части природных физикохимических систем, можно определить их, в полном соответствии с понятиями химической термодинамики, как природные твердые фазы (в понимании Дж. Гиббса). Необходимо только отметить, что некоторые минералы могут существовать в природе и за пределами своих полей устойчивости, сохраняясь в метастабильном состоянии долгое время (например, алмаз).
Весьма значительное количество известных в настоящее время минералов имеет важное практическое значение как минеральное сырье (при условии, конечно, если скопления их в определенных участках, называемых месторождениями полезных ископаемых, обладают промышленным содержанием и запасами, достаточными для обеспечения предприятия по разработке месторождения). Одни минералы (рудные) содержат в своем составе те или иные ценные для промышленности металлы (железо, марганец, медь, свинец, цинк, олово, вольфрам, молибден и др.), извлекаемые при металлургической обработке руд. Другие минералы (такие как алмаз, хризотиласбест, кварц, полевые шпаты, слюды, гипс, сода, мирабилит и др.), благодаря их ценным физическим или химическим свойствам, применяются для тех или иных целей в сыром виде (без переработки) или используются для получения необходимых в промышленности синтетических соединений, строительных материалов и пр.
Таким образом, минералогия как наука о природных химических соединениях (минералах) изучает во взаимной связи их состав, кристаллическое строение, свойства, условия образования и практическое значение. В соответствии с этим и задачи данной науки должны быть тесно связаны, с одной стороны, с достижениями смежных с нею наук (физики, химии, кристаллохимии и др.), а с другой — с запросами практики поисковоразведочного дела.
Главнейшими задачами минералогии в настоящее время являются:
1) всестороннее изучение и более глубокое познание физических и химических свойств минералов во взаимной связи с их химическим составом и кристаллическим строением с целью практического использования их в различных отраслях промышленности и выявления новых видов минерального сырья;
2) изучение закономерностей сочетания минералов и последовательности образования минеральных комплексов в рудах и горных породах с целью выяснения условий возникновения минералов и истории процессов минералообразования (генезиса), а также использованияэтих закономерностей при поисках и разведках различных месторождений полезных ископаемых.
Минералогические исследования при решении этих задач опираются на законы точных наук: физики, химии, кристаллографии, кристаллохимии, коллоидной химии и физической химии. Данные минералогии, в свою очередь, используются в таких науках, как геохимия, петрография, учение о месторождениях полезных ископаемых, а также в поисковоразведочном деле и в ряде технических наук (металлургия, обогащение руд и др.).
Представления о природе минералов, а соответственно, и содержание минералогии складывались исторически и менялись по мере развития знаний в области геологии и естествознания в целом. Рассмотрим главнейшие события в истории естествознания, повлиявшие на развитие минералогии как науки.
Впервые детально охарактеризованы все минералы, обнаруженные в образцах лунных пород, доставленных экипажами кораблей «Аполлон» и советскими автоматическими станциями «Луна-16» и «Луна-20». Более чем для 100 минералов приведены результаты химических, оптических, рентгеноструктурных и электронно-микроскопических исследований. Описаны минеральные парагенезисы, текстура и структура лунных минеральных агрегатов, связи минерального состава пород со специфическими условиями их формирования на Луне
Перед минералогией стоит неотложная задача использования для своих целей богатейшего материала, доставляемого атомной физикой и базирующейся на ней кристаллохимией как для познания химизма, свойств и форм минералов, так и для выяснения процессов минералообразования. Правда, в какой-то мере эта выдвинутая развитием науки задача уже разрешается, имеются журнальные статьи на такие темы и в отдельных книгах затрагиваются поставленные вопросы. Однако при рассмотрении науки в целом, т. е. в руководствах, изложение минералогической теории дается по преимуществу в слишком упрощенном виде, приспособленном к изучению науки о минералах при ее преподавании на первых курсах рузов. Между тем, специалисты, использующие в своей научной или практической работе данные минералогии, не могут ограничиваться лишь элементарными сведениями, да и в вузах, по мнению автора, есть надобность резко поднять теоретический уровень изучения минералогии. Короче говоря, давно назрела нужда в том, чтобы, аналогично математике, в нашей науке был создан курс «Высшей минералогии», как об этом писал проф. А.К.Болдырев еще в 1944 г.
