Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Программа'
Учебным планом предусмотрено изучение истории предпринимательства в США. Эта дисциплина, относящаяся к числу дисциплин специализации, занимает важное...полностью>>
'Диплом'
В число требований к курсовым и выпускным квалификационным работам входит грамотное оформление научного аппарата – цитат, ссылок (примечаний) и списк...полностью>>
'Диплом'
ФРАЗЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЕДИНИЦЫ С КОМПОНЕНТОМ – НАИМЕНОВАНИЕМ ЛИЦА ПО ПРОФЕССИИ В СФЕРЕ ФИЗИЧЕСКОГО ТРУДА (НА МАТЕРИАЛЕ АНГЛИЙСКОГО, ФРАНЦУЗСКОГО И РУССКОГО...полностью>>
'Закон'
9.4. Тематический план повышения квалификации руководителей школьных служб здоровья, заместителей директоров по теме «Организация и методика проведен...полностью>>

Краткое содержание лекции по курсу «Минералогия и петрология»

Главная > Краткое содержание
Сохрани ссылку в одной из сетей:

ЕН.Р.01 Минералогия и петрография

часть i Минералогия

Краткое содержание лекции по курсу «Минералогия и петрология», часть «Минералогия» для студентов специальности 020804 «Геоэкология».

Минералогия – наука о минералах. Цели и задачи современной минералогии, ее связь со смежными науками, основные этапы истории ее развития.

Минералом называется – однородное природное химическое соединение, образовавшееся в результате различных геологических процессов. Кристаллография – наука о кристаллах. Она изучает форму, внутреннее строение, происхождение и свойства кристаллических тел.

Кристаллография изучает твердые вещества. По особенностям внутреннего строения, среди твердых веществ выделяют: аморфные и кристаллические вещества. Кристаллы возникают при переходе вещества из любого агрегатного состояния в твёрдое. При этом частицы могут оказаться относительно друг друга в беспорядочном положении или может возникнуть закономерность их расположения. В первом случае мы будем иметь аморфное вещество, а во втором кристаллическое. Отличительным свойством аморфных тел является свойство изотропности. Изотропность – одинаковые свойства вещества (твердость, цвет и др.) в различных направлениях. К таким минералам относиться, например, опал. Кристаллическими телами называются все твердые тела с закономерным распределением составляющих его атомов или ионов в виде пространственной (кристаллической) решетки, независимо от того, обладает данное тело кристаллическими гранями или нет. Пространственная решетка – совокупность материальных частиц, распложенных в соответствующих точках бесконечного множества параллелепипедов, которые нацело выполняют пространство, будучи равными, параллельно ориентированными и смежными по целым граням. Узлы - материальные частицы, расположенные в определенных точках пространственной решетки, которые в реальных структурах кристаллов занимают отдельные атомы или ионы или группы атомов. Ряды – совокупность узлов, расположенных вдоль прямой и повторяющихся через равные промежутки. Плоская сетка – совокупность узлов, расположенных в одной плоскости и находящихся в вершинах равных параллелограммов. Элементарная ячейка – элементарный параллелепипед, закономерная повторяемость которого образует пространственную решетку. Элементарная ячейка характеризуется углами (α, β, γ) между направлениями и отрезками (промежутками ряда) (a, b, c). Значения углов и отрезков определяет конфигурацию элементарной ячейки или тип пространственной решетки. Закономерное внутреннее строение кристаллов обусловлено тремя важнейшими свойствами кристаллов: анизотропностью, способностью самоограняться, симметрией. Анизотропными (неравносвойственными) - называются такие вещества которые имеют одинаковые свойства в параллельных направлениях и неодинаковые - в не параллельных. Например: дистен, слюда. Способность самоограняться заключается в том, что при благоприятных условиях роста кристалл образует форму правильного многогранника. Симметрией называется закономерная повторяемость в расположении предметов или их частей на плоскости или в пространстве. Все кристаллы являются телами симметричными. К элементам симметрии кристалла относятся: центр симметрии, ось симметрии, плоскость симметрии. Центр симметрии C – это точка внутри фигуры, характеризующаяся тем, что любая проведенная через нее прямая по обе стороны от нее и на равных расстояниях встречает одинаковые точки фигуры. Ось симметрии L – воображаемая прямая линия, при повороте вокруг которой всегда на один и тот же угол происходит совмещение равных частей фигуры. Плоскость симметрии P – воображаемая плоскость, которая делит фигуру на две зеркально-равные части.

