↑ Кристаллохимические особенности островных силикатов

Кристаллохимические особенности островных силикатов определяются: 1) присутствием в минералах орто- (SiO₄)^4- и диортогрупп (Si₂O₇)^6-; 2) большой ролью в минералах этой группы катионов октаэдрической координации с ионными радиусами 0,060–0,080 нм (Ti⁴⁺, Fe³⁺, Nb⁵⁺, Mg²⁺, Fe²⁺), главными из которых являются магний и железо. Структуры силикатов этого класса наиболее прочны и компактны среди силикатов других подклассов. Во многих минералах этой подгруппы большую роль играют сравнительно крупные катионы восьмерной (и более) координации Ca²⁺ (0,106), Na⁺ (0,098), Ce³⁺ (0,0118). Их координационные полиэдры несоразмерны с тетраэдрами и октаэдрами, поэтому структура таких минералов за небольшим исключением (гроссуляр), менее компактна.

Характерная особенность алюминия в островных силикатах заключается в том, что он входит в состав минералов в качестве катиона – занимает октаэдрические позиции.

Разнообразие катионов, их различные радиусы и свойства приводят к усложнению кристаллических структур островных силикатов и частому вхождению в их состав дополнительных анионов F^– и (OH)^–. Особенно характерно это для минералов, содержащих одновременно группы (SiO₄)^4- и (Si₂O₇)^6- и различающиеся по металлическим свойствам катионы, например, кальций и титан (титанит), кальций и алюминий (эпидот), калий, натрий и титан (лампрофиллит). Дополнительные анионы характерны также для силикатов, в состав которых входят только группы (SiO₄)^4- и алюминий в качестве катиона, – топазAl₂(SiO₄)F₂, кианита Al₂(SiO₄)О и др.

Принцип строения орто- и диортосиликатов показан на схеме кристаллического строения оливина и гемиморфита Zn₄(Si₂O₇)(OH)₂H₂O. У оливина тетраэдрические группы (SiO₄) соединяются через катионы, а у гемиморфита комплексные анионы (Si₂O₇) соединяются через катионы.

↑ Морфология кристаллов и физические свойства

Островные силикаты даже в стесненных условиях роста чаще всего образуют хорошие кристаллы. Это объясняется большой кристаллизационной силой этих минералов, которая обусловлена компактностью и простотой их структуры, многозарядностью анионных комплексов и значительной силой связей катионов, входящих в их состав.

Естественно, что форма кристаллов обусловлена особенностями структуры. Островные силикаты кубической сингонии – гранаты образуют изометричные, хорошо ограненные зерна – ромбододекаэдры, тетрагон-триоктаэдры. В тетрагональной сингонии кристаллизуется циркон, образующий идеально развитые дипирамидальные и призматические кристаллы. В совершенных кристаллах ромбической сингонии обычно наблюдаются топаз и ставролит. Ну а сфен (сейчас его принято называть титанитом) даже получил название за то, что он почти всегда встречается в виде идеально ограненных клиновидных кристаллов (от греческого «сфен» – клин). Из распространенных кристаллов лишь оливин и хондродит редки в кристаллах.

Окраска островных силикатов обычно обусловлена присутствием в их составе в качестве главных и примесных компонентов элементов-хромофоров (Fe, Mn, Ti, и Cr). Атомы двухвалентного железа вызывают зеленые цвета (гроссуляр, эпидот), а трехвалентного – коричневые (андрадит, ставролит, титанит), а различные соотношения этих атомов обусловливают всё разнообразие цветов в зелено-коричневой части спектра. Окрашенные марганцем и железом минералы имеют малиново-красный, лилово-красный цвет (альмандин). Железо в сочетании с титаном вызывает коричнево-черную окраску минералов, например титанистый андрадит – шорломит. Хром обусловливает изумрудно-зеленую окраску минералов (уваровит). Он же в сочетании с железом вызывает бордово-красную окраску драгоценных пиропов («богемских гранатов») – при особых соотношениях хрома и железа эти гранаты могут менять цвет от зеленых при дневном свете до красно-фиолетовых при искусственном. Лишь в редких случаях могут встречаться бесцветные островные силикаты – это химически чистые гроссуляр, форстерит, топаз, каламин.

