Глава 1. Что такое минералы?
Если вы живете в городе, то минералы окружают вас практически повсюду. Из них сделаны дома, они обеспечивают вас электричеством, вы их едите, используете как лекарство.
Что же такое минералы?
Слово «минерал» происходит от латинского «minera» – руда.
Это природное химическое соединение, образующееся в результате естественных физико-химических и геологических процессов в земной коре или на ее поверхности.
То есть это, во-первых, природное вещество.
Но наука не стоит на месте.
Ученые научились синтезировать искусственные минералы. И кристаллы кварца для различных областей промышленности, и камни для изготовления ювелирных изделий.
Во-вторых, обратим внимание на происхождение минерала.
В определении указано, что они образуются в результате физико-химических и геологических процессов.
Если говорить конкретнее, то на формирование минерала влияют процессы, которые происходят как внутри планеты Земля (вулканическая активность), так и снаружи (атмосферные явления, ветер, солнечная активность, влажность, химический состав почв, жизнедеятельность животных и растений).
Мы с вами исследователи, которые стараются как можно более объективно смотреть на мир и видеть его как можно более адекватно. Поэтому начнем с наук, которые изучают минералы.
Прежде всего, это минералогия – наука, занимающаяся изучением физико-химических свойств минералов, процессов их образования и размещения в земной коре.
Минералы состоят из атомов, соединенных между собой различными типами химических связей.
Физические свойства минералов определяются химическим составом минерала и типом химических связей между атомами.
Какими могут быть физические свойства минералов?
Это привычные нам оптические свойства, определяющие цвет, прозрачность, блеск, присущий камням.
А также особые свойства. Например, двойное лучепреломление, характерное для исландского шпата. Благодаря этому свойству минерал может использоваться в сложных оптических приборах, в том числе, в микроскопах, а мы можем изучать те области окружающего мира, которые не доступны нашему невооруженному глазу.
Это и механические свойства минералов: хрупкость, ковкость, упругость, плотность.
Они учитываются при использовании минералов как строительного материала, как вещества для определенных областей промышленности.
Электрические свойства (электропроводность, пьезоэлектричество, пироэлектричество) минералов делают возможной работу точных и сложных приборов, которые обеспечивают наш быт и продвигают науку вперед.
Это магнитные свойства минералов, которые позволяют оперировать магнитным полем как самих минералов, так и окружающих их предметов.
Самые внимательные заметят, каковы минералы на вкус, запах и ощупь. Но такого рода исследования не всегда безопасны. Есть множество минералов, содержащих ядовитые вещества. Есть радиоактивные минералы.
Так что к таким экспериментам можно приступать только в том случае, если рядом с вами находится профессионал-минералог, или вы сами являетесь таким профессионалом.
Есть наука геммология. Она изучает драгоценные камни и их использование человеком. Происходит от латинского слова «gemma» – самоцвет, драгоценный камень, и греческого «logos» – слово, разум.
Есть кристаллология. Это наука о кристаллах, их структуре, возникновении и свойствах.
Кристаллы (от греческого «krystallos» – лед) – особые минералы, которые отличаются от других минералов тем, что, во-первых, они твердые, а во-вторых, атомы внутри них соединены в строго упорядоченную кристаллическую решетку.
Если вы были в минералогических музеях, то вы наверняка обратили внимание, что часто при минерах лежит модель их молекулярного строения в виде шариков, соединенных между собой палочками в определенную структуру наподобие магнитного детского конструктора.
Вы спросите: «Разве бывают нетвердые минералы?»
Да, конечно.
Дело в том, что каждое вещество (а минерал – это тоже вещество) может существовать в трех агрегатных состояниях: газ, жидкость и твердое тело.
Мы привыкли, что камни твердые. Но, обратим внимание, они твердые только в тех условиях, в которых мы живем. При именно этой температуре, этом давлении и этой плотности.
При изменении этих условий (например, при повышении температуры до многих сотен и тысяч градусов) в лаборатории или в вулкане минералы сначала становятся жидкими, а потом могут стать и газообразными.
Минерал, которые является жидкостью в обычных для нас условиях жизни – ртуть.
Вы еще спросите: «Разве не все минералы имеют кристаллическое строение?»
Да, не все то, что твердое, имеет четкую закономерную структуру, свойственную кристаллам.
Например, аморфная структура присуща привычному для нас стеклу. Надо отметить, что похожий на него по строению и внешнему виду кварц, отличается от него именно упорядоченностью.
Аморфное состояние природных минералов обычно постепенно в течение часов, годов, десятков, сотен и тысяч лет переходит в кристаллическое. Видимо, природа любит порядок. Такой переход обнаруживается у гематита, магнетита, кальцита и даже корунда.
Есть еще петрология: от греческого слова «petros» – камень. Эта наука изучает горные породы, слагающие земную кору.
Горная порода – это скопление различных минералов в единой массе, структуре, образованной в результате природных процессов.
То есть в отличие от минералогии, петрология изучает не отдельные минералы, а их массив, встречающийся в обычных природных условиях.
Есть множество других более конкретных наук. Но мы сейчас не будем на них останавливаться. Отметим только еще одну науку, которая рассматривает все с более высокой позиции, геологию, науку о Земле. О ее строении, составе, истории, о методах получения полезных ископаемых.
