Файл: Шафрановский И.И. Очерки по минералогической кристаллографии.pdf

Рис. 17. Грани F . S п If на модели кристалла. По II. Хартману н В. Пердоку.

Особый интерес представляет констатация совпадения трех типов

«неправильно огрубленные грани»), с тремя названными выше груп­ пами структурно различных граней по Д. Хартману и В. Пердоку (F, S и К). Отмеченное совпадение, несомненно, говорит в пользу теоретических высказываний названных авторов.

Пристального внимания заслуживает новая методика структурно­

В свое время автор настоящей книги пытался выяснить согласо­ ванность теоретической последовательности форм циркона, вычис­ ленной способами Браве, Доннэя— Харкера, Ниггли и Михеева — Шафрановского со статистической последовательностью тех же форм на реальных кристаллах [148]. Было показано, что способ Ниггли с учетом «нагрузок» сеток и межплоскостных расстояний дает наи­ более близкую согласованность. Он, по существу, частично пред­ восхищает методику Н. 3. Евзиковой.

В настоящее время Г. К. Гераничева, используя эту методику, заново вычислила теоретическую последовательность форм циркона с учетом плотностей элементарных слоев. С первого взгляда, полу­ ченная последовательность существенно расходится со статистиче­ ским порядком реальных гранных форм. Однако внесенная Г. К. Гераничевой поправка, основанная на различии характера границ между элементарными слоями, значительно приблизила найденный ею порядок форм к их реальному проявлению. Главные грани

60

а

а а

'v W v V v V v ^

Рис. 18. Различные типы цепочек связей в структурах. Ho Р. Керну.

должны обладать не только наибольшей плотностью элементарных слоев, но и иметь ровные (плоские), а не зубчатые, границы между ними (рис. 18).

Как видим, проблема «морфология — структура» порождает все новые и новые подходы, поправки и т. и. И все же, несмотря на все новшества, в основе продолжает сохраняться принцип Браве, хотя и значительно модернизированный.

Подводя итоги нашему обзору, перечислим еще раз те данные о структуре, которые можно извлечь из внешнего огранения кри­ сталлов.

Наиболее постоянные и развитые, т. е. габитусные грани на кри­ сталлах конкретного минерала дают предварительное понятие о типе трансляционной решетки (решетки Браве). Аномальное отсутствие среди них той или иной формы, теоретически входящей в комплекс важнейших форм данной решетки, указывает, хотя и весьма при­ ближенно, на принадлежность минерала к определенной простран­ ственной группе (так, например, отсутствие пинакоида на кварце объясняется наличием тройных винтовых, а не простых осей сим­ метрии). Статистически найденный порядок последовательности гра­ ней йо развитию и частоте встречаемости с большим или меньшим успехом может быть использован для уточнения данных о внутренней геометрии структуры.

Однако следует помнить, что разнородные атомы в ряде случаев образуют в совокупности как бы одну суммарную решетку, влия­ ющую на огранение кристалла (такова псевдопримитивная кубиче­ ская решетка поваренной соли, состоящая из общей совокупности ионов натрия и хлора и обусловливающая кубическую форму кри­ сталлов, выпадающих из водных, т. е. нейтральных, раство­ ров).

Казалось бы, скульптура граней на реальных кристаллах в виде штриховок, бугорков роста и ямок травления со всем разнообразием геометрически правильных узоров должна уточнять структурные сведения, полученные с помощью огранения. Однако дело здесь обстоит сложнее. Геометрия скульптировки уточняет понятие о пло­ скостной симметрии граней и о конечной (точечной) пространственной симметрии кристалла, с помощью которых мы определяем лишь

61

кристаллографические разновидности гранных форм. Две одинако­ вые простые Гранине формы принадлежат двум различным кристал­ лографическим разновидностям, если они отличаются элементами симметрии или расположением этих элементов относительно гра­ ней [14]. Так, например, штриховка на пирите указывает на при­

надлежность куба к разновидности с симметрией ЪЬ.АЬ3ЗРС (?пЗ). Однако углубляться дальше в симметрию структуры, судя по име­ ющимся ныне данным, она не позволяет. Штриховка, оказывается, гораздо больше связана с поверхностными явлениями и обу­ словленными ими внешними дефектами, чем с внутренней струк­ турой.

С этой точки зрения особый интерес представляют новейшие исследования Г. И. Дистлера, касающиеся зародышеобразования в процессе роста кристаллов. Оказывается, возникновение зароды­ шей на грани происходит преимущественно на электрически заря­ женных точечных дефектах. «Во многих случаях именно электриче­ ская структура поверхности, а не ее микрогеометрия, определяет процессы зародышеобразования и роста кристаллов» [48]. Все это надо учитывать при использовании гранных скульптур для уточ­ нения истинной симметрии кристалла.

