Ìèíåðàëû è ãîðíûå ïîðîäû Ðîññèè è ÑÑÑÐ
<<< Ìèíåðàëîèäû | Ñîäåðæàíèå | Ïîëèòèïèÿ
>>>
×àñòü 1. Ìèíåðàëû. ×òî òàêîå ìèíåðàëû
Ïîëèìîðôû
Ñàìîñòîÿòåëüíûìè ìèíåðàëüíûìè âèäàìè èçäàâíà
ñ÷èòàþòñÿ òàê íàçûâàåìûå ïîëèìîðôíûå
ìîäèôèêàöèè (ïîëèìîðôû) ïðèðîäíûõ
êðèñòàëëè÷åñêèõ âåùåñòâ. Çäåñü íàì ïðèäåòñÿ
ñêàçàòü íåñêîëüêî ñëîâ î òîì, ÷òî òàêîå
ïîëèìîðôèçì (îò ãðå÷åñêîãî "ïîëèìîðôîñ" —
ìíîãîîáðàçíûé).
ßâëåíèå ïîëèìîðôèçìà çàêëþ÷àåòñÿ â
ñïîñîáíîñòè íåêîòîðûõ êðèñòàëëè÷åñêèõ âåùåñòâ,
â òîì ÷èñëå è ìèíåðàëîâ, ñîõðàíÿÿ ïîñòîÿííûé
ñîñòàâ, èçìåíÿòü ïîä âëèÿíèåì âíåøíèõ
ôàêòîðîâ — ïðåæäå âñåãî òåìïåðàòóðû, à òàêæå
äàâëåíèÿ è îò÷àñòè ñîñòàâà êðèñòàëëîîáðàçóþùåé
ñðåäû — ñâîþ êðèñòàëëè÷åñêóþ ñòðóêòóðó, à
òåì ñàìûì — è ñèììåòðèþ, è çà÷àñòóþ âíåøíþþ ôîðìó
âûäåëåíèé (ïîñëåäíåå ïðîèñõîäèò íå âñåãäà, òàê
êàê âåùåñòâî ñ èçìåíèâøåéñÿ ñòðóêòóðîé ìîæåò è
ñîõðàíèòü ïðåæíþþ âíåøíþþ ôîðìó êðèñòàëëà).
Îñîáåííî âàæíóþ ðîëü â ïîëèìîðôèçìå èãðàåò òåìïåðàòóðà,
ïîâûøåíèå èëè ïîíèæåíèå êîòîðîé ïðèâîäèò ê
ïåðåñòðîéêå êðèñòàëëè÷åñêîé ñòðóêòóðû,
ñòðåìÿùåéñÿ ïðèñïîñîáèòüñÿ ê èçìåíèâøèìñÿ
âíåøíèì óñëîâèÿì.
Äëÿ î÷åíü ìíîãèõ âåùåñòâ, â òîì ÷èñëå è
ìèíåðàëîâ, èçâåñòíî îò äâóõ äî íåñêîëüêèõ
ïîëèìîðôîâ, óñòîé÷èâûõ âûøå èëè íèæå
îïðåäåëåííûõ òåìïåðàòóðíûõ ãðàíèö.
Åñëè èìåþòñÿ òîëüêî äâå ìîäèôèêàöèè — ãîâîðÿò
î äèìîðôèçìå, ïðè òðåõ ìîäèôèêàöèÿõ — î òðèìîðôèçìå.
Îáîçíà÷àþòñÿ ïîëèìîðôû áóêâàìè ãðå÷åñêîãî
àëôàâèòà: à (àëüôà), á (áåòà), ó (ãàììà) è ò.ä. (â
ñòîðîíó ïîâûøåíèÿ òåìïåðàòóðû ïðåâðàùåíèÿ).
Íàïðèìåð, íèçêîòåìïåðàòóðíûé àëüôà-êâàðö
SiO2 ïðè 573°Ñ ïåðåõîäèò â
âûñîêîòåìïåðàòóðíûé áåòà-êâàðö, òîò ïðè 870°Ñ — â
òðèäèìèò, êîòîðûé ïðè 1070° Ñ ïðåâðàùàåòñÿ â
êðèñòîáàëèò; â ñâîþ î÷åðåäü, òðèäèìèò è
êðèñòîáàëèò èìåþò ïî 2-3 ïîëèìîðôà. Óâåëè÷åíèå
äàâëåíèÿ íåñêîëüêî ïîâûøàåò òåìïåðàòóðó
«àëüôà-áåòà» ïåðåõîäà êâàðöà.
Âûñîêîòåìïåðàòóðíûå ïîëèìîðôíûå ìîäèôèêàöèè
îáû÷íî èìåþò áîëåå "ðûõëóþ" ñòðóêòóðó, áîëåå
âûñîêóþ ñèììåòðèþ è ïîíèæåííóþ ïëîòíîñòü.
Äàâëåíèå, èçìåíÿþùååñÿ â øèðîêîì äèàïàçîíå,
òîæå âûçûâàåò ïîëèìîðôíûå ïðåâðàùåíèÿ,
íàïðàâëåííûå â öåëîì â îáðàòíóþ ñòîðîíó, ò.å.
óâåëè÷åíèå äàâëåíèÿ ïðèäàåò êðèñòàëëè÷åñêèì
ñòðóêòóðàì áîëüøóþ êîìïàêòíîñòü, ÷òî
ñîïðîâîæäàåòñÿ ïîâûøåíèåì ïëîòíîñòè ìèíåðàëîâ.
Ýòî â ÷àñòíîñòè îòíîñèòñÿ ê âûñîêîáàðè÷åñêèì
ïîëèìîðôàì êðåìíåçåìà — êîýñèòó è ñòèøîâèòó,
îáðàçóþùèìñÿ ïðè î÷åíü áîëüøèõ äàâëåíèÿõ.
Ëþáîïûòíî, ÷òî âíà÷àëå îáà îíè áûëè ïîëó÷åíû
èñêóññòâåííî, â ëàáîðàòîðíûõ óñëîâèÿõ, è
ìèíåðàëàìè íå ñ÷èòàëèñü, ïîêà íå áûëè îáíàðóæåíû
â ïðