Не следует путать с минеральными добавками (биологически значимые элементы, биологически активные добавки).

Минера́л (нем. Мinеrаl или фр. minéral, от позднелат. (аеs) minerale — руда^[1]) — однородное природное твёрдое тело, находящееся или бывшее в кристаллическом состоянии^[2][3]. Минералы являются составной частью горных пород (Породообразующие минералы), руд, метеоритов^[3].

Термин минерал используют для обозначения минеральных индивида, вида и разновидности^[4]. Минерал как минеральный вид — это природное химическое соединение, имеющее определённый химический состав и кристаллическую структуру. Если различия в химическом составе при структурной идентичности не очень велики, то по окраске, морфологическим или другим особенностям выделяют минеральные разновидности - например горный хрусталь, аметист, цитрин, халцедон являются разновидностями кварца. Минеральные индивиды - минеральные тела, между которыми имеются поверхности раздела, например, кристаллы и зёрна^[3].

Изучением минералов занимается наука минералогия. Изучением минеральных видов занимается филогения минералов и генетическая минералогия.

С 1950-х годов факт открытия нового минерала и его название утверждает Комиссия по новым минералам и названиям минералов Международной минералогической ассоциации (ММА)^[5]. В настоящее время установлено более 6000 минеральных видов и ежегодно комиссией утверждается несколько десятков новых, однако лишь 100 - 150 минералов пользуются широким распространением.

• Минералами считаются также некоторые природные вещества, представляющие собой в обычных условиях жидкости (например, самородная ртуть, которая приходит к кристаллическому состоянию при более низкой температуре). Воду, напротив, к минералам не относят, рассматривая её как жидкое состояние (расплав) минерала лёд.
• Некоторые минералы находятся в аморфном состоянии и не имеют кристаллической структуры. Это относится главным образом к т. наз. метамиктным минералам, имеющим внешнюю форму кристаллов, но находящимся в аморфном, стеклоподобном состоянии вследствие разрушения их изначальной кристаллической решётки под действием жёсткого радиоактивного излучения входящих в их собственный состав радиоактивных элементов (U, Th, и тд.). Различают минералы явнокристаллические, аморфные — метаколлоиды (например, опал, лешательерит и др.) и метамиктные минералы, имеющие внешнюю форму кристаллов, но находящиеся в аморфном, стеклоподобном состоянии.

Физические свойства минералов

Физические свойства обусловлены кристаллической структурой и химическим составом. В природных минералах всегда есть различные неоднородности, дефекты, разупорядоченности, т.п., поэтому и их свойства не являются абсолютно постоянными. Различают скалярные физические свойства минералов и векторные, величина которых зависит от кристаллографического направления. Примером скалярного свойства может служить плотность, векторными являются твёрдость, кристаллооптические свойства и др. Физические свойства подразделяют на механические, оптические, люминесцентные, магнитные, электрические, термические свойства, радиоактивность^[3].

Помимо внешней формы кристаллов и других выделений, наибольшое значение при их описании и визуальной диагностике, особенно в полевых условиях, имеют цвет, блеск, спайность, твердость, плотность^[6].

Механические свойства

К механическим свойствам относятся твердость, хрупкость, ковкость, спайность, отдельность, излом, гибкость (сопротивление излому), упругость^[7].