Островные силикаты имеют высокую твердость – 6–8, поэтому они черты не дают, т. к. процарапывают бисквитную пластинку, и даже у густо окрашенных минералов она еле заметна.

↑ Особенности условий образования

Островные силикаты – это минералы преимущественно высоких температур и давлений, т. е. больших глубин. Поэтому главными типами месторождений являются магматические и метаморфические, реже метасоматические. Как исключение они могут образовываться в приповерхностных условиях.

Минералы, образующиеся в магматических породах: оливин, циркон, некоторые гранаты, титанит, лампрофиллит. Однако образуются эти минералы в разных по составу породах. Оливин является породообразующим минералом ультраосновных пород (бедных кремнеземом), т. к. он сам содержит очень мало кремнезема. В основных, средних и кислых породах островные силикаты играют вспомогательную роль (акцессорные минералы): титанит, циркон, некоторые гранаты. В гранитных пегматитах образуются кристаллы топазов. В щелочных горных породах (с нефелином) характерными минералами являются  циркон, титанит, ринколит, лампрофиллит.

Минералы, образующиеся в метаморфических породах. В них островные силикаты нередко играют главную роль. Они образуются при региональном метаморфизме в гнейсах, сланцах: это типичные гранаты (пироп-альмандинового состава), ставролит, эпидот, кианит. В контактово-метасоматических породах (скарнах) главными минералами являются кальциевые гранаты (гроссуляр, андрадит), большую роль в них играют везувиан и эпидот. В грейзенах часто встречаются топазы, иногда фенакит. При щелочном метасоматозе (в альбититах, микроклинитах) образуются циркон, торит, фенакит.

В приповерхностных условиях образуется виллемит и каламин – минералы зоны окисления цинково-сульфидных руд.

↑ Краткие сведения о минералах. Часть1

J Оливины. Это группа минералов переменного состава, образующих почти непрерывный изоморфный ряд смесей от форстерита Mg₂(SiO₄) до фаялита Fe₂(SiO₄). Магнезиальный член ряда форстерит встречается в мраморах, и некоторых скарнах в виде белых или желтых округлых зерен и бесформенных выделений со стеклянным или жирным блеском. Ассоциирует обычно с кальцитом, зеленой и бесцветной слюдой (флогопитом), магнетитом, шпинелью (черной и розовой), хондродитом.

Промежуточные члены ряда (оливины) встречаются в кимберлитах, ультраосновных породах, базальтах в виде одиночных зерен, плохо образованных кристаллов и зернистых масс бутылочно-зеленого, бутылочно-коричневого цвета, полупрозрачных, со стеклянным блеском. Оливины являются главной составляющей частью оливиновых пород – оливинитов, дунитов, перидотитов.

Из оливинов только фаялит встречается с кварцем. Он редок образуется в некоторых скарнах, гранитных пегматитах, гранитах, метаморфических породах. При метаморфизме оливин легко подвергается гидролизу, замещаясь серпентином и тальком.

Оливиниты используются как огнеупорное сырье, прозрачные разности – в ювелирном деле как ограночный материал – это хризолит.

Узнается с трудом. Требуется большой навык, чтобы его определить в породе. Чаще определяется по продуктам изменения – серпентину и тальку.

Твердость хризолита 6,5–7. Плотность 3,2–3,5 г/см3. Спайность развита плохо, излом раковистый. Блеск стеклянный, на изломе жирный. С древности наиболее известное месторождение хризолита на о. Забергед (Египет). На мировой рынок поступает из АРЕ, США и Бирмы. В России (тр. Удачная-Восточная в Якутии).

J Фенакит Вe₂(SiO₄). «Фенакис» по-гречески – обманщик; название дано из-за того, что бесцветные его разновидности почти неотличимы от кварца. Сравнительно редкий минерал. Тригональная сингония. Образует шестоватые, призматические белые кристаллы, друзы и сферолиты в гидротермальных фтор-бериллиевых рудах, где ассоциирует с полевым шпатом, бертрандитом, флюоритом. Твердость 7,5–8. Плотность 2,95–3 г/см³.

Используется как руда на бериллий. В качестве ювелирного камня встречается в пегматитах в виде крупных бесцветных прозрачных кристаллов призматического и ромбоэдрического габитуса. Ассоциирует здесь с топазом, амазонитом, бериллом.

Был впервые найден на Урале Л. А. Перовским.