Изложены методические рекомендации по основному методу термобарогеохимии — методу гомогенизации газово-жидких включений. Приведены основы метода, описана нестандартная аппаратура, способы ее изготовления, техника исследования включений в минералах, методика отбора образцов и изготовления препаратов. Даны рекомендации по определению температуры гомогенизации различных генетических типов включений и метрологическому обеспечению метода.
Методические рекомендации предназначены для геологов, геохимиков и минералогов производственных геологических организаций»
Термобарогеохимия изучает минералообразующие растворы и расплавы во включениях минералов, выявляет физико-химические и термодинамические режимы формирования эндогенных месторождений и горных пород. Объектом исследования термобарогеохимии служат разнообразные по составу и агрегатному состоянию включения, широко распространенные в минералах месторождений пневматолитового и гидротермального происхождения, меньше — в минералах эффузивных и интрузивных пород. С помощью различных методов и приемов по включениям выявляются истинные и относительные температуры роста минералов, давление минералообра-зующей среды и концентрации тех растворов, из которых кристаллизовались минералы. Полученная информация позволяет оценить процесс формирования эндогенных месторождений, способствует выяснению закономерностей пространственного расположения руд и служит основой для целенаправленного ведения поисково-разведочных работ и прогнозирования оруденения, особенно не выходящего на дневную поверхность.
В монографии обобщаются многолетние исследования, проводимые в пределах кварц-хрусталеносных полей Уральского метаморфическо го пояса. Доказывается генетическая связь процессов кварц-хрусталеобразования со стадиями тектоно—метаморфического цикла - образованием жильного кварца в ходе высокотемпературных экстремальных реакций прогрессивной стадии зеленосланпевой фации, формированием хрусталеносных полостей при низкотемпературных реакциях регрессивной стадии этой же фации. Высказанные положения подтверждаются структурным анализом и изучением ассоциаций с хлоритом.
Новая книга известного болгарского минералога академика И.Костова и И.Минчевой-Стефановой посвящена важному классу минералов — сульфидам и их аналогам (арсениды, селениды, теллуриды и т. п.). Детально рассмотрены кри-сталлохимические особенности сульфидов, изложены оригинальные представления об их образовании и ассоциациях и на этой основе предложена классификация сульфидов. Табличное приложение к книге содержит важнейшие химические и кристаллохимические данные 515 минеральных видов.
Для минералогов, геохимиков, кристаллохимиков, специалистов по изучению рудных месторождений и технологии минерального сырья, преподавателей, аспирантов и студентов геологических вузов.
Авторы весьма польщены тем, что их коллеги из Советского Союза сочли данную книгу достойной перевода на русский язык. Отдавая себе отчет в высоком уровне проводимых в СССР исследований в области минералогии сульфидов, авторы воспринимают оказанную им честь с вполне понятным волнением и с надеждой, что содержание книги оправдает доверие, оказанное авторам учеными СССР.Хотя данная книга появилась в печати всего лишь год назад, в ней уже сейчас можно обнаружить несколько устаревшие данные по тому или иному вопросу. Поэтому мы сочли необходимым при подготовке русского издания внести отдельные исправления, заполнить некоторые пробелы, а также дополнить список природных сульфидов вновь открытыми минералами. В своей основе, однако, книга осталась такой же, какой она была опубликована издательством Болгарской Академии наук в Софии. Авторы тем не менее осознают, что даже и в настоящем виде книга не будет лишена отдельных противоречий, пропусков и ошибок. Они будут весьма благодарны за все доведенные до их сведения замечания.
В этот том включены доклада, представленные на XI съезде ММА (Новосибирск, 4-10 сентября 1978 г.) и посвященные различным аспектам экспериментальной минералогии и петрологии. Книга представляет интерес для широкого круга геологов, специалистов в области генетической и экспериментальной минералогии и петрологии.
