Минералогия

Минералогия (далее М) (от минерал и ...логия), наука о природных соединениях — минералах, их составе, свойствах, особенностях и закономерностях физического строения (структуры), а также об условиях образования и изменения в природе. Главная задача М — создание научных основ для поисков и оценки месторождений полезных ископаемых, их обогащения для практического использования в народном хозяйстве.

М — одна из старейших геологических наук, по мере развития которой от нее отделяются и вырастают новые самостоятельные науки. Так, в 19 в. от М отделились кристаллография и петрография, в начале 20 в. — учение о полезных ископаемых, геохимия, а затем — кристаллохимия. М наиболее широко использует законы и методы современной физики и химии, во многих отношениях она находится на стыке наук геологических и физико- циклов. Круг вопросов, охватываемых М, сложность и разнообразие минералов, а также методов их изучения, все расширяющаяся сфера исследований, потребности практики геологоразведочных работ и народного хозяйства исторически определили возникновение в М различных направлений.

Основные направления. Описательная М занимается изучением, накоплением и уточнением фактического материала, разработкой вопросов систематики; обобщением данных по морфологии, физическим свойствам минералов, их составу, данных по изоморфизму, установлением причинных связей между составом, структурой и физическими свойствами у идеальных и реальных минералов с дефектами решетки. Особый раздел современной описательной М составляет физика минералов, занимающаяся их исследованием с применением методов физики твердого тела.

Генетическая М выясняет условия, закономерности и процессы, приводящие к образованию определенных минеральных видов и минеральных ассоциаций — месторождений полезных ископаемых; определяет количественные значения физико- параметров (температуры, давления, химизм минералообразующей среды), характеризующих процесс возникновения минерала и помогающих познанию способа (механизма) его образования. Генетическая М включает: учение о типоморфизме минералов; онтогенический и анализ, дающий информацию об истории формирования минеральных индивидов и агрегатов; исследование твердых и газово-жидких включений как источника информации о минералообразующей среде; анализ явлений полиморфизма и политипии; методы и принципы парагенетического анализа, получение энергетических и физико- характеристик минералов; установление геотермометров и геобарометров — минералов, по которым можно определять термодинамические параметры образования месторождений.

Экспериментальная М занимается моделированием природных процессов и изучением физико- систем с целью выяснения условий возникновения минералов в природе. К этому направлению близка новая область М — синтез минералов (алмазов, пьезокварца, оптического флюорита, рубинов, гранатов и др.), широко используемых в технике.

Прикладная и технико-экономическая М разрабатывает проблемы, связанные с вовлечением в промышленное использование новых минеральных видов, с проведением минералогических исследований, направленных на более полное комплексное использование минерального сырья и повышенное извлечение его полезных компонентов; включает минералогическое картирование месторождений с целью выделения технологических сортов руд; изучение зависимости технологических свойств минералов от их состава и структуры, исследование растворимости, и других свойств, поведение минералов в процессе обогащения руд и химико-технологической переработки концентратов (например, при обжиге, воздействии кислот); рассматривает также вопросы применения минералогических критериев для поисков и оценки месторождений полезных ископаемых (например, типоморфизм минералов, законы парагенезиса и др.), разрабатывает специальные минералогические методы поисков (термолюминесценция, фотолюминесценция, радиационные и др.).

Региональная М обобщает минералогическое изучение определенных территорий и рудных провинций для установления закономерностей распределения минералов и их ассоциаций в связи с историей геологического развития региона; входит как составная часть в общий комплекс металлогенических исследований (см. Металлогения).

М космических тел. Развитие этого направления стало возможным только с момента получения образцов лунных пород (см. Луна), исследования которых позволили сделать первые обобщения об особенностях минералообразования на поверхности Луны и в верхних слоях лунной коры. Большое значение имеет также изучение минерального состава метеоритов.

Ни одно из указанных направлений не может плодотворно развиваться без совершенствования существующих и разработки новых методов минералогических исследований и соответствующих приборов, в том числе экспресс-методов полевой и лабораторной диагностики, а также развития прецизионных физических и аналитических методов исследования минералов.

