Cтроение кристаллов

Едва ли найдется хоть один кристалл, который, достигнув определенной, обычно весьма незначительной величины, не содержал бы посторонних включений, отдельных неправильно ориентированных частиц, участков твердых растворов, не совсем подходящих в решетку, или иных нарушений структуры. Небольшие механические напряжения, вызывающие едва различимые трансляции, также в какой-то мере выводят некоторые плоскости кристаллической структуры из правильных положений, благодаря чему кристалл испытывает нарушения, сначала не мешающие росту. Эти нарушения строения микроскопически часто могут не устанавливаться, но отмечаются, например, по необычному поведению при травлении, более легкому выветриванию, аномальным оптическим свойствам. Однако иногда участки с нарушенным строением обусловливают в дальнейшем нечетко выраженный параллельный рост кристалла, причем возникают блоки переменного размера, агрегат которых еще примерно обладает формами нормального кристалла и может даже до некоторой степени вновь залечиваться, но рубцы на нем все-таки остаются. Такие участки достигают иногда значительной величины (если вспомнить галенит из Джоплина), но обычно размеры их незначительны. Они могут бросаться в глаза по мозаичному строению, которое распознается лишь вблизи положения угасания при скрещенных николях. Участки мозаики обычно (бывают и исключения) не резко ограничены и постепенно волнисто переходят в соседние участки, находящиеся в положении угасания. В минераграфии мало обращали внимания на это явление. По форме оно может быть очень сходно со слабо деформированными участками, которые обнаруживают общие черты с точки зрения структуры кристалла.

Структуры распада твердых растворов и неустойчивых соединений, в общем, столь типичны, что их нельзя рассматривать лишь по форме без учета особенностей их происхождения. Автору известны случаи, когда ривноссеры вызвал в богатом железом сфалерите образование распыленного пирита, а восстановительное нагревание хромита привело к выделению железа. Не зная происхождения этих явлений, их можно было бы, несомненно, отнести к структурам распада твердого раствора. Подобные явления могли бы также встречаться как природные образования.

Включения различного происхождения

Особое значение имеют включения различного происхождения, нарушающие структуру кристаллов. Чрезвычайно распространены жидкие включения с газовыми пузырьками. Помимо основывающихся на них методов определения температуры, они часто имеют большое значение как начальные пункты распада твердых растворов. Включения стекла, которые, в общем, весьма сходны, в рудах еще не были описаны. Захваченные сульфидные капли рассматриваются в другой связи.

После определения строения и свойств отдельного зерна следует дать описание его внешних особенностей. При этом рассмотрение целесообразнее проводить следующим образом: форма зерна, величина зерна, сочетание зерен, причем последнее вводит нас уже в следующий раздел об агрегатах.

Распознавание внешних особенностей зерен в мономинеральном агрегате легко проводить лишь тогда, когда мы имеем дело с заметно анизотропным минералом, в противном случае необходимо травление. При возможности изменения условий травления следует предпочесть травление границ зерен, в то время как для выявления внутреннего строения желательно травление поверхности зерна.

Форма зерен

Минеральное зерно агрегата может обладать собственной формой, частичной собственной формой и чуждой формой, что в петрографии обозначается как идиоморфный, гипидиоморфный и ксеноморфный (т. е. аллотриоморфный). «Панидиоморфизм», т. е. идиоморфизм всех зерен, в мономинеральном агрегате невозможен, он может проявляться лишь по отношению к выполняющей массе, однако часто характерна сильная склонность многих минералов к более полному развитию форм- В полиминеральном агрегате отдельные или многие компоненты могут быть представлены полностью развившимися прекрасными кристаллами, такими, как пирит, сперрилит, арсенопирит, кобальтин, лёллингит, джем- сонит, молибденит, графит, магнетит, частично браунит и др. Почти все вышеуказанные минералы обладают этим свойством независимо от возрастного положения, т. е. и в случае своего более позднего образования они растут идиоморфно в других минералах и минеральных агрегатах. Это, например, очень часто имеет место для пирита и кварца, действительное возрастное положение которых поэтому очень трудно установить. Многие примеры, в которых «первичный» идиоморфизм считался до сих пор неоспоримым, вызывают сейчас сомнение или определенно рассматриваются как метакристаллы. В значительной мере это относится также к породообразующим минералам, поскольку резкой границы между магматическими и метаморфическими образованиями не существует. У кристаллических зерен, слагающих агрегаты, форма обычно развита недостаточно, но встречаются иногда весьма богатые плоскостями индивидуумы, что частично обусловлено заторможенным ростом кристаллов. Огранение, т. е. совокупность развитых на кристаллах граней, и габитус, т. е. развитие формы благодаря преобладанию определенных граней, часто с генетической точки зрения весьма ценны, особенно при установлении температуры образования. Однако их не следует переоценивать, как это уже имело место.