Сингония – это совокупность классов симметрии, обладающих одним или несколькими одинаковыми элементами симметрии и имеющих одинаковый тип кристаллографических осей. В кристаллографии выделяют семь сингоний: кубическая, гексагональная, тетрагональная, тригональная, ромбическая, моноклинная, триклинная. Формы кристаллов. Простой формой называется кристалл, который состоит из одинаковых по величине и очертанию граней, имеющих симметричное расположение. Сложной формой (или комбинацией простых форм) называется кристалл, который состоит из граней, различающихся по величине или очертанию. В кристаллографии известно 47 простых форм. Среди них 15 – принадлежат наиболее высокосимметричной кубической сингонии, 25 – тетрагональной, гексагональной и тригональной сингониям, 7 – объединяют наиболее низкосимметричные: ромбическую, моноклинную, триклинную сингонии. В основу названия простых форм положено несколько признаков: число граней,очертание граней, сечение формы.

Химический состав минералов. Минерал – однородное природное химическое соединение, образовавшееся в результате различных физико-химических процессов, состав которого выражается химической формулой. Формулы могут быть эмпирические - отражают только химический состав и структурные - отражают особенности строения кристаллической решетки. Химический состав минералов принято представлять структурной формулой, в которой выделяется катионные и анионные комплексы. По химическому составу все минералы подразделяются на две группы: минералы постоянного состава, в эту группу входят минералы, состав которых остается всегда постоянным и минералы переменного состава рассматриваются как изоморфные смеси двух, трех и более компонентов. Состав таких соединений может колебаться то в узких, то в более широких пределах. Изоморфизм – свойство атомов одного химического элемента замещать в узлах кристаллической решетки атомы другого химического элемента с образованием гомогенного (однородного) смешанного кристалла переменного состава. Типы изоморфизма: совершенный, несовершенный, изовалентный, гетеровалентный. Вхождение изоморфных примесей в минерал происходит без существенного изменения кристаллической решетки этого минерал, т.к. перестройка структуры привела бы к образованию нового минерала со своей пространственной решеткой. На явления изоморфизма влияют: химическая обстановка, температура процессов минералообразования, давление, кристаллизационные явления, химическая обстановка. Полиморфизм (многоформность)- одинаковые по химическому составу вещества образуют различные кристаллические структуры. По содержанию воды в химическом составе выделяются минералы: безводные и водосодержащие. Связанная вода - входит в состав кристаллической решетки минерала (кристаллизационная и конституционная, свободная вода – не принимает прямого участия в кристаллической решетке минерала (цеолитная, коллоидная и гигроскопическая). Физические свойства минералов объединяются в три группы: оптические (прозрачность, цвет, черта, блеск), механические (твердость, спайность, излом, отдельность, хрупкость, ковкость, гибкость, упругость), прочие (удельный вес, магнитность, радиоактивность, растворимость в воде и в кислотах, запах, горючесть, люминесценция, электрические свойства). Морфологические особенности минералов. Морфология – это форма проявления минералов в природе (зернистые, друзы, дендриты, секреции, конкреции, оолиты, налеты и примазки, выцветы, землистые и порошковатые, псевдоморфозы, натечные формы). Морфолгия кристаллов минералов. Облик кристаллов (габитус) - внешний вид кристалла, определяемый преобладающим развитием тех или иных простых форм.

Систематика минералов. В настоящее время принята кристаллохимическая классификация, которая базируется на особенностях химического состава и строения кристаллической решетки минерала.