Исторический очерк. М возникла в глубокой древности в связи с практическими потребностями человечества, широко использовавшего камень для различных целей. Первые сведения о минеральных телах появились в трудах древнегреческих и древнеримских ученых. Аристотель и Теофраст описали свойства ряда минералов, связывая их происхождение с дымом и парами, вырывающимися из земных недр. Сведения о минералах содержатся также в "Естественной истории" Плиния Старшего (середина 1 в. н. э.). Поиски и добыча минерального сырья для выплавки металлов, а также для медицины и алхимии привели в раннем средневековье к расширению сведений о минералах и рудах. Среди исторических памятников среднеазиатских народов выделяются труды Бируни и Ибн Сины (Авиценны), описавших свойства многих минералов. Развитие горного дела (6—13 вв.), прежде всего в Центральной Европе и России (добыча мусковита, каменной соли, янтаря, и др.), привело к более тщательному исследованию руд. В 13 в. появилась специальная работа о минералах в Европе (Albertus Magnus, De Mincralibus — латинский трактат, написанный после 1262). В этот период не делали различия между минералами, горными породами и рудами, классификация их примитивна, М была тесно связана с алхимией и металлургией. Как самостоятельная наука М начала оформляться в эпоху Возрождения. Первое крупное обобщение по М связано с именем Г. Агриколы, который в работе "О горном деле и металлургии" (1550) четко отделил минералы от горных пород, подробно описал физические свойства минералов, привел первую классификацию. Термин "М" впервые введен в 1636 итальянским ученым Бернардом ( из Модены. Уже в 17 в. в Дании (Э. Бартолин, Н. Стено), Голландии (Х. Гюйгенс), Англии (Р. Бойль, Р. Гук и др.) были сформулированы первые геометрические законы для и начато изучение оптических свойств. Работа французского исследователя Роме де Лиля (1783) по гранным углам в оказала большое влияние на развитие М и послужила основой для создания теории структур минералов Р. Ж. Аюи, изложенной им в "Трактате о минералогии" (1801). В описательно-морфологическое (физиографическое) направление в 18 в. было наиболее ярко представлено школой А. Г. Вернера. Развитие М в России тесно связано с именем М В. Ломоносова, который впервые высказал положение о том, что главным определяющим признаком минерала должен быть состав. В работах М В. Ломоносова ("Слово о рождении металлов от трясения Земли", 1757, "О слоях земных", 1763, и др.) указывается, что минералы в рудных жилах образуют естественные ассоциации, и появление одного из них служит "признаком" присутствия другого. В трудах В. М Севергина как основа М выдвигается на первый план. М определяется как наука, изучающая состав и строение минеральных тел, их взаимоотношения в природных месторождениях и пути их практического применения. В. М Севергиным впервые сформулировано (1798) понятие о парагенезисе ("смежности минералов"). В Западной Европе направление в М стало господствующим в скандинавских странах и в со 2-й половины 18 в. (шведские ученые А. Кронстедт, 1758; И. Берцелиус, 1814; немецкие минералоги А. Брейтгаупт, 1820, 1847; М Клапрот, 1795, 1815; и др.). Детальное изучение состава и физических свойств минералов в 19 в. привело к формулировке понятий изоморфизма и полиморфизма (немецкие химики-минералоги Э. Мичерлих, Р. Герман, позднее Г. Чермак и др.). Большую роль в развитии М в России сыграла плеяда выдающихся минералогов (Д. И. Соколов, Н. И. Кокшаров, П. В. Еремеев и др.). За рубежом значительный вклад в становление описательной и региональной М на рубеже 19 и 20 вв. внесли такие ученые, как П. Грот, Ф. Клокман, Ф. Ринне, Р. Брауне ( Ф. Бекке (Австрия), В. Бреггер (Норвегия), А. Лакруа ( Дж. Д. Дэна (США) и др. До конца 19 в. М формировалась как описательная наука, при этом в ней развивались два основных направления — морфолого- и
С конца 19 в. в связи со все увеличивающимся спросом на различные виды сырья и усиление поисковых работ старые методы описательной М не могли удовлетворить потребности практики. Непрерывное совершенствование методов диагностики и исследования минералов позволило глубже изучить их свойства. Главное внимание стали уделять химии и свойствам минералов, законам изоморфизма и парагенезиса. Разработкой новых методических подходов и обобщающих теорий в М мировая наука во многом обязана русской школе В. В. Докучаева, Е. С. Федорова, В. И. Вернадского, А. Е. Ферсмана. Огромное влияние на развитие современной М оказали периодический закон Д. И. Менделеева и правило фаз Дж. У. Гиббса. По Вернадскому, М есть земной коры, а минералы — продукты сложных природных реакций. Минерал непрерывно взаимодействует с окружающей его средой и сам изменяется при изменении физико- условий. Определяя парагенезис как выражение законов совместного нахождения минералов в природных ассоциациях, Вернадский по существу заново обобщил важнейшее научное положение современной М Одновременно в М стало складываться направление, тесно связанное с именем Федорова, который задолго до развития рентгеноструктурного анализа математически вывел все возможные (230) пространственные группы симметрии Однако проникновение в строение стало возможным лишь после открытия дифракции рентгеновских лучей (М Лауэ, 1912). Проведенные У. Г. Брэггом, и У. Л. Брэггом (Великобритания), Л. Полингом (США), Г. Вульфом (Россия) и др. рентгеноструктурные исследования большинства минералов позволили рассматривать состав и строение минералов в единстве и разработать новую теорию изоморфизма (В. М Гольдшмидт, А. Е. Ферсман), создать классификацию минералов, с новых позиций подойти к пониманию их физических свойств. В современной М происходит синтез се исторически сложившихся направлений — описательного и генетического, и Изучение минералов направлено на выявление причинных связей между средой, условиями образования, составом, структурой, физическими свойствами реального минерала со всеми его дефектами и неоднородностями. Исследования физико- систем и условий их равновесия, силикатных и сульфидных минералов при высоких температурах (русский ученый К. Д. Хрущев, швейцарский ученый П. Ниггли, американские ученые Г. Куллеруд, Н. Л. Боуэн и др.), законов солей из растворов (советский ученый Н. С. Курнаков, голландский ученый Я. Х. Вант-Гофф), коллоидных систем (бельгийский ученый Ф. Корню, голландский ученый Р. В. ван Беммелен и др.) создали физико- основу для объяснения природных процессов образования минералов.