Игольчатая форма

Игольчатая форма указывает на значительное опережение кристаллизации в одном направлении; обычно она встречается лишь у некубических минералов. Даже в плотных агрегатах могут встречаться удивительные, часто распространенные «протыкания» игольчатыми минералами. Как и в случае «вязаных» форм (тонких дендритов), рост происходит часто в вязкой среде. К образованию игольчатой формы склонны, например, антимонит, многие сульфоантимониты свинца, миллерит и гётит, а при особых условиях и другие минералы. Таблитчатые формы присущи, прежде всего, (большей частью, но не всегда) минералам со слоистой кристаллической структурой (таким, как графит, тетрадимит, ковеллин), а при определенных условиях образования — и другим минералам (таким, как гематит и ильменит). Следует, однако, избегать поспешных выводов, поскольку минералы с игольчатой или таблитчатой формой могут быть представлены изометричными зернами, минералы же, у которых в решетке нет существенного предпочтения каких-либо направлений (даже кубические, как галенит в «свинчаке», или куприт в «медных цветах»), могут быть таблитчатыми или игольчатыми.

Идиоморфному развитию зерен можно противопоставить ксеноморфное. Оно также в известной мере зависит от свойств минерала, поскольку некоторые рудные минералы, даже если они ранние или имеют возможность разрастаться в других минералах, не дают хороших кристаллов. Лишь в наиболее поздних пустотах в свободно растущих друзах они образуют характерные для них кристаллические формы. Такими свойствами обладают очень многие минералы, часто особенно мягкие, например галенит, аргентит, блеклая руда, серебро, золото и многие другие. Зерна, лишенные кристаллического ограничения, иногда по аналогии с металлографией обозначаются как кристаллиты. Особенно часта «паналлотриоморфная», или «панксеноморфная», структура; она проявляется в большинстве мономинеральных агрегатов рудных минералов. У этих минералов склонность к полному или недостаточному кристаллографическому развитию часто сказывается в более или менее сильной зубчатости зерен, присутствии овальных или почти стебельчатых зерен и др.

Ксенобласты представляют собой кристаллические зерна, у которых отсутствует кристаллографическое ограничение и которые при определенных обстоятельствах вырастают в постороннем окружающем веществе, достигая значительной величины. Например, «замещение» одного из компонентов мирмекитового срастания химически обычно родственным минералом может привести к единой ориентировке этого минерала на значительном протяжении. Происхождение ксенобластического, а также идиобластического роста минералов в рудах можно объяснить значительно менее уверенно, чем в породах. Наиболее бросающимся в глаза признаком такого роста являются ситовидные включения, особенно когда среди этих включений наблюдаются окружающие минералы с другим размером зерен и иными свойствами.

Скелетные кристаллы

Скелетные кристаллы возникают обычно в результате предпочтительного роста кристаллов в участках, особенно хорошо питаемых раствором; при относительно быстром росте, но частично затрудненной диффузии питающего раствора силы, обусловливающие нарастание ровных непрерывных кристаллических плоскостей, отстают от скорости нарастания на наиболее экспонированных углах. Часто после первоначально стремительного скелетного роста начинается постепенное зарастание оставшихся участков, что следует ожидать, если продумать рост кристаллов с кинетической точки зрения. Зарастающие участки, если вспомнить о структуре песочных часов в авгите и «черных душах» («schwarzen Seelen») андалузита, часто обладают несколько иным составом, нежели более ранние, они более загрязнены и в большей степени подвержены растворению, а также травлению. Скелетные кристаллы, поэтому не всегда с самого начала своего образования обладают скелетной формой, а представляют собой (употребляя выражения Маухера, который впервые занимался этим вопросом) сохранившиеся «зоны прилива» («Flutzonen») при растворенных «застойных зонах» («Stauzonen»). Однако само расположение скелетных кристаллов в некогда вязкой, часто коллоидной массе, показывает, что они находятся в первоначальном виде. Это иллюстрируют авгит в вит-рофире, ильменит в габбро, галенит и выщелоченный неизвестный минерал.