• Габитус кристаллов. Выясняется при визуальном осмотре, для рассматривания мелких образцов используется лупа
• Твердость. Определяется по шкале Мооса. По этой шкале, самым твёрдым эталонным минералом является алмаз (10 по шкале Мооса, с абсолютной твёрдостью 1600, может резать стекло), а самым мягким является тальк (1 по шкале Мооса, с абсолютной твёрдостью 1, царапается ногтем)^[8]. Твёрдость минерала не всегда постоянна для каждой из его сторон, что является производным от кристаллической структуры минерала — в некоторый направлениях срезать слой кристаллической решётки легче, чем в других^[8]. Примером такого минерала является кианит имеющий твёрдость 5.5 по шкале Мооса в одном направлении и твёрдость 7 в другом^[9].
• Спайность — способность минерала раскалываться по определённым кристаллографическим направлениям.
• Излом — специфика поверхности минерала на свежем не спайном сколе.
• Побежалость — тонкая цветная или разноцветная плёнка, которая образуется на выветрелой поверхности некоторых минералов за счёт окисления.
• Хрупкость — прочность минеральных зёрен (кристаллов), обнаруживающаяся при механическом раскалывании. Хрупкость иногда увязывают или путают с твёрдостью, что неверно. Иные очень твёрдые минералы могут с лёгкостью раскалываться, то есть быть хрупкими (например, алмаз)
• Удельная плотность это термин, используемый для определения единичной массы минерала, представляет собой отношение плотности (массы на единицу объема) минерала к плотности воды. Удельная плотность это скалярная величина. Для большинства минералов эта характеристика не является диагностической. Камнеобразующие минералы, силикаты и некоторые карбонаты имеют удельную плотность в диапазоне 2.5-3.5^[10], что объясняет почему камни тонут в воде. Тем не менее высокая удельная плотность может служить диагностической характеристикой для некоторых классов минералов. Среди часто встречающихся минералов более высокую удельную плотность имеют оксиды и сульфиды, поскольку они включают в себя элементы с высокой атомной массой. В общем случае, минералы с металлическим блеском имеют тенденцию к более высокой удельной плотности, чем тусклые минералы. Для примера, гематит, Fe₂O₃, имеет удельную плотность 5.26^[11], в то время как Галенит, PbS, имеет удельную плотность 7.2-7.6^[12][13], что является следствием высокой концентрации в них железа и свинца соответственно. Исключительно высокая удельная плотность проявляется в самородных металлах. Камацит, Железо-никелевый сплав распространённый в железных метеоритах имеет удельную плотность 7.9^[14], а наблюдаемая удельная плотность самородного золота достигает 19.3^[15].

Оптические свойства

• Блеск — световой эффект, вызываемый отражением части светового потока, падающего на минерал. Зависит от отражательной способности минерала.
• Цвет — признак, с определённостью характеризующий одни минералы (зелёный малахит, синий лазурит, красная киноварь), и очень обманчивый у ряда других минералов, окраска которых может варьировать в широком диапазоне в зависимости от наличия примесей элементов-хромофоров либо специфических дефектов в кристаллической структуре (флюориты, кварцы, турмалины).
  • Цвет черты — цвет минерала в тонком порошке, обычно определяемый царапанием по шершавой поверхности фарфорового бисквита.
• Преломление, Дисперсия и Поляризация характеризуют их оптические константы: показатель преломления, угол между оптическими осями, оптический знак кристалла, ориентация оптической индикатрисы и др.

Магнитные свойства

Магнитность зависит от содержания главным образом двухвалентного железа, обнаруживается при помощи обычного магнита.

Нахождение минералов в природе

По распространённости минералы можно разделить на

• породообразующие — составляющие основу большинства горных пород
• акцессорные — часто присутствующие в горных породах, но редко слагающие больше 5 % породы
• редкие минералы — находки которых единичны или немногочисленны
• рудные - содержащие в своём составе промышленно ценные компоненты и образующие значительные скопления в рудных месторождениях.

По форме нахождения минералов различают

• Минеральные индивиды — составные части минеральных агрегатов. Это отдельные кристаллы, зерна и сферические или близкие к сферическим выделения минералов, отделенные друг от друга физическими поверхностями раздела и представляющие собой форму нахождения минеральных видов в природе. Минеральный индивид — исходное понятие минералогии, означающее зерна и идиоморфные кристаллы, в виде которых в природе представлены минеральные виды; индивиды могут быть зернами — «монокристаллами» или сферокристаллами, из которых строятся простые минеральные агрегаты (Ю. М. Дымков, 1966)
• Минеральные агрегаты — это срастания минеральных индивидов одного и того же или разных минералов. Они могут быть одно- и многоэтапными. Минеральный агрегат — исходное понятие минералогии. На уровне организации вещества, следующем за понятием «индивид», агрегат — это скопление индивидов, не обладающее при идеальном развитии чёткими признаками симметричных фигур (это принципиальное отличие от индивидов — по Ю. М. Дымкову, 1966).
• Минеральные тела называются скопления минеральных агрегатов, обладающие естественными границами. Размеры их варьируют от микроскопических до очень крупных, соизмеримых с масштабом геологических объектов.

Химия минералов

Распространённость минералов на Земле является прямым следствием их химического состава, который, в свою очередь, зависит от распространённости различных химических элементов. Большинство наблюдаемых минералов добываются из земной коры. Большинство минералов имеют в своём основном составе всего 8 элементов, наиболее распространённых в земной коре: кислород, кремний, алюминий, железо, магний, кальций, натрий и калий (по степени убывания). Вместе эти восемь элементов составляют до 98 % от веса земной коры. Из этих восьми особое значение имеют кислород, составляющий 46,6 % от веса земной коры, и кремний, составляющий 27,7 %^[16].

