Файл: Жилинский, Г. Б. Искусственные минералы.pdf

развивающейся в Казахстане, является выяснение фи­ зико-химических условий образования минералов в глубинных зонах земли, которые предопределяют осо­ бенности поведения вещества в геохимических процес­ сах, помогают глубже познать сложные геологические процессы, в частности, рудообразование.

КАК ВОЗНИКАЮТ И РАСТУТ КРИСТАЛЛЫ

Чтобы получить искусственные кристаллы, необхо­ димо знать, как они зарождаются, как растут, какие причины влияют на изменение их структур и какие дефекты могут возникнуть при росте. В мельчайших подробностях следует также уяснить, как происходит весь процесс кристаллизации, чтобы потом в лаборато­ рии создать условия, подобные тем, в которых зарожда­ ются и растут природные кристаллы и минералы. Нау­ ки, изучающие различные свойства как природных, так и искусственных кристаллов, в последние годы раз­ виваются очень бурно. Исследуются электропровод­ ность, диэлектрические свойства, люминесценция (хо­ лодное свечение минералов), механические, магнитные и тепловые свойства искусственных минеральных обра­ зований. В результате человеком открываются неиз­ вестные ранее свойства кристаллов, которые все шире применяются в современной технике, открывают перед ней новые пути развития, способствуют научно-техни­ ческому прогрессу.

Обычно каждый кристалл зарождается в какой-то точке расплава или пересыщенного раствора. Затем от этого зародыша, как от начального центра кристал­ лизации вещества, продолжается рост кристалла. Такой

28

точкой может быть либо самопроизвольно возникший элементарный монокристалл, либо его обломок. Этот изначальный пункт кристаллизационного процесса но­ сит различные названия: центр кристаллизации, крис­ таллический зародыш, затравка и т. д. В дальнейшем, если кристалл растет из абсолютно чистого раствора (расплава) и по всем направлениям от центра кристал­ лизации происходит равномерное падение температу­ ры, то вырастают идеально правильные многогранники. В природе кристаллы различных минералов редко приближаются по своей форме к правильным много­ гранникам. В большинстве случаев как природные, так и некоторые искусственные кристаллы очень далеки от правильной геометрической формы объемных много­ гранников. Их кристаллические решетки в силу различ­ ных факторов имеют дефекты роста и содержат вклю­ чения инородных веществ.

В 1953 году В. Д. Кузнецовым были описаны наибо­ лее часто встречающиеся в природе случаи кристалли­ зации различных минералов. Так, при нагревании сол­ нечными лучами поверхности соляных водоемов (это характерно для южных засушливых районов нашей страны) в безветренную погоду можно наблюдать, что по зеркальной глади озер плавают четырехугольные воронкообразные «лодочки». Более близкое знакомство

с ними показывает, что они состоят из сросшихся друг

сдругом кубиков поваренной соли. Характерно, что та­ кое явление наблюдается только в тех водоемах, где в растворенном состоянии находится поваренная соль. Это объясняется тем, что растворимость хлористого натрия (поваренной соли) очень мало зависит от темпе­ ратуры. Поэтому при нагревании раствора поваренной соли сверху (солнечными лучами) наиболее насыщен­ ные его слои остаются у поверхности (в данном случае водоема), и не происходит миграция насыщенных его

29

частей в глубину. В насыщенном слое у поверхности засоленного бассейна вокруг возникшего центра крис­ таллизации образуется маленький кристаллик хлорис­ того натрия, который будет плавать по поверхности и даже обсыхать под лучами солнца. По мере роста уве­ личиваются его вес и объем, а он сам начинает погру­ жаться в рассол. При погружении над кристалликом образуется местное пересыщение раствора. Следуя очертаниям этого кристаллика, к нему будут прирас­ тать другие. Постепенно из них образуется кристалли­ ческая воронка, состоящая из отдельных сросшихся кубиков (кристаллов хлористого натрия). Она, плавая по поверхности водоема, будет постепенно все больше и больше обрастать и увеличиваться в объеме. Так возни­ кают упомянутые выше «лодочки», плавающие на по­ верхности засоленных озер. На засоленных озерах, где в растворах присутствуют кроме поваренной другие со­ ли, такого явления обычно не наблюдается, так как растворимость разных солей быстро возрастает по мере повышения температуры.