Совсем иное происхождение у скелетных кристаллов, появляющихся в виде реликтов при растворении главного компонента бывших структур распада твердых растворов. Учитывая приведенные выше данные, они не должны обозначаться как скелеты. Зато с упомянутыми выше скелетными кристаллами весьма сходны некоторые тельца распада твердых растворов или образования, возникающие в единых кристаллах благодаря собирательной кристаллизации, такие, как «звездочки сфалерита» или пламенеобразные выделения пентландита в пирротине. Здесь также окружающая масса в значительной мере тормозит диффузию, особым образом направляя идиобласта чески и рост.

Скелетному росту близки так называемые «вязаные» формы, которые описаны ниже.

Зерна шарообразной формы встречаются нечасто и всегда бросаются в глаза.

Они могут достигать различных размеров и быть мономинеральными или сложного состава (в результате последующих изменений). С генетической точки зрения они представляют большой интерес объяснение опять-таки должно проводиться с большой осторожностью. Такими шарообразными формами могут обладать захваченные жидкие капли (висмут, сурьма, железо, пирротин, магнетит), кристаллы с «заторможенным ростом», у которых (большей частью немного ниже температуры начала кристаллизации) силы поверхностного натяжения еще велики по сравнению с силами, обусловливающими развитие формы кристаллов, округлые тельца распада твердых растворов, вторичные выполнения пузыристых пустот, зернышки «ситовидных включений» в метакристаллах, остатки от разъедания и др.

Первые из вышеназванных шарообразных зерен являются наиболее важными геологическими термометрами.

Размер зерен

Данные о форме зерен еще не содержат никаких сведений об относительной или абсолютной величине составных частей. Обладающие совершенно одинаковой степенью идиоморфизма, зерна одного и того же или различных минералов могут быть очень крупными или очень мелкими. Независимо от хода образования и тем самым от таких физико-химических понятий, как число центров кристаллизации и скорость кристаллизации, размер зерен может быть обусловлен различными причинами, чаще всего концентрацией. Представленные в большом количестве вещества будут образовывать сравнительно более крупные зерна, а малоразвитые — более мелкие. В этом правиле, однако, часты исключения, примером могут служить гигантские кристаллы берилла даже в таких пегматитах, где он весьма редкий. Как в горных породах, так и в рудных парагенезисах присутствующий в небольшом количестве минерал отнюдь не должен принадлежать к поздней кристаллизации; с другой стороны, терминология, используемая в петрографии для обозначения относительной величины зерна, не может быть неограниченно использована для руд. «Собственно, необходимо создать новую, более обширную терминологию. Прежде всего, должен быть критический подход при переносе на руды почти бессознательно подразумевающихся в магматических и метаморфических породах генетических понятий, нужно попытаться понимать наименования лишь описательно. «Порфировые вкрапления» (например, в рудах) отнюдь не являются принесенным из глубины продуктом ранней кристаллизации, а сходные с ними по форме «порфиробласты» не должны быть признаком динамического воздействия и скорости роста, превышающей остальной темп кристаллизации. «Порфировые вкрапления» в рудах показывают лишь, что идиоморфное минеральное зерно располагается среди более тонкозернистой окружающей массы, сложенной большей частью другими минеральными видами, причем оно старше окружающей массы или одного возраста с ней. Идиобласт (метакристалл), напротив, показывает только, что он моложе окружающей массы, за счет которой он пространственно и большей частью также вещественно вырос. Как по времени, так и по падению температуры и давления различия в образовании окружающей массы и идиобласта могут быть совсем невелики. Конечно, подобные соотношения могут быть вполне сопоставимы с горными породами для порфиробластов и ксенобластов из руд, действительно подвергшихся динамическим воздействиям. Однако аналогичные формы наблюдаются и в рудных парагенезисах, возникших, по-видимому, быстро.

Абсолютную величину зерна нельзя выразить обычными обозначениями (гиганто-, крупно-, грубо-, средне-, мелко- и т. д. зернистые), поскольку специалистам хорошо известно, что материал размером 5 х5 х х5 см обозначается как гигантозернистый, а в другом случае — как грубозернистый. Поэтому приводят фотографии с масштабом или точные средние величины размеров с наблюдаемыми отклонениями в ту или иную сторону.