Новый этап развития М в России наступил после Октябрьской революции 1917. Тесная связь с практикой горного дела, плановость в организации и осуществлении научных исследований определили быстрое развитие М Были организованы новые научные минералогические центры и обширные регионально-минералогические работы по всей территории СССР под руководством А. Д. Архангельского, А. Е. Ферсмана, Н. М Федоровского, С. С. Смирнова, Н. А. Смольянинова и многих др. Было открыто и освоено множество месторождений и горнорудных районов (Кольский полуостров, Якутия, С.-В. СССР, Кавказ, Средняя Азия и др.). Полученные при этом научные материалы послужили основой для развития теоретических обобщений по М и геохимии, внедрения в практику методов изучения и обогащения рудного сырья, были освоены новые виды полезных ископаемых (нефелин, апатит, лопарит, пирохлор, кианит, фенакит, бертрандит и др.), новые области использования минералов. Изучение термохимии и термодинамики природных процессов позволило выработать минералогические критерии для характеристики глубинных процессов, определения глубин и температурных условий процессов метаморфизма минералов, руд и горных пород (А. Е. Ферсман, Д. С. Коржинский и др.). Были показаны пути и возможности применения физико- анализа и эксперимента параллельно с геологическими наблюдениями для выяснения законов совместного образования минералов в геологических телах различного генезиса (А. Е. Ферсман, С. С. Смирнов, В. И. Смирнов, А. Г. Бетехтин, В. А. Николаев и др.), для выявления условий образования минералов в глубинах Земли при изменяющихся температурах, давлениях и концентрациях компонентов. Развитие учения о парагенезисе привело советских минералогов (А. Е. Ферсман, С. С. Смирнов, К. А. Власов, Ф. В. Чухров, И. И. Гинзбург и др.) к важным теоретическим обобщениям. К ним относятся: теория генезиса пегматитов и близких к ним образований, законы формирования зоны окисления рудных месторождений, изучение условий образования месторождений и др. минералов в современной коре выветривания. Известны работы советских ученых Я. В. Самойлова, В. И. Вернадского, Ф. В. Чухрова и др., посвященные роли живых организмов и коллоидных растворов в образовании минералов (руды самородная сера и др.). Развитие понятия о типоморфизме минералов получило свое выражение в идеях о причинной связи и зависимости внешнего облика их агрегатов, состава и структурных особенностей минералов от условий их образования в той или иной геологической среде. На минеральных индивидах и агрегатах, в морфологии, в характерных проявлениях типоморфизма и в генетических признаках записана история зарождения, роста и изменения минералов и заключающих их месторождений (Г. Г. Леммлейн, Д. П. Григорьев, И. И. Шафрановский и др.). Обобщение результатов, полученных при изучении газово-жидких и многофазовых включений в минералах, позволило приблизиться к решению вопросов о характере, составе и термодинамических параметрах среды образования многих минералов в различных месторождениях (Н. П. Ермаков, Ю. А. Долгов и др.). Вскрывая связи между средой, условиями образования, составом, структурой и свойствами минералов, советские минералоги достигли существенных результатов в изучении реальной конституции и структуры минералов, а также в установлении корреляционных связей между составом минералов, свойствами слагающих их и ионов, структурой и основными их физическими свойствами (Н. В. Белов, А. Е. Ферсман, В. С. Соболев, А. С. Поваренных, Е. К. Лазаренко и др.). Важные результаты получены советскими учеными при изучении минералов класса силикатов, сульфидов и их аналогов (Н. В. Белов, В. С. Соболев и др.), боратов, самородных элементов, кварца и других групп, минералов редких и редкоземельных элементов (Г. П. Барсанов, Е. И. Семенов, В. И. Герасимовский, А. И. Гинзбург и др.). Требования практики, использующей специальные свойства (пьезоэлектрические, сегнетоэлектрические, полупроводниковые, двупреломляющие, "лазерные", вообще оптические и др.), определили развитие работ в направлении точного и всестороннего изучения физических свойств и влияния структурных особенностей реальных минералов (политипия, дислокация, дефекты в электронно-дырочные центры и др.) на изменение их физических свойств (А. С. Марфунин, Б. Б. Звягин и др.). Создана в содружестве с и физиками самостоятельная научная отрасль по синтезу
Основные организации и периодическая печать. Исследования в области М в СССР ведутся институтами АН СССР, управлениями и ведомствами министерств геологии СССР и союзных республик, учебными и научно-исследовательскими институтами. Большую работу по пропаганде и внедрению достижений М проводят минералогические общества, имеющиеся в СССР (см. Минералогическое общество) и за рубежом (во ГДР и ФРГ, в скандинавских странах, Италии, Швейцарии, Испании, Великобритании, США, Индии, Бразилии). Они объединены в Международную минералогическую ассоциацию (ММА), на съездах которой (через каждые 4 года) обсуждаются важнейшие проблемы М Значительная роль в развитии М и пропаганде минералогических знаний принадлежит также минералогическим музеям. Крупнейший из них — Минералогический музей им. А. Е. Ферсмана АН СССР. Обширные минералогические коллекции имеются в Ленинградском горном институте, в МГУ, Московском геологоразведочном институте, в институтах в Свердловске, Иркутске, Киеве, Львове, Алма-Ате и др. городах СССР, а также за рубежом — во Фрейберге (ГДР), Карлсруэ (ФРГ), Париже, Лондоне, Праге, в Вашингтоне и Нью-Йорке.