По инициативе Комиссии по экспериментальной петрологии высоких давлений и температур при Международном союзе геологиче-ких обществ с участием Международной минералогической ассоциации з рамках XI съезда ассоциации, состоявшегося 4-10 сентября [978 года в г.Новосибирске, проведен симпозиум "Экспериментальная минералогия и проблема верхней мантии". Симпозиум был организован Комиссией по экспериментальной минералогии Всесоюзного минералогического общества.В настоящий сборник включены доклады по экспериментальной минералогии и петрологии, прочитанные учеными СССР, ФРГ, Канады, Японии и США на заседаниях симпозиума и некоторых других секциях (I съезда Международной минералогической ассоциации.В статье П.Уайли, открывающей сборник, дано обобщение экспериментальных исследований автора по плавлению перидотита в присутствии флюидов с различным соотношением Н20 и С02 при давлениях до 40 кбар. Присутствие H2O и CO2 приводит к понижению температуры солидуса, и состав флюидной фазы существенно зависит от температуры, давления и содержания H2O и CO2, если они, конечно, присутствуют в мантийных минералах. Зона пониженных скоростей в мантии связана с начальным плавлением периодитов. Различные геотектонические условия отличаются соотношениями H2O и CO2 во флюидах и, следовательно, условиями плавления.В.А.Жариков, Р.А.Ишбулатов, Ю.А.Литвин в своей статье приводят данные экспериментальных исследований, подтверждающих ранее выдвинутую авторами гипотезу происхождения изверженных пород известко-во-щелочных серий из мантийных базальтовых магм или эклогитов путем выноса 10-30% первичного содержания щелочей. Непосредственно показано, что добавление щелочей к кремнеземсодержащим разностям перемещает фигуративные точки расплавов в область эклогитовых па-рагенезисов, отделенных от кремнеземсодержащих пород температурным барьером. Показано, что это связано с избыточным содержанием кремнезема в клинопироксенах высокого давления.
В книге изложены новые данные о типоморфизме минералов и минеральных ассоциаций и показаны возможности использования их особенностей для выяснения генезиса руд и пород разных генетических типов. Рассмотрено значение выявляемых закономерностей для поисков, разведки и оценки минеральных месторождений, в том числе - новых типов. Доказывается необходимость интерпретаций результатов исследований типоморфизма минералов в тесной связи с материалами, характеризующими геологическое строение районов и рудных полей. Оцениваются перспективы минералогического картирования с оконтуриванием участков и зон распространения типоморфных минералов и их ассоциаций.
Книга представляет значительно дополненное и переработанное издание предыдущей книги автора «Физико-химические основы анализа парагенезисов минералов» (1957 г.), которая была издана также на английском, французском и японском языках. Глава I посвящена термодинамическим основам анализа парагенезисов минералов, в особенности введенным автором понятиям открытых систем с вполне подвижными компонентами. Она дополнена данными об активности, фугитивности, кислотно-основном взаимодействии компонентов, термодинамических потенциалах систем с извне заданной кислотностью и окислительном потенциале. Глава II излагает графические методы изображения составов и их проективные преобразования. В главе III исследуется связь между минеральным и химическим составом при постоянных внешних условиях на основе правила фаз Гиббса. В главе] IV рассматривается зависимость минерального состава от внешних условий, излагаются методы построения многопучковых диаграмм минеральных равновесий в зависимости от интенсивных параметров, особенно от химических потенциалов двух вполне подвижных компонентов. В главе V излагается развитая автором теория экстремальных состояний минеральных систем (не затрагивавшаяся в предыдущем издании). В главе VI рассмотрено значение анализа парагенезиса минералов для решения петрологических проблем. Книга рассчитана на исследователей, интересующихся вопросами физико-химической петрологии и минералогии.
Обобщены новейшие данные в области синтеза ряда минералов в гидротермальных условиях, рас-плавными методами и при высоких давлениях. Приведены сведения по условиям выращивания, изучению строения и физических свойств кварца и некоторых его разновидностей, оптического кальцита, асбеста, цинкита, канкринита, циркона, иттриево-алюминиевых гранатов, фторфлогопита, муллита, алмаза и некоторых других минералов.
Для минералогов, геохимиков, кристаллографов, физиков, а также для всех других специалистов, занимающихся выращиванием и исследованием минералов, изучением процессов природного минерало-образования.
Третий выпуск тома III справочника «Минералы» содержит характеристику ленточных силикатов. Как и в предыдущих выпусках справочника при составлении статей критически использованы опубликованные в СССР и за рубежом результаты новейших исследований (рентгеноструктурных, химических, оптических и других), указаны условия образования и главные месторождения минералов, приведены данные об их синтезе и практическом использовании.
Справочник предназначен для широкого круга специалистов, имеющих дело с изучением и использованием минерального сырья.
