Файл: Понятие о минералах. Классификация минералов. Минералогический состав почв.doc

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

_________________________________________

ФГОУ ВПО «ВЯТСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

КАФЕДРА ПОЧВОВЕДЕНИЯ, АГРОХИМИИ, МЕЛИОРАЦИИ И ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВА

Е.В. Дабах

ПОНЯТИЕ О МИНЕРАЛАХ.

КЛАССИФИКАЦИЯ МИНЕРАЛОВ.

МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВ

Киров 2010

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

_________________________________________

ФГОУ ВПО «ВЯТСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

КАФЕДРА ПОЧВОВЕДЕНИЯ, АГРОХИМИИ, МЕЛИОРАЦИИ И ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВА

Е.В. Дабах

ПОНЯТИЕ О МИНЕРАЛАХ.

КЛАССИФИКАЦИЯ МИНЕРАЛОВ.

МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОЧВ

Методические указания к лабораторно-практическим занятиям

по основам геологии на агрономическом факультете

Киров 2010

УДК 631.4:552

Дабах Е.В. Понятие о минералах. Классификация минералов. Минералогический состав почв: Методические указания к лабораторно-практическим занятиям по основам геологии на агрономическом факультете.- Киров: Вятская ГСХА, 2010.-25 с.

Рецензенты:

- зам. генерального директора - главный геолог ОАО НИПИИ «Кировпроект» Лемешко А.П.

- доцент каф. Почвоведения, агрохимии, мелиорации и землеустройства ВГСХА Тюлькин А.В.

Методические указания рассмотрены методической комиссией агрономического факультета ВГСХА и рекомендованы к печати (протокол №5 от 1 марта 2010г.).

В методических указаниях приведена краткая характеристика минералов, входящих в состав почвообразующих пород и почв, являющихся агрорудами, применяемых в сельском хозяйстве. Работа предназначена для студентов сельскохозяйственных ВУЗов.

 - Дабах Е.В., 2010

- Вятская государственная сельскохозяйственная академия, 2010

Введение

Цель методической разработки для лабораторно-практических занятий – оказать помощь студентам в изучении минералов, уделяя при этом особое внимание породообразующим, почвенным минералам и минералам-агрорудам.

На практических занятиях студенты должны:

1. Ознакомиться с внешним видом минералов, формами нахождения их в природе.

2. Изучить физические свойства минералов.

3. Отметить положение каждого минерала в классификации по химическому составу и указать его практическое значение.

4. Описать свойства и определить главнейшие породообразующие минералы.

5. Отметить минералы – источники элементов питания для растений.

6. Изучить минералы, входящие в состав разных фракций гранулометрического состава почв.

7. Результаты лабораторно-практической работы оформить в виде таблицы.

Понятие о минералах. Формы нахождения их в природе.

Минералы – природные химические соединения или самородные элементы, возникающие в результате разнообразных физико-химических процессов, происходящих в земной коре и на ее поверхности. Известно около 4 тысяч минералов. Изучением их занимается отрасль геологии - минералогия.

Большинство минералов – твердые вещества (кварц, полевые шпаты, кальцит и др.), но есть и жидкие (ртуть, вода, нефть), и газообразные (углекислота, сероводород и др.). Твердые минералы могут находиться в природе в кристаллическом и аморфном состоянии. Для кристаллических тел характерно упорядоченное расположение слагающих их частиц: атомов, ионов, молекул. Их отличительная особенность – анизотропность – неравносвойственность в различных направлениях. Кристаллизация в свободном пространстве приводит к образованию единичных кристаллов, друз, щеток – скоплений одиночных кристаллов, прикрепленных одним концом к общему основанию (горный хрусталь, кварц, галенит). Хорошо ограненные кристаллы в природе встречаются редко. По форме одиночного кристалла можно определить минерал. Например: галит, галенит, пирит имеют форму куба; кальцит – ромбоэдра; кварц, горный хрусталь – шестигранника. Сросшиеся одиночные монокристаллы образуют двойники («ласточкин хвост» – у гипса) и тройники.

Естественные скопления минералов называются минеральными агрегатами. Очень немногие минералы сохраняют в агрегатах свою форму. Строение минеральных агрегатов может быть следующим: зернистым – мелкие сросшиеся зерна кристаллов (оливин, апатит, пирит), землистым – напоминающим рыхлую почву (каолинит, охра), плотным (халцедон), призматическим, игольчатым, волокнистым (волокнистый гипс, роговая обманка, асбест, актинолит), листовым, чешуйчатым (слюды), радиально-лучистым (марказит).

