Лекция1 ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ МИНЕРАЛОГИИ
И КРИСТАЛЛОГРАФИИ
1.1 Общие сведения о минералогии, кристаллографии и других смежных разделах науки геологии
Наружная оболочка земного шара, земная кора, изучается различными науками, объединенными под общим названием «Геология». Главнейшие науки, изучающие Землю: минералогия, наука о природных химических соединениях-минералах; кристаллография-наука о кристаллах и кристаллическом состоянии вещества; петрография и литология-наука о горных породах, слагающих земную кору, геохимия-наука о химическом составе Земли и законах распределения, сочетания и движения химических элементов (атомов) в земной коре или при различных природных процессах; геоморфология – наука об образовании, развитии форм земной поверхности (рельефа); геология и разведка месторождений полезных ископаемых и ряд других наук, тесно связанных с указанными выше, взаимно дополняют друг друга и в целом составляют науку «Геологию».
Земная кора состоит из различных горных пород. Каждая горная порода состоит из одного или из нескольких минералов. Роль минералов и горных пород в практической жизни человека огромна. Велико значение разнообразных полезных ископаемых: угля, нефти, торфа, руд цветных и черных металлов: свинца, цинка, молибдена, вольфрама, олова и др. Разнообразные минералы используются в ювелирной промышленности, как алмазы, рубины, сапфиры, гранаты и др. Прекрасны по своей окраске нежно-голубой аквамарин, ярко-зеленый изумруд и кроваво-красный рубин.
В природе известно более 2500 минералов. Они разнообразны по своим свойствам, кристаллическому строению и генетическому происхождению. Одни минералы твердые и не прозрачные, как сталь, другие легкие и пропускают свет (горный хрусталь, кальцит), а третьи, легко ломаются и царапаются ногтем (гипс, тальк). Для того чтобы распознать минералы и уверенно их определять, мы познакомимся с минералогией-наукой о минералах и кристаллографией, наукой о кристаллах и кристаллическом состоянии вещества, так как большинство природных минералов имеют правильную геометрическую форму и кристаллическое строение.
Минералогия - самая древняя геологическая наука. Старинный термин (minera-лат.) обозначает штуф, кусок руды. Любая наука находится в постоянном развитии, меняются ее цели, объекты, методы. Интерес к минералам как к полезным ископаемым зародился в глубокой древности, до начала письменного периода. Самые древние культурные народы, занимающиеся горным промыслом, это китайцы, египтяне, греки и др.
Их интересовали самородные металлы – медь, золото, серебро, но они уже умели находить руды, богатые медью, железом и оловом.
Одной из первых специальных работ по минералогии был трактат «О камнях» греческого философа Теофраста (372-287 гг. до н. э.). В нем он описывал несколько десятков минералов и минеральных веществ, подразделив их на металлы, камни и земли. В труде приводятся данные о свойствах минералов, способах их извлечения, обработки и применения.
Римский ученый Плиний – старший, погибший при извержении Везувия в 79г. н. э., приводит интересные сведения обо всех известных к тому времени минералах в четырех трактатах.
Значительные успехи в развитии минералогии были достигнуты на Востоке в Х-ХI вв. Большой вклад в минералогию внес среднеазиатский ученый, врач, философ -Сина (Авиценна, 980-1037). Авиценна создал первую классификацию минеральных тел, общепринятую в Европе до конца ҲVIII в.
Крупный ученый эпохи Возрождения Леонардо да Винчи в 1502г. опубликовал минералогический трактат, где приводит описание ряда минералов и их свойств: твердости, удельного веса, степени прозрачности, формы и др.
Впервые термин «кристаллография» был предложен для названия «науки о кристаллах» швейцарским ученым М. Капеллером в 1723г.
Основоположником минералогии в России по праву считают (1711-1765). Ломоносов составил (1745) первый русский каталог минералов, собранных в коллекции Академии наук, начало которой было заложено Петром I в его знаменитой кунсткамере. , развивая закон постоянства гранных углов кристаллов, сформулированный Н. Стеноном, связал его с внутренним строением селитры (1749).
На Западе в это время наблюдается расцвет так называемой «естественноисторической» школы профессора Фрейбергской горной академии (1750-1817). Вернер создал новую классификацию минералов, основывающуюся на внешних признаках минералов.
Значительный вклад в развитие минералогии внес русский академик (1765-1826). Он написал ряд работ по минералогии и впервые вводит понятие о парагенезисе минералов, употребляя термин «смежность минералов».
Конец XVIII-XIX вв. характеризуется бурным развитием горной промышленности, как в России, так и за рубежом. В 1773г. в Петербурге создается Горное училище (теперь – Горный институт). В 1817г. основывается «Минералогическое общество», а в 1819г. – университет.
Изучение морфологии кристаллов минералов в XIX в. позволило выявить и изучить все их многообразие, составить атласы чертежей этих кристаллов (работы , , П. Грота).
С именем (1818 – 1892) связан расцвет русской минералогии, признанной за границей. Им проделана работа точного изучения и систематизации минералов многих месторождений.
опубликовал 11- томный труд «Материалы для минералогии России».