Прозрачный фенакит обычно бесцветен. Встречаются камни бледно- и винно-желтые, розоватые, реже зеленовато-серые или бурые. Окраска связана с наличием парамагнитного центра Bе–О–Ве. Окраска часто распределяется неравномерно, на свету она может обесцвечиваться.. Наиболее известное месторождение фенакита находится на Урале, где только в 1831–1862 гг. его было добыто более 80 кг. Красивые кристаллы и друзы фенакита желтого и бледно-красного цвета встречаются в Бразилии (шт. Минас-Жерайс).

J Циркон Zr(SiO₄). От персидских слов «цар» – золото и «гун» – цвет. Синонимы гиацинт, энгельгардит, азорит, ауэрбахит. Характерный акцессорный минерал кислых и щелочных пород. Практически всегда содержит в том или ином количестве изоморфные примеси различных катионов (тория, церия, гафния, ниобия, тантала, алюминия), что дает основание выделять различные разновидности цирконов, которые с минералогической точки зрения ничем не оправданы. Радиоактивные разновидности (малакон, циртолит и др.) подвергаются метамиктному распаду (распад под действием собственного радиоактивного излучения). Они аморфизуются, ожелезняются и обводняются. Увеличиваясь в объеме, метамиктные зернышки циркона разбивают трещинами окружающие минералы, по ним происходит ожелезнение пород.

Кристаллизуется в тетрагональной сингонии. На сегодняшний день открыть турагентство по франшизе является отнюдь не простым действием. Чтобы не попасть впросак на старте своего бизнеса, вам поможет всем известная в кругах франчайзинга турфирма Дали-Тур.

Спайность у циркона наблюдается редко (несовершенная). Блеск сильный, стеклянный до алмазного, у просвечивающих камней – жирный. До матового, на изломе – смолистый. Твердость 6,5–7,5. Циркон хрупкий, что затрудняет его обработку. Плотность сильно меняется в зависимости от цвета: у зеленых и коричневых – 3,95–4,20, а у бесцветных, голубых 4,6–4,8 г/см³. Часто цирконы люминесцируют в ультрафиолетовых лучах желтым и оранжевым цветом.

Циркон очень прочен, тяжел и поэтому накапливается в песках. Промышленные концентрации образуют в россыпях. Цирконовые пески используют как формовочные пески в металлургическом производстве, для получения оксида циркония, для извлечения гафния.

Узнается по идеальной форме кристаллов, алмазному блеску, высокой твердости.

J Гранаты. Это обширная группа минералов общей формулы R₃²⁺R₂³⁺(SiO₄)₃. В качестве катионов типа R²⁺ выступают Ca, Mg, Fe²⁺, R³⁺– Al, Fe³⁺, Cr, реже Ti и V. Выделяются две главные подгруппы гранатов по А. Винчеллу и В. Винчеллу: железо-магнезиально-марганцевые пиральспиты – пироп, альмандин и спессартин и кальциевые уграндиты – уваровит, гроссуляр и андрадит. Внутри подгрупп наблюдаются широкие изоморфные замещения, между подгруппами изоморфизм ограничен. Есть и другие по составу гранаты – ванадиевые, циркониевые, гидрогранаты.

Все гранаты относятся к кубической сингонии. Часто они образуют совершенные кристаллы в форме ромбододекаэдров, тетрагонтриоктаэдров и их комбинаций. Твердость гранатов в зависимости от состава 6,5 (андрадит)–7,5. В зависимости от состава меняются оптические свойства гранатов – показатель преломления, дисперсия (от 0,022 у пиропа до 0,057 у демантоида и топазолита – разновидности андрадита), плотность (от 3,4 у уваровита до 4,2 у альмандина и спессартина). Поэтому при диагностике гранатов следует это учитывать.

Гранаты легко узнаются по форме кристаллов, окраске, твердости. Поначалу трудно диагностировать только зеленые и коричневые гранаты ряда гроссуляр – андрадит в сплошных, жирных по блеску плотных массах в роговиках и скарнах. Помогает присутствие мелких хорошо ограненных кристалликов граната вдоль кальцитовых жилок.