Класс самородные элементы. В самородном состоянии в земной коре устанавливается свыше 30 химических элементов. Общее весовое значение самородных элементов в земной коре очень невелико и составляет около 0,02 % всей массы. Все минералы класса самородных элементов объединяются в три подкласса: металлы, полуметаллы, неметаллы. Подкласс металлы. Все самородные металлы (Au, Ag, Cu, Pt, Pd, Ir, Fe) обладают наилучшей электропроводностью и теплопроводностью, металлическим блеском, блестящей чертой, цвет которой соответствует окраске минерала, обычно невысокой твердостью, ковкостью и несовершенной спайностью. Из всех известных минералов самородные металлы обладают наибольшим удельным весом, особенно минералы элементов платиновой группы. Самородные металлы обладают высокой симметрией и кристаллизуются в кубической сингонии. Подкласс полуметаллы (As, Bi, Sb). Встречаются в природе редко и не образуют смешанных кристаллов. Имеют металлический блеск, слабую ковкость, серую черту и совершенную спайность. Подкласс неметаллы (сера, графит, алмаз) по кристаллическим структурам и связанными с ними свойствами совершенно не похожи на типичные металлы. Кристаллизуются в различных сингониях.

Класс сульфиды, сульфосоли и их аналоги. К рассматриваемому классу относятся: сернистые, селенистые, теллуристые, мышьяковистые, сурьмянистые, висмутистые соединения металлов. Наибольшее число минералов представлено сернистыми соединениями. Из них типичные соединения с серой образуют: Fe, Zn, Pb, Ag, Cu, Sb, Bi, Ni, Co, Mo, Hg. Общее весовое количество сернистых соединений составляет около 0,15% к весу земной коры. Однако именно к ним принадлежит значительное количество важных в промышленном отношении минералов, играющих существенную роль в составе многочисленных месторождений металлических полезных ископаемых. Подавляющая масса скоплений сернистых соединений наблюдается в рудных месторождениях гидротермального происхождения, также они образуются в восстановительных условиях при наличии сероводорода, возникающего при разложении органических веществ без доступа кислорода (пирит). По особенностям физических свойств, среди сульфидов и их аналогов выделяют: блески, колчеданы, обманки.

Класс оксиды и гидрооксиды включает в себя соединения, в которых атомы или катионы одного или нескольких металлов находятся в соединении с кислородом или гидрооксилом. В простейшие соединения с кислородом вступают около 40 химических элементов. Наибольшее распространение имеют оксиды Si, Fe, Al, Mn, Ti и Cr. Общее весовое количество окислов в литосфере составляет около 17%.

Из них наиболее распространенными являются оксиды кремнезема (SiO2), которые составляют 12,6 % от всех кислородных соединений литосферы и оксиды, гидроксиды Fe 3,9 %. Подавляющая часть оксидов характеризуется кристаллическим структурами, для которых характерна ионная связь.

Это отражается в физических свойствах: высокая твердость (кварц - 7, корунд - 9), химическая стойкость, тугоплавкость. Минералы, в которых присутствуют Mg, Al, как правило, бесцветны или имеют аллохроматическую окраску. Интенсивно окрашенные минералы (темные, бурые) имеют в своем составе Fe, Mg, Cr, полуметаллический блеск и повышенные магнитные свойства. Минералы гр. окислов объединяются в следующие группы: гр. оксидов меди гр. корунда, гр. шпинели, гр. окислов марганца, гр. окислов сурьмы, гр. рутила, гр. радиоактивных минералов, гр. кварца.

Класс карбонаты. Основным анионным комплексом этих минералов является (CO3)2-. Этот анион способен давать более или менее устойчивые соединения с катионами двухвалентных металлов: Mg, Fe, Zn, Mn, Ca, Sr, Pb, Ba, а также Cu, Zn с дополнительными анионами (OH)-. Некоторые карбонатные минералы слагают крупные толщи осадочно-морского происхождения или толщи среди метаморфизованных осадочных толщ. Часто карбонаты представляют интерес как спутники ряда рудных месторождений, а иногда сами представляют промышленный интерес как источники важных металлов. Из особенностей физических свойств карбонатов можно отметить следующие. Твердость обычно невысока: 3-5. Растворимость карбонатов в воде повышенная. Совершенная спайность по ромбоэдру. Среди минералов этого класса различают: безводные карбонаты – группа кальцита; водные карбонаты – группа малахита.