Округлые агрегаты представлены конкрециями, секрециями, оолитами. Секреции образуются при заполнении округлых пустот в горных породах от краев к центру концентрическими слоями. Секреции крупных размеров (более 10мм в диаметре) называются жеодами, они часто заполнены кристаллами горного хрусталя, аметиста, кальцита и других минералов. Конкреции – шарообразные стяжения, которые растут от центра к периферии и часто имеют радиально-лучистое строение. Характерны для мелкокристаллических и аморфных минералов, хотя встречаются конкреции и хорошо окристаллизованных минералов (гипс, марказит). Оолиты – мелкие, округлые образования с радиально-лучистым или скорлупообразным строением (пиролюзит, боксит, кальцит). Аморфным веществом сложены натеки и пленки. Натечные формы – сталактиты и сталагмиты образованы лимонитом, кальцитом, а почки – малахитом, гематитом, арагонитом. Пленки (налеты, выцветы, примазки) покрывают тонким слоем поверхность минерала. Например, на кристаллах горного хрусталя встречаются пленки бурых гидроксидов железа. В трещинах можно обнаружить дендриты – древовидные пленки, напоминающие ветви хвойных растений, возникающие при быстрой кристаллизации в трещинах или при большой вязкости вещества. Дендриты образуют самородное золото, серебро, оксиды марганца и железа. Выцветы – периодически появляющиеся отложения солей (сульфатов, галоидов) на поверхности горных пород, сухих почв. В дождливые периоды они исчезают, в сухую погоду появляются.

Физические свойства минералов.

Минералы обладают определенными свойствами, позволяющими различать и диагностировать их. Физические свойства минералов, используемые для их определения, называются диагностическими.

Цвет минералов зависит от их структурных особенностей, присутствия в них красящих элементов (хромофор) и механических примесей. Например, если в структуру граната входит магний, то минерал имеет кроваво-красный цвет (пироп), а если эти же позиции заняты кальцием – то желтоватый или зеленоватый цвет. Механическая примесь мельчайших кристаллов турмалина окрашивает бесцветный кварц в голубую окраску. «Загрязняющими» окраску механическими примесями могут быть бурые гидроксиды железа, органические вещества. Цвет минерала следует определять на свежем изломе, так как в процессе выветривания он может измениться, особенно у сернистых и мышьяковистых минералов. Для некоторых минералов цвет – основной диагностический признак. Например, аметист – фиолетовый, малахит – зеленый, рубин – красный. У некоторых минералов наблюдается ложная окраска, связанная с наличием трещин, мелких включений, тончайших пленок на поверхности. Отражение света происходит как от поверхности минерала, так и от поверхности включений и трещин, что воспринимается в виде радужной игры цветов. Это явление иризации. Оно характерно для лабрадорита, содержащего тончайшие включения пластинчатых кристаллов гематита по плоскостям спайности. Иризирующие пленки на поверхности минералов называют побежалостью. Разноцветная побежалость характерна для медьсодержащих минералов (халькопирита), одноцветная - золотистая – для бурого железняка - лимонита.

Цвет черты – цвет минерала в мелкораздробленном состоянии (порошке). Для определения цвета черты проводят куском минерала по неглазурованной фарфоровой пластинке – «бисквиту». Минерал не должен быть тверже бисквита, иначе он оставит не черту, а царапину. Цвет черты может отличаться от цвета минерала: гематит в куске черный, а в порошке – вишнево-красный, кальцит независимо от окраски имеет белую черту.

Прозрачность – способность вещества пропускать свет – зависит от физико-химических свойств вещества. Все минералы делятся на прозрачные (горный хрусталь, исландский шпат), полупрозрачные (сфалерит, киноварь, изумруд, халцедон, опал), непрозрачные (галенит, пирит, графит, магнетит). Прозрачны в тонких осколках полевые шпаты, пироксены, амфиболы.

Двойное лучепреломление характерно для некоторых прозрачных минералов и связано с различием показателей преломления по разным направлениям. Если через пластинку исландского шпата (разновидности кальцита) рассматривать какой-либо текст, то он будет двоиться.

Блеск минералов – способность их поверхности отражать свет. Различают минералы с металлическим блеском (пирит, халькопирит, галенит), полуметаллическим блеском тусклого металла (гематит, графит, киноварь) и неметаллическим блеском: стеклянным (силикаты), жирным (тальк и сера), алмазным (алмаз и касситерит), шелковистым (асбест и селенит), восковым (халцедон), перламутровым (слюда).