Химический состав минералов, как правило, близок по своему составу той породе, из которой они сформировались. Так из магмы, богатой железом и магнием, сформируется оливин, а магма, богатая силикатами, кристаллизуется в богатый силикатами минерал — как, например, кварц. В известняке, богатом кальцием и карбонатами, формируются кальциты.

Химический состав может изменятся между членами ряда минералов. Например, плагиоклазы, входящие в группу каркасных алюмосиликатов — полевых шпатов, по химическому составу представляют собой непрерывный изоморфный ряд натриево-кальциевых алюмосиликатов — альбита и анортита с неограниченной смесимостью. Имеются 4 опознанные разновидности между богатым натрием альбитом и богатым кальцием анортитом — олигоклаз, андезин, лабрадор и битовнит^[17][18]. Другие примеры подобных рядов включают в себя оливиновый ряд от богатого магнием форстерита до богатого железом фаялита^[19] и вольфрамитовый ряд от богатого марганцом гюбнерита до богатого железом ферберита^[20].

Наличие минеральных рядов объясняется химической субституцией. В природе минералы не являются чистыми материалами. В них присутствуют примеси, состоящие из любых элементов, находящихся в данной химической системе. В результате иногда определённый элемент подменяется другим^[21]. Такая подмена обычно происходит между ионами похожих размеров и одинаковых зарядов. Например, K⁺ не может подменить Si⁴⁺ из-за химической и структурной несовместимости, вызванной большим различием в размерах и в заряде, а подмена Si⁴⁺ на Al³⁺ происходит достаточно часто, так как они близки по размеру, заряду и распространённости в земной коре, что мы и наблюдаем на примере плагиоклазов.

Изменения температуры, давления и химического состава влияют на минералогический состав данной породы. Изменения химического состава могут быть вызваны такими процессами, как эрозия почвы и выветривание, а также метасоматизмом. Изменения температуры и давления происходят, когда материнская порода проходит тектонический или магматический сдвиг в иной физический режим. Изменения в термодинамических условиях благоприятно влияют на возможность реакции между уже сформировавшимися минералами с получением новых минералов^[22].

Химико-структурная классификация и номенклатура минералов

Основные современные классификации минералов построены по структурно-химическому принципу по схеме^[23].:

1. Группа Неорганические минералы

2. группа Органические минералы

Некоторые органические вещества — нефть, асфальты, битумы раньше ошибочно относили к минералам.

Использование минералов

Минералы, наряду с органическими материалами, находят широкое применение.

Человек использовал минералы с древнейших времён. Долгое время основным полезным ископаемым был кремень - тонкозернистая разновидность кварца, его отщепы с острыми краями первобытные люди использовали ещё в древнем каменном веке. Кроме него применялись и другие минералы, например, вишневый гематит, желто-коричневый гетит и черные оксиды марганца - как краски, а янтарь, нефрит, самородное золото и др. - как материал для украшений и т. п. В доисторическом Египте (5000-3000 до н.э.) из самородной меди, золота и серебра делали украшения. Позже стали использовать бронзу для изготовления оружия и орудий труда^[6]. Сейчас из минералов получают металлы и другие химические элементы и соединения^[4], они являются сырьём для производства строительных материалов (цемент, стекло и др.) и для химической промышленности. Минералы могут использоваться в качестве красителей^[6], абразивных и огнеупорных материалов, они находят применение в керамике, оптике, радиоэлектронике, электротехнике и радиотехнике. Драгоценные камни тоже являются минералами^[4].

Минералы используются в пищу, как источник сырья, в качестве валюты, как предметы искусства и роскоши и как компоненты высоких технологий. Одним из видов шарлатанства является литотерапия — лечение минералами путем их ношения, прикладывания, вступления в астральные контакты с якобы заключёнными в камнях и кристаллах сверхъестественными энергиями и магическими силами. Приверженцы литотерапии утверждают, что каждый кристаллический объект обладает свойствами излучения и поглощения неведомых энергий и полей, которые при «правильном» приложении к биологическому телу способны восстанавливать нарушенный энергетический баланс организма. Литотерапия не имеет под собой клинически доказанных обоснований и научной базы^[24].

См. также

Литература

• Земятченский П. А., — Минерал // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Rocks and Fossils. — San Francisco: Fog City Press, 2007. — ISBN 978-1-74089-632-0.
• Field guide to North American rocks and minerals. — Toronto: Random House of Canada, 2008.
• Mineralogy and Optical Mineralogy. — Chantilly, Virginia: Mineralogical Society of America, 2008.

Примечания