Фосфаты, арсенаты, ванадаты. Этот класс минералов представляет собой соли фосфорной, мышьяковой и ванадиевой кислот. Кристаллическая структура этих минералов характеризуется, соответственно, присутствием трехвалентных анионных комплексов [PO4]3-, [AsO4]3-, [VO4]3-. Общее весовое количество их в земной коре относительно не велико. Генезис особенно водных соединений этого класса, преимущественно, экзогенный (в зоне окисления рудных месторождений и осадочных отложениях).

Класс галоидные соединения. К галоидам относятся минералы, в которых единственным или главным анионом является один из галогенных элементов - F, Cl, Br, I. F и Cl присутствуют в земной коре значительно в больших количествах, чем Br и I. С минералогической точки зрения это отражается в том, что, несмотря на значительную концентрацию Br и I в водах океана, минералы, содержащие эти элементы встречаются редко. Фтор встречается почти исключительно в минералах изверженных пород, пегматитах, гидротермальных жилах и в метасоматических породах. Большая часть хлора растворена в морской воде или же входит в состав твердых отложений растворимых солей, образовавшиеся при испарении морской воды в различные геологические периоды и редко присутствует в минералах магматического или метаморфического происхождения.

Класс сульфаты. К сульфатам относятся водные и безводные соединения металлов с анионной группой [SO4]2. Образование подобных соединениях может происходить только в условиях при повышенных концентрациях кислорода в окружающей среде и при относительно низких температурах. Такие условия в земной коре, как известно, создаются вблизи земной поверхности, где и встречаются большинство этих минералов как эндогенного, так и экзогенного происхождения. Наиболее устойчивыми являются сульфаты двухвалентных металлов Ba, Sr, Pb. Катионы с меньшими ионными радиусами входят в состав сульфатов в гидротированном виде. Сульфаты трехвалентных металлов Al, Fe встречаются только в виде водных соединений (мелантерит, калиевые, натриевые квасцы). Общие диагностические свойства: невысокая твердость – не выше 3, совершенная спайность, белая черта, блеск – стеклянный.

Класс вольфраматы, молибдаты. Этот класс содержит небольшое количество минеральных видов, но включает важнейшие руды на вольфрам. По составу минералы отвечают солям вольфрамовой и молибденовой кислот. Гр. Вольфрамита: минералы группы вольфрамита образуют непрерывный изоморфный ряд между ферберитом FeWO4 и гюбнеритом MnWO4. Почти все природные образцы имеют промежуточный состав и наиболее широко распространен вольфрамит (Fe,Mn)WO4, содержащий 20-80 % Fe или Mn. Используются как руды на вольфрам.

Класс силикаты. К силикатам относиться примерно треть всех минералов, и, хотя многие их них являются редкими, они слагают большую часть земной коры, состоящей примерно на 75 % из силикатных минералов, из которых 40-45 % приходится на полевые шпаты.

Преобладание силикатов и алюмосиликатов отражает распространенность O, Si, Al – наиболее распространенных элементов земной коры. Многие силикаты являются важнейшими породообразующими минералами магматических, гидротермально измененных, метасоматически преобразованных и осадочных горных пород. Большую роль они играют в минеральных составах почти всех месторождений полезных ископаемых и как минералы-спутники и как носители редких ценных металлов (Ni, Zn, Be, Li, Rb, Tr и др.). Известны неметаллические полезные ископаемые представленные силикатами (глины, полевые шпаты и др.) Ряд силикатов используются как драгоценные и поделочные камни (нефрит, изумруд, топаз). Современные представления о конституции силикатов основываются на исследованиях У. и В. Брегги, Л. Полинга, Н.В. Белова, Ф.Либау, Д.Ю. Пущаровского и др. Рентгеноструктурные исследования выявили следующие общие черты строения силикатов: почти во всех силикатных структурах атомы кремния находятся в окружении четырех атомов кислорода. Химические связи между О и Si настолько сильны, что при любой конфигурации структуры, четыре атома кислорода всегда находятся в вершинах тетраэдра, имеющего почти постоянные размеры и правильную форму. Кремнекислородные тетраэдры существуют как самостоятельные группы или сочленяются вершинами тетраэдров (через атомы кислорода). Именно на типах сочленения кремнекислородных тетраэдров построена классификация силикатов. Среди силикатов выделяют следующие:

- Комплексный анионный радикал представлен изолированными тетраэдрами SiO4, удерживается в структуре с помощью катионов других металлов. Эти силикаты можно рассматривать как соли ортокремниевой кислоты H4SiO4.