Химическое направление разрабатывалось шведским ученым (1779-1848), немецкими учеными Э. Митчерлихом (1794-1863), П. Гротом (1843-1927), профессором Венского университета Г. Чермаком (1836-1927).
(1834-1907) – периодическая система химических элементов.
Современное развитие кристаллографии и минералогии началось с конца XIX в. Начало этому положили работы (1853-1919) о законах построения кристаллов. В течение многих лет Федоров занимался вопросами взаимозависимости внутреннего строения кристаллов с их химическим составом и свойствами. Им был написан ряд ценных работ: «Симметрия правильных фигур» (1891), «Курс кристаллографии» (1897) и др. Федоров изобрел теодолитный гониометр и универсальный столик, известный под названием «Федоровского столика».
Детальные минералогические исследования во второй половине XIX в. получили успешное развитие благодаря достижениям микроскопического метода исследования, основы которого заложили (1843-1919)
Важным этапом в развитии минералогии считается возникновение новой науки – геохимии. Основоположниками этой науки являются русские академики (1863-1945) и (1883-1945). Американский геохимик (1847-1931) и норвежец Гольдшмидт.
Вернадский рассматривал минералы как продукты природных химических реакций, протекающих в определенных физико-химических условиях. Изучение геологических процессов, генезиса минералов и минеральных ассоциаций позволило ему заложить основы геохимии и генетической минералогии
положил начало учению о типоморфизме минералов – зависимости морфологии, состава, свойств минерала и набора его минералов спутников от условий образования, развил идею о том, что последовательность образования минералов в месторождениях связана с энергетикой процесса, он дал одну из первых теорий о природе окраски минералов, углубил учение об изоморфизме.
В XX-XXI столетиях появляется кроме вышеназванных ученых целый ряд крупных минералогов, кристаллографов, геохимиков и других специалистов геологов, внесших неоценимый вклад в развитие геологической науки.
В настоящее время в минералогии и кристаллографии наряду с традиционными методами исследования широкое применение находят новые точные методы изучения минералов и кристаллов: рентгеноструктурные, инфракрасной спектроскопии, электронной микроскопии и ряд других.
1.2 Место минералогии и кристаллографии среди других
наук и их практическое значение
Исторический обзор развития минералогии вскрывает ее связь с другими науками. Это одна из старейших и главных наук о горных породах и рудах, о том веществе-минерале, из которого состоят объекты исследований геологов, петрографов, литологов, специалистов по месторождениям полезных ископаемых, геохимиков, геофизиков.
Имеются общие проблемы у минералогии с биологией и палеонтологией. Минералы входят в состав твердых тканей живых организмов и растений, слагают окаменелости. Мощные толщи некоторых осадочных горных пород являются захороненными скоплениями раковин, скелетов и других остатков животных и растений. По объектам, кругу задач и методам исследования минералогия связана с кристаллографией, петрографией, во многом – с физикой и химией.
Изучение минералогии как знания о минералах, составных частях руд и умения их использовать, несомненно. Большое практическое значение имеет изучение минералов при проведении геолого-поисковых работ на разные полезные ископаемые (это поиск полезных ископаемых в виде руд или горных пород). Некоторые минералы служат критерием поисков на месторождения полезных ископаемых.
Например: яркие зеленые налеты гидрокарбоната меди и его «проводники» в трещинах приведут к залежам окисленных медных руд, а находки обломков, сложенных средне – зернистым агрегатом хороших зеленых или коричневых кристаллов граната и кальцита с вкрапленниками халькопирита, являются признаком рудного месторождения «скарнового» типа. Минеральный состав «черных песков» в береговой полосе, в западинах дна рек и ручьев дает ценную информацию при поисках россыпных месторождений золота, алмазов оловянных, титановых и других руд.
В настоящее время в минералогии можно выделить несколько основных направлений, иногда они самостоятельны, иногда перекрывают друг друга, часто неотделимы от смежных наук. По исследованиям выделяют теоретическую минералогию и прикладную.
Основными направлениями теоретической минералогии являются:
- кристаллохимия минералов; физика минералов; учение о генезисе (происхождении) минералов, в том числе: о космологических закономерностях, о закономерностях образования и распределения минералов в разных геологических системах, о закономерностях образования минеральных индивидов и их агрегатов, о химической среде, давлении и температуре минералообразования; учение о зависимости особенностей структуры, состава, свойств минералов и формы их кристаллов от условий образования.
Главные направления в прикладной минералогии:
- диагностика минералов, определение минерального состава горных пород и руд, установление морфологии, состава, свойств минералов; поисковая минералогия; технологическая минералогия; минералогическое материаловедение.
Особая область-это экспериментальная минералогия, которая является одним из основных элементов генетической минералогии, а также работ по синтезу технически ценных кристаллов-аналогов минералов.
Контрольные вопросы.
1) Что такое минерал?
2) Чем занимается минералогия как наука?
3) С именами, каких ученых более всего связано становление минералогии как самостоятельной науки?
4) Какова роль и в современной минералогии?
5) Каковы основные направления исследований в минералогии?