Не следует увлекаться аналогиями, существующими между макроскульптурами граней и теоретическим подразделением по­ следних на «плоские» (F), «ступенчатые» (.5) и «неровные» {К) [171]. Ступенчатость призматических граней на кристаллах кварца свя­ зана с особенностями роста природных кристаллов и возникает за счет торможения ромбоэдрических граней [100]. Вместе с тем, поП. Хартману, эти грани принадлежат к типу F, т. е. к «плоским» граням.

Как видим, взаимосвязь между структурой и огранением кри­ сталлов весьма усложняется воздействием внешних условий. Нельзя

однородностями в виде пирамид и зон роста.

Сейчас многие авторы обращают особое внимание на детальную разработку внутренней морфологии кристалла. Одним из осново­

геометрии. В отличие от внешней геометрии с ее каркасными фор­ мами здесь с успехом применяются понятия о реберных и гранных пучках, соответствующих формам роста вершин и ребер, более или

ющей формулировке Д. П. Григорьева: «Рост реального кристалла осуществляется за счет отложения вещества на различных элементах его формы: пирамидах роста граней, плоскостях роста ребер и ли­ ниях роста вершин» [41].

Нет сомнения в том, что обсуждение проблемы «структура — внешнее оформление» не может проходить без учета внутреннего

62

сложения реального кристалла. Внутреннее сложение содержит как бы законсервированную историю развития кристалла, конечный этап которой оформлен в виде внешнего огранения, и может объяс­ нить многие неувязки, существующие между теоретическими расче­ тами и реальным развитием гранных форм.

Затронув вопрос о внутреннем сложении реального кристалла, мы неминуемо должны вспомнить о формировавшей его среде. Само собой разумеется, что нельзя рассматривать структуру оторванно от среды, а тем более говорить о кристаллическом огранении в отрыве от той же среды. Следует твердо помнить о двойственной природе кристаллических образований, являющихся порождением внутрен­ ней структуры и внешней среды, неразрывно связанных друг с другом.

Возникает вопрос: как связана проблема взаимосвязи кристалломорфологии и структуры минералов с универсальным принципом симметрии?

Эта взаимосвязь проверяется с помощью статистических данных о формах, проявляющихся на кристаллах данного вещества. Тем самым мы имеем дело как бы с суммарным идеализированным"кри­ сталлом, образовавшимся в идеализированной же минералообразу­ ющей среде, имеющей симметрию шара. Однако даже при таком подходе, сглаживающем все несовершенства и отклонения от иде­ альных форм, дают себя знать изменчивость и непостоянство среды, накладывающие свой отпечаток на статистику кристаллических форм.

Выше уже отмечалась роль активных и пассивных сред в развитии гранных форм, которая, безусловно, отражается и на их статистике. Большое значение имеет обнаруженная Н. 3. Евзиковой и подтвер­ жденная И. Костовым тенденция природных кристаллов покрываться гранями со все меньшими плотностями сеток по мере падения кон­ центрации раствора [52, 67]. Очевидно, здесь сказывается влияние симметрии раствора, все более превалирующее по мере падения концентрации. При этом кристалл покрывается множеством доба­ вочных граней, стремясь по мере возможности приблизиться к шаро­ вой поверхности (в предыдущей главе уже говорилось о добавлениях к принципу Кюри и о том, что тела растворения в силу превалиру­ ющей симметрии раствора становятся округлыми).

В противоположность предыдущему развитию граней влияние загрязненной и вязкой среды приводит к возникновению скелетных форм, в которых обычный тангенциальный рост накладывающихся слоев заменяется усиленным ростом по нормалями ним. Прекрасный пример именно такого роста представляют собой цирконы с так называемой «еремеевской штриховкой» (рис. 19). Как показала Г. К. Гераничева, эта штриховка связана с ростом кристалла в виде

развитию форм, к сожаленшо, обычно не учитываемому статистикой. Особенно ярко сказывается влияние загрязненной среды на

63

Развитие подобных дефектов дает понятие не только о физико­ химических особенностях среды, но и об ее неодинаковом воздей­ ствии на различные участки одного и того ше кристалла. Еще резче такое воздействие выявляется на искаженных, вынужденных, ком­ промиссных кристаллических формах, обусловленных сложением двух различных симметрий: кристалла и среды (вернее, питающих подтоков данной среды).

Г л а в а VI

к ри с т а л л о о бра зу ю щ а я СРЕДА

II ФОРМИРОВАНИЕ МИНЕРАЛОВ

Рассмотрим кристаллообразующую среду с чисто кристаллогра­ фической (даже «геометрической») точки зрения, трактуя ее с пози­ ций учения о симметрии. Разумеется, такой подход является сугубо упрощенным. Он дает только первые вводные понятия о столь слож­ ном природном объекте, как минералообразующая среда. Физико­ химические особенности подобных сред здесь почти не затрагива­ ются. Подробное их рассмотрение входит в задачи собственно гене­ тической минералогии.

