Что такое минерал.
Как бы отталкиваясь от факта неоднородности и поли-минеральности громадного большинства горных пород, еще не столь давно смешиваемых с минералами, а теперь перешедших во "владение" петрографов, минералоги, в поисках надежного критерия для разграничения "сфер влияния" с петрографами, выдвинули на первый план утверждение о том, что уж они-то изучают природные кристаллические вещества вполне определенного (в каждом конкретном случае) и постоянного состава, — химические соединения, однородность (гомогенность) которых не подлежит сомнению. В любых дефинициях понятия "минерал" вплоть до совсем недавнего времени прежде всего постулировались и весьма настойчиво акцентировались оба, казалось бы, неотъемлемых свойства минералов: постоянство и определенность их химического состава, равно как и неразрывно с этим связанная внутренняя однородность.
В.И.Вернадский еще в начале XX века определил минералы как продукты природных химических реакций, протекающих в земной коре и в недрах Земли. Это совершенно правильное определение остается в силе и сейчас, но ввиду его слишком общего характера нуждается в дополнительном уточнении и конкретизации.
Между тем применение рентгенографии к изучению минералов (с 1915 г.) не только не поколебало общей уверенности в их однородности, но, как это ни парадоксально звучит, даже укрепило ее, установив индивидуальность кристаллической структуры различных минералов . Дело в том, что рентгенография — интегральный и не очень чувствительный метод; она "не замечает" ни тонкодисперсных минеральных выделений, ни примесей, присутствующих в низких концентрациях. Правда, сочетание рентгеноструктурного и химического анализа позволило выявить в мире минералов многочисленные изоморфные ряды и серии , химический состав промежуточных членов которых закономерно меняется в рамках, определяемых составами конечных членов рядов (например, ряд оливина: форстерит Mg2Si04 — фаялит Fe2Si04). Но это, хотя и очень важное, положение носило, скорее, общий характер, т.е. касалось в основном минералогической систематики, ее упорядочения и дальнейшей разработки классификации минералов на кристаллохимической основе. По отношению же к отдельно взятым кристаллам или иным выделениям минералов укоренившийся в умах минералогов традиционный взгляд на них как на внутренне однородные вещества постоянного состава оставался незыблемым, по-видимому, вплоть до рубежа 60—70-х гг. XX века.
Именно к этому времени относится все более широкое проникновение в минералогические исследования новых методов, в основном заимствованных из арсенала физики твердого тела и базирующихся на использовании аппаратуры с большой разрешающей способностью — прежде всего, электронного микроскопа, в том числе высокого разрешения (позволяющего подчас непосредственно видеть и различать отдельные молекулы вещества и даже узлы кристаллической решетки), и электронного микрозонда, дающего возможность проводить локальный микрорентгеноспектральный анализ минералов, т. е. определять их элементный состав "в точке". К двум названным методам следует добавить еще нейтроно- и электронографию (в "паре" с электронной микроскопией), способствующие уточнению кристаллических структур минералов, инфракрасную (ИК-) спектроскопию — метод исследования состава и структуры вещества на уровне молекул и радикалов, люминесцентную спектроскопию, методы резонансной спектроскопии (электронный парамагнитный резонанс — ЭПР, ядерный магнитный резонанс — ЯМР, ядерный гаммарезонанс — ЯГР, основанный на эффекте Мессбауэра), "чувствующие" отдельные "точечные" примесные и радиационные дефекты в кристаллах, а также фиксирующие характер "расселения" атомов и ионов в кристаллической структуре (т. е. переводящие изучение ее тонких особенностей на атомный и даже на электронно-ядерный уровень). Массовое применение этих и других физических методов в минералогических лабораториях всех развитых стран мира привело за последние примерно 25 лет к коренному пересмотру прежних представлений о реальных минералах.
Действительное положение вещей оказалось куда более сложным, чем это веками представлялось минералогам, не вооруженным современными методами исследования. В минералогии произошел резкий качественный скачок, сопоставимый с тем, который вызвало в ней (и в петрографии) во второй половине XIX века применение поляризационного микроскопа.
Высокоразрешающие методы исследования со всей очевидностью продемонстрировали, что реальные минералы — отнюдь не такие простые и однородные по всему объему тела постоянного состава, какими их столь долго считали. Фактически огромное большинство выделений минералов представляют собой микрогетерогенные системы сложного строения, в которых следует различать основную матрицу минерала-"хозяина", действительно имеющую более или менее определенный состав в отношении главных компонентов (с поправками на вариации, обусловленные зональным и/или секториальным строением кристаллов) и характерную кристаллическую структуру,— и заключенные в матрице разнообразные микровключения других минеральных фаз, а также жидкостей и газов. Эти включения могут быть распределены в матрице равномерно или неравномерно, закономерно или беспорядочно по всему объему, либо сконцентрированы в отдельных зонах или секторах, т. е. пирамидах нарастания граней; они могли возникнуть раньше захваченными в ходе кристаллизации), одновременно с ней (т. е. попасть в нее в процессе совместной кристаллизации) или позже (в результате последующего вторичного изменения минерала).
Да и в самой матрице, при достаточно сложном ее составе, т. е. при наличии материальных частиц (атомов, ионов) разного сорта, они (чаще всего катионы) могут занимать строго определенные структурные позиции, как это имеет место в упорядоченной кристаллической решетке, или же располагаться с разной степенью беспорядка: в частично или полностью неупорядоченных структурах катионы одного сорта статистически распределены по разным, электростатически неэквивалентным позициям (с неодинаковым ближайшим анионным окружением, а иногда с различной локальной симметрией). Порядокбеспорядок в кристаллических структурах, даже при постоянном химическом составе минералов и одном и том же типе структуры, оказывает существенное влияние на их симметрию и многие физические (в частности, оптические) свойства .
<1> <2> <3> <4> <5> <6> <7> <8> <9> <10> <11> <12> <13> <14> <15>