J Группа кианита (дистена). Это минералы общего состава Al₂SiO₅. Сюда относятся два островных силиката разной структуры, кианит (дистен) Al₂(SiO₄)O и андалузит AlAl(SiO₄)O, и цепочечный алюмосиликат – силлиманит Al(AlSiO₅). В кианите весь алюминий располагается в кислородных октаэдрах, в андалузите половина его находится в необычном (пятерном) окружении, а в силлиманите половина алюминия размещается в тетраэдрах. В этой же последователи естественно понижается плотность минералов, т. к. чем больше координационное число атома, тем плотнее он упакован в структуре минерала между анионами (кислородом). Так же уменьшается давление, при котором эти минералы стабильны: чем больше давление, тем более компактны структуры и наоборот. Очень распространенные минералы, относятся к породообразующим.

Кианит (триклинный) встречается в виде удлиненных досковидных кристаллов, бесцветных и голубовато-синих, голубовато-зеленоватых, встречается фиолетовый и розовый. Название от «кианос» – синий. Блеск стеклянный, с перламутровым отливом на гранях. Известны кристаллы с эффектом «кошачьего глаза». Очень характерна явная анизотропия твердости этих пластин: поперек 6, вдоль – 4,5, на гранях (010) и (100) – 7. Отсюда происходит второе название – дистен, т. е. двоякотвердый. Реже дистен образует в сланцах игольчатые кристаллы серого цвета (от включений графита) и шаровидные массы радиально-лучистого строения. Хрупкий. Спайность совершенная по (100) и менее совершенная по (101), по (001) наблюдается отдельность. Узнается по форме кристаллов, неодинаковой твердости. Находится в основном в слюдистых сланцах. Встречаются и прозрачные красивые образцы, пригодные для огранки, т. е. для использования в качестве ювелирных украшений

Крупные кристаллы дистена достигают 20–30 см в длину. Известны залежи сплошных дистеновых пород в Северной Индии (Лапса-Буру), в Северной Каролине (США), на Южном Урале известны  сравнительно бедные месторождения, например, Борисовское (Кочкарский р-н). Накапливается в россыпях, т. к. плотность3,6–3,7 г/см³.

Андалузит встречается в брусковидных розовых, зеленых, серых кристаллах. Андалузит назван от провинции Андалузия в Испании. Ромбический. Блеск стеклянный. Твердость 7–7,5. Плотность 3,1–3,2 г/см³.

Для кристаллов характерны почти прямоугольные призматические формы с призматической спайностью. По высокой твердости отличается от многих других силикатов, похожих на него по цвету.

Наиболее значительным является месторождение Семиз-Бугу в Казахстане (андалузит во вторичных кварцитах). Центральные части месторождения сложены корундовыми и мусковит-корундовыми породами, постепенно переходящими к периферии в андалузитовые породы с рутилом, мусковитом, диаспором, пирофиллитом, иногда топазом (с содержанием андалузита до 85 %). Эти породы переходят в андалузитсодержащие кварциты.

Существует интересная разновидность андалузита – хиастолит, которая представляет минералогический и коллекционный интерес. Окраска его серая, красновато-бурая. В центре кристалла образуется крест, сложенный захваченными в процессе роста кристаллом углистыми частицами. Известны месторождения андалузита в Забайкалье (Нерчинский округ), гора Хоуден (Южная Австралия). Крупнейшее месторождение андалузита известно в Калифорнии (Уайт-Маунтен). Здесь очень богатая андалузитом порода (до 85 %) залегает в виде линз и гнезд в андалузитсодержащих кварцитах.

Силлиманит – ромбической сингонии. Облик кристаллов игольчатый. Наблюдается в плотных лучистых массах, волокнистых агрегатах. Цвет серый, светло-бурый, бледно-зеленый. Блеск стеклянный. Твердость 7. Плотность3,2–3,3 г/см³.

Все минералы группы кианита образуются метаморфическим путем за счет преобразования богатых глиноземом пород при повышении давления и температуры. Сначала образуются силлиманит или андалузит, а затем кианит. Поэтому иногда встречаются параморфозы кианита по андалузиту. Силлиманит образуется при самых больших температурах. Это контактово-термальный минерал. Большие месторождения сплошных масс силлиманита (до 85 %) в виде крупных линз и гнезд  в кристаллических сланцах известны в Индии (Хази-Хиллс и Пипра).

Все три минерала – это высокоглиноземистое сырье. Используются для получения огнеупоров в металлургии и керамической промышленности.