В дальнейшем нам придется выяснить вопрос о взаимодействии симметрий среды и образующегося в ней кристалла. Это взаимодей­ ствие подчиняется универсальному принципу симметрии-диссиммет- рии Кюри. В отношении природных кристаллографических форм данный принцип можно сформулировать следующим образом: реаль-

64

ное кристаллическое тело внешне сохраняет только те элементы своей собственной симметрии, которые совпадали во время его формирова­ ния с элементами симметрии кристаллообразующей среды (следствие из универсального принципа Кюри); под симметрией кристаллообра­ зующей среды будем подразумевать симметрию подтоков питания к кристаллу.

Возможны три случая: 1) элементы симметрии кристалла пол­ ностью совпадают с элементами симметрии среды; 2) элементы сим­ метрии кристалла совпадают лишь частично с элементами симмет­ рии среды; 3) элементы симметрии кристалла и среды вовсе не со­ впадают.

токе питания к кристаллу; б) при соответствии и пространственном совпадении элементов симметрии кристалла и среды (может реали­ зоваться и при росте кристалла внутри другой кристаллической среды при совпадении соответствующих элементов симметрии, что происходит довольно редко). Реализация идеально образованных кристаллических форм (с одинаково развитыми однородными гра­ нями) относится преимущественно к этому случаю-

Второй случай приводит к образованию наиболее характерных искаженных форм, соответствующих симметрии той или иной кри­ сталлообразующей среды. В природе особенно часто возникают формы, обусловленные в конечном счете точечной симметрией поля земного тяготения (симметрия конуса Lra оо р — сот). Именно эта симметрия порождает внешнюю симметрию большинства природ­ ных форм на земной поверхности: растений, животных, геологиче­ ских объектов, кристаллов. Кристалл с вертикально ориентирован­ ной во время роста осью симметрии Ьп нередко характеризуется внешней (ложной) симметрией Ln пР — пт и соответствующим огранением в виде ложных простых «пирамидальных» форм; кристалл, выросший с наклонно ориентированной осью L„, часто получает внешнюю симметрию Р — т с соответствующими простыми ложными формами в виде «диэдров» и «моноэдров».Известны и другие случаи сим­ метрии природных кристаллообразующих сред, например ЗЬ2ЗРС —

ттт в слоистых породах. Простые ложные формы, относящиеся ко второму случаю, зачастую дают ценную информацию о симмет­ рии питавшей их среды.

Третий случай приводит к возникновению внешне асимметричных кристаллических полиэдров с простыми ложными формами в виде «моноэдров». Однако и здесь нередко наблюдаются формы, более или менее приближающиеся к формам второго случая, в зависимости от степени отклонения элементов симметрии кристалла от элементов

собственной симметрии кристалла на самом деле переходят в эле­ менты, близкие к элементам «криволинейной» симметрии (в трактовке Д. В. Наливкина).

Рассмотрим более подробно второй и третий случаи, приводящие к образованию наиболее характерных искаженных кристалличе­ ских форм.

Искаженные (вынужденные, видимые, поверхностные) формы окристаллизованных минералов, рассматривавшиеся в прошлом как досадные уродства мира кристаллов, привлекают в последнее время все большее внимание. С одной стороны, они представляют интерес для генетической минералогии, играя роль индикаторов

Чтобы иллюстрировать сказанное, напомним известное открытие Г- Г. Леммлейна: кристаллы кварца, ось симметрии Ь 3 которых во

кР — т.

Эта закономерность, как уже указывалось выше, связана с тем,

что симметрия поля земного тяготения отвечает симметрии конуса Leo 00 Р (°°лі), воздействующей согласно принципу Кюри на фор­ мирующиеся в этом поле тела. Соответственно с обычным появлением двух типов внешней симметрии LnnP и Р формы реальных кристал­ лов кварца искажаются: для первого случая характерно появление ложных форм «пирамидального» типа (в первую очередь 7г-гональных и ди-7г-гональных «пирамид» и др.), для второго — моноклинподиэдрических форм («диэдров», «пинакоидов», «мопоэдров»). Эти искаженные формы позволяют легко классифицировать визуально большинство природных кристаллических многогранников и отно­ сить их к тому или иному типу.

Именно такой подход позволил А. А. Кораго успешно исполь­ зовать искаженные формы кварца для решения важной задачи. Согласно его данным, кристаллы ложно-моноклинного или триклинного вида (тип Р — т) наблюдаются преимущественно в крутопада­ ющих хрусталеносных гнездах, тогда как кристаллы с пирами­ дальным обликом (тип Ь3ЗР — 37?г или LfiP — бтт) приурочены в основном к пологопадающим гнездам. Эти данные позволяют прак­

Все вышесказанное свидетельствует о теоретической и практиче­ ской важности искаженных форм, понятие о которых должно быть положено в основу учения о формах реальных кристаллов. В боль­ шинстве случаев на искаженных кристаллических фигурах более

66