- Комплексный анионный радикал представлен изолированными группами [Si2O7]6, состоящими из двух связанных друг с другом кремнекислородных тетраэдров SiO4 с одной общей вершиной. Такие анионы соединяются в структуре с помощью катионов.

- Комплексный анион состоит из 3-х, 4-х, 6-ти кремнекислородных тетраэдра, связанных друг с другом через две общие вершины в замкнутые плоские изолированные кольца. Комплексные анионы в этих случаях представлены соответственно: [Si3O9]6- , [Si4O12]8- ,[Si6O18]12.

- Комплексные анионы представлены одномерными непрерывными цепочками связанных друг с другом кремнекислородных тетраэдров. В каждом кремнекислородном тетраэдре два иона O- целиком принадлежат иону Si, а два остальных, как бы, делятся пополам между соседними тетраэдрами, на каждый ион Si приходится три иона O-. Такое строение характерно для группы пироксенов с общей формулой R2+[SiO3]. Между линейно вытянутыми радикалами располагаются катионы металлов.

- Комплексные анионные радикалы представлены непрерывными сдвоенными цепочками (лентами) связанных друг с другом кремнекислородных тетраэдров. Такие ленточные сочленения кремнекислородных тетраэдров характерны для группы амфиболов с анионным комплексом [Si4O11]6-. Также в кремнекислородных тетраэдрах таких соединений ион Si иногда частично заменяется Al, находящемся также в окружении четырех ионов O-.

- Комплексные анионы представлены двухмерными слоями кремнекислородных тетраэдров. Строение таких слоистых радикалов характеризуется тем, что тетраэдры соединяются друг с другом уже тремя общими вершинами и образуют плоский слой непрерывной протяженности. Химическая формула такого анионного комплекса в пределах гексогона выражается как [Si2O5]2. Часть ионов может быть заменена Al. Каждый слой с помощью листа ионов O- через катионы металлов определенным образом связан с другими аналогичными по строению слоями.

- Комплексные анионы образованы непрерывными трехмерными каркасами кремнекислородных тетраэдров, у которых каждый ион O- принадлежит одновременно двум тетраэдрам. Химическая формула комплексных анионов каркасного строения в общем виде можно выразить так: [(Sin-xAlx)O2n]x-. Катионы Na, Ca, K и др., компенсирующие остаточную отрицательную валентность анионных каркасов располагаются внутри каркасов, в соответствующих полостях структуры.

Геологические процессы минералообразования по источнику энергии разделяются на две группы: эндогенные (собственно магматический, пегматитовый, гидротермальный, скарновый, метаморфогенный) – процессы возникающие за счет внутренней энергии Земли; экзогенные (месторождения зон выветривания и окисления, сидементационные месторождения, диагенетические месторождения) – источником энергии является cолнечная энергия.

Собственно магматический процесс – процесс образования минералов непосредственно при кристаллизации магмы. При магматическом минералообразовании возникает небольшое число главных минералов: оливин, пироксены, роговая обманка, микроклин, ортоклаз, биотит, мусковит, нефелин, плагиоклазы, кварц.

Пегматитовый процесс связан с кристаллизацией остаточного силикатного расплава, формирующегося по мере кристаллизации магмы. Остаточный расплав обогащен летучими компонентами, которые не вошли в породообразующие минералы (H2O, F, Cl, B, S, P, CO2 и др.), кристаллизация продолжается длительное время уже при более низких температурах, при этом образуются своеобразные породы, которые и называются пегматитами.

Скарновые месторождения образуются в зоне контакта гранитов с известняками или мраморами при обязательном участии послемагматических растворов. Залегают в виде реакционных контактовых кайм разной мощности (1-2 см до сотен м). Минералы – силикаты при этом образуются в ходе метасоматических реакций замещения одних минералов другими. Реакции идут за счет встречной диффузии вещества, извлекаемого растворами из гранитов и известняков (мраморов).