Если кристалл растет из раствора равномерно, то есть если созданы условия, когда из насыщенного раст­ вора (расплава) вещество равномерно отлагается на грани кристалла, то он должен иметь правильные крис­ таллографические формы — геометрически точные объ­ емные многогранники. В тех случаях, когда не происхо­ дит равномерной подачи к зародышу кристалла раство­ ренного вещества, необходимого для построения крис­ талла, форма его деформируется. Например, когда ми­ нерал лежит на дне сосуда с пересыщенным раствором, то быстро растут его боковые грани и мы получаем пластинчатые кристаллы. Если рядом с исходным рас­ тут по тому же направлению другие кристаллы, мы ви­ дим, что образуются сростки (друзы) иглообразных, пи­

30

рамидальных кристаллов. К ним относятся часто встречаемые геологами друзы горного хрусталя.

В других случаях при остывании раствора, расплава или газовожидкого вещества ((флюида) вершины и реб­ ра кристаллов растут значительно быстрее, чем его грани. Тогда вместо объемных многогранников образу­ ются кристаллические скелеты. Скопление таких ске­ летных образований напоминает древовидные формы — дендриты. Всем известные ледяные узоры на окнах зимой — простейшие примеры таких структур. В при­ роде в виде дендритов часто встречаются самородная медь, золото и серебро.

Постараемся с точки зрения кристаллизации ве­ ществ объяснить некоторые явления окружающего нас мира. В позднее осеннее и раннее весеннее времена года водяные пары в воздухе образуют вначале мелкие (0,005—0,01 мм) кристаллики льда разнообразной формы: правильные шестигранные призмы, иглы, звез­ дочки, пластинки. Последние образуются при более низких температурах воздуха. При непосредственной конденсации паров мелкие снежинки наращивают свои лучи, то есть увеличиваются их кристаллы. При спо­ койной безветренной погоде образуются довольно круп­ ные снежинки диаметром в несколько миллиметров с правильным и неповторимым по красоте строением. В ветреную погоду снежинки скатываются в непрозрач­ ные шарики — образуется так называемая снежная крупа. Поздней весной и нередко летом снежинки за­ рождаются на высоте в кучевых облаках. Попадая на пути к земле в облако переохлажденных капель, они быстро обрастают ледяной корочкой. Так возникают градины, которые иногда достигают размеров голубино­ го яйца. На земле при резком понижении температуры в сырую погоду на различных предметах выступают кристаллические дендритовые кристаллы — иней.

31

Часто из переохлажденного тумана на холодные пред­ меты ложится изморозь. При выпадении переохлажден­ ного дождя на асфальт, бетон, вода кристаллизуется в виде тонких прозрачных слоев. Образуется гололед, доставляющий много неприятностей транспорту и пе­ шеходам.

Все сказанное выше относится к кристаллам, расту­ щим в открытых системах, когда происходящие про­ цессы не ограничены областью кристаллизации. В при­ роде, однако, мы чаще встречаемся с тем, что кристал­ лизация проходит в «замкнутых» или закрытых систе­ мах (например, полости в коренных породах, куда попадают газовожидкие растворы — флюиды или рас­ плавы). В замкнутых условиях области кристаллизации ограничены стенками полости, поэтому возникающие кристаллические вещества часто имеют закономерную ориентировку слагающих их кристаллов. В этом случае говорят, что вещество обладает текстурой. Столбчатая текстура (характерная для большинства шестоватых кристаллов) является частным случаем текстур мине­ ральных образований. Примером другой текстуры мо­ жет служить рисунок на металлических заготовках, которые были подвергнуты волочению или прокатке. Такой рисунок обычно напоминает структуру веточек дерева. В природных условиях мы часто встречаем во­ локнистые структуры минеральных образований. Они характерны для жил и прожилков в измененных гор­ ных породах ( например, асбест — горный лен). Подоб­ ные текстуры возникают и при затвердевании металлов при металлургических процессах, а также при зараста­ нии труб солями в различных химических производ­ ствах.

Разновидностью волокнистых структур являются сферолиты (от греческих слов шар и камень). Это кристаллические образования шаровидной формы,

32

Турмалины — редкостные по окраске минералы,

от которых с легкой руки уральских «горщиков» пошло название самоцветы

Топазы — полудрагоценные ювелирные минера­

лы (в центре — в природных условиях, с боков — после огранки)