Твердость – сопротивление минерала царапанью – определяют в условных единицах по шкале Мооса (табл. 1).

Таблица 1

Шкала твердости

Твердость
по шкале Мооса	полевая
Тальк Гипс	мягкие минералы, царапаются ногтем
Кальцит Флюорит Апатит	средние, царапаются стальным ножом
Ортоклаз Кварц Топаз Корунд Алмаз	Твердые минералы не царапаются стальным ножом тв. больше 7 – царапают стекло тв. больше 8 – режут стекло тв. больше 10 – режут все вещества

Ноготь имеет твердость 2.5, медная монета – 3, оконное стекло – 5–5.5, стальной нож – 5.5–6.

Спайность минералов – способность их раскалываться по определенным направлениям – плоскостям спайности. Встречаются минералы с весьма совершенной спайностью. Такие минералы легко расщепляются на пластинки, листочки, образуя ровные плоскости (слюды). Минералы с совершенной спайностью раскалываются с образованием ровных блестящих плоскостей в двух (ортоклаз), трех (кальцит, каменная соль), четырех (флюорит), шести (сфалерит) направлениях. Несовершенная спайность обнаруживается с трудом на обломках минерала (апатит, берилл). У минералов с весьма несовершенной спайностью плоскости спайности отсутствуют (корунд, кварц, касситерит).

Излом определяет характер поверхности, возникающей при расколе минерала. Ровный излом дают минералы, обладающие спайностью. Поверхность раскола не по плоскостям спайности может быть следующей: раковистой – похожей на внутреннюю поверхность раковины (опал, халцедон, вулканическое стекло), неровной – без блестящих спайных участков (апатит), занозистой – напоминает излом древесины поперек волокон (асбест, гипс, роговая обманка), крючковатой – поверхность излома покрыта мелкими крючками (самородная медь, серебро), землистой – у землистых минералов (каолинит, охра).

Плотность минерала зависит от его структуры и химического состава и колеблется от 0.9 – у льда до 23 г/см³ – у осмистого иридия. Большинство минералов имеет плотность от 2.5 до 4.5. К легким относятся минералы с плотностью до 2.5, к средним – 2.4–4.0, к тяжелым – более 4 г/см³. Непрозрачные минералы с металлическим блеском (пирит, магнетит) обычно тяжёлые, прозрачные со стеклянным блеском – легкие (кварц, гипс, галит, ортоклаз).

Магнитность – способность минералов действовать на магнитную стрелку или притягиваться к магниту – характерна для железосодержащих минералов: магнетита, пирротина.

Растворимость в кислотах – важное свойство минералов класса карбонатов растворяться в 10% растворе соляной кислоты. Кальцит и малахит растворяются в ней на холоде, магнезит – при нагревании, а доломит – только в раздробленном виде.

Вкус характерен для растворимых в воде минералов: для галита – соленый, сильвина – горько-соленый, квасцов – кислый. Легкорастворимые минералы растворяются на языке (карналлит), нерастворимые – липнут к языку (каолинит, галлуазит).

Запах возникает при трении желваков фосфорита (жженой кости), при нагревании серы и янтаря, при выбивании искр из пирита и марказита (сернистого газа); запах чеснока характерен для минералов, содержащих мышьяк.

Ковкость – свойство ковких минералов при ударе молотком сплющиваться и закругляться по краям, в то время как хрупкие минералы при ударе раскалываются на мелкие куски. При царапании хрупких минералов образуется порошок, а на поверхности ковких остается блестящий след.

Классификация минералов

В основу классификации минералов (по А.Г. Бетехтину) положен кристаллохимический принцип. Все минералы подразделяются на несколько классов, из которых главнейшими являются: 1) силикаты, 2) оксиды и гидроксиды, 3) карбонаты, 4) фосфаты, 5) сульфаты, 6) галоиды, 7) нитраты, 8) су-льфиды, 9) самородные элементы.

К классу оксидов и гидроксидов относятся кислородные и водные соединения металлов и металлоидов. На их долю приходится около 17% массы земной коры. К этому классу относятся такие важнейшие минералы как кварц, лимонит, гематит, магнетит, боксит, пиролюзит и др.

Карбонаты – соли угольной кислоты – H₂CO₃ составляют до 1,8% массы земной коры. Карбонаты являются источником питания растений кальцием, магнием и некоторыми другими элементами, обладают исключительным признаком – реагируют с разбавленной соляной кислотой, выделяя при этом пузырьки СО₂. Важнейшие минералы этого класса: кальцит, доломит, магнезит, сидерит, сода.