Гидротермальный процесс. По окончании пегматитового процесса в магматической камере концентрируются перегретые водяные пары и другие соединения, в том числе тяжелых металлов - Cu, Pb, Zn, Cr, Ni, As, Sb, Hg и т.д. По имеющимся трещинам эти газообразные соединения движутся в область пониженного давления и более низких температур, конденсируются и превращаются в горячие водные растворы, которые и называются гидротермальными. По мере движения гидротермальные растворы остывают и происходит отложение минералов, которые заполняют трещины или просачиваются сквозь породу и образуют гидротермальные жилы.

Метаморфогенные месторождения. Образуются в процессе метаморфизма горных пород. Метаморфизм – процесс минералогического, структурно-текстурного, а иногда и химического изменения исходных пород в новых условиях, происходящий при повышенных температурах и давлениях. Метаморфизм происходит либо под воздействием тепла внедрившихся магм (контактовый метаморфизм), либо под действием температуры и литостатического давления (региональный метаморфизм), либо при глубинных тектонических дислокациях (дислокационный метаморфизм).

Месторождения зон выветривания и окисления. Выветриванием называется процесс изменения и разрушения минералов и горных пород на поверхности Земли под действием физических и биологических факторов. В наземных условиях формируются коры выветривания.

Седиментационные месторождения. Механические или обломочные горные породы образуются на дневной поверхности и в подводных условиях в результате следующих явлений: физического выветривания, перемещения по склону продуктов выветривания; переноса материала, его сортировки и отложения водными потоками; переработки и переноса материала ветром; действия ледников.

Среди хемогенных осадочных пород выделяют два типа минеральных месторождений – образовавшиеся из истинных и из коллоидных растворов. Первые формируются в условиях сухого климата пустынь и полупустынь в бассейнах повышенной и высокой солености в результате испарения воды. Вторые– за счет коагуляции коллоидных растворов. Биогенные месторождения. Формируются в верхних частях земной коры за счет накопления и последующего преобразования органоминеральных агрегатов или за счет биохимических явлений.

Диагенетическое минералообразование. Изменения, происходящие в осадке, называются диагенезом. Осадок состоит из обломочных частиц, химических и биогенных продуктов седиментогенеза. На этой стадии происходит уплотнение осадка и уменьшение его влажности, образование и старение коллоидов, разложение минералов и образование новых, перераспределение вещества в осадке. В стадию диагенеза образуются сульфиды Fe, гидроксиды Fe, Mn, халцедон и опал, гидрослюды, глинистые минералы и цеолиты, арагонит, кальцит, доломит, фосфаты.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Лекции по генетической минералогии проф. Э. М. Спиридонов генетическая минералогия. Часть I

    Лекции
    Вот этим языком природы, слова которого суть минералы, мы с Вами и займемся. Буквы этого языка - химические элементы, слова - минералы, фразы этого языка - агрегаты, ассоциации минералов.
  2. Комплекс методических материалов основной образовательной программы подготовки бакалавров по направлению 022000 «экология и природопользование»

    Основная образовательная программа
    Нормативные сроки освоения: 4 года (очная форма), включая лекции, практические занятия, лабораторные практикумы, учебные и производственную практики, научно-исследовательскую работу.
  3. Итоги гак > Трудоустройство и востребованность выпускников. Управление качеством подготовки специалистов (3)

    Документ
    Подготовка бакалавров геологии направления 020300.62 «Геология» на геологическом факультете ИГУ осуществляется в соответствии с действующим законодательством Российской федерации, Федеральным законом «Об образовании» от 10 июля 1992г.
  4. Вопросы геологии, петрологии и металлогении метаморфических комплексов Востока ссср, 1968

    Документ
    201 - Вопросы геологии, петрологии и металлогении метаморфических комплексов Востока СССР, 1968. - Владивосток: ДВ филиал СО АН СССР, 1968. – 130 с. АТГФ-70109,
  5. Итоги гак > Трудоустройство и востребованность выпускников. Управление качеством подготовки специалистов (2)

    Документ
    Подготовка геологов на геологическом факультете Иркутского государственного университета осуществляется в соответствии с утверждённым Государственным образовательным стандартом по направлению 130300 «Прикладная геология» специальности-130301-«Геологическ

Другие похожие документы..