Основные периодические издания по М: в СССР — "Записки Всесоюзного Минералогического общества" (с 1866), "Минералогический сборник" Львовского университета (с 1947), "Труды Минералогического музея" АН СССР (с 1949); за рубежом — "American Mineralogist" (Lancaster — Wash., с 1916), "Bulletin de la Société française de Minéralogique (et de Cristallographie)" (., с 1878), "Bulletin Suisse de Minéralogie et de étrographie" (Bern — Z., с 1921), "Mineralogical Magazine" (L., с 1876), "Zentralblatt für Mineralogie" (Stuttg., с 1950), "Zeitschrift für Kristallographie" (Lpz., с 1877), "Acta Crystallographica" (Camb. — Cph., с 1948), "Neues Jahrbuch für Mineralogie. Abhandlungen" (Stuttg., с 1807), "Neues Jahrbuch für Mineralogie. Monatshefte" (Stuttg., с 1900), "Contributions to Mineralogy and Petrology" (Hdib. — ., с 1947), "Schweizerische Mineralogische und petrographische Mitteilungen" (Z., с 1921), "Tschermarks mineralogische und petrographische Mitteilungen" (Vienna — . ., с 1872).

Лит.: Ломоносов М В., О слоях земных и другие работы по геологии, М — Л., 1949; Вернадский В. И., Избр. соч., т. 2—3 — Опыт описательной минералогии, М, 1955—59; Григорьев Д. П., Шафрановский И. И., Выдающиеся русские минералоги, М — Л., 1949; Григорьев Д. П., Онтогения минералов, Львов, 1961; Поваренных А, С., классификация минеральных видов, К., 1966; Барсанов Г. П., М, в кн.: Развитие наук о Земле в СССР, М, 1967; Бетехтин А. Г., Курс минералогии, 3 изд., М, 1961; Лазаренко Е. К., Курс минералогии, М, 1971; Костов И., М, (пер. с англ.), М, 1971; Сидоренко А. В., Лазаренко Е. К., Состояние и задачи современной минералогии, "Зап. Всесоюзного Минералогического общества", 1972, ч. 101, в. 2; Белов Н. В., Очерки структурной минералогии, в. 1—24, "Минералогический сборник", 1950—73, № 4—27.

Г. П. Барсанов, А. И. Гинзбург.

		Новости 21.11.2024 11:41:05

	Copyright © 1999-2024 Oval.ru, All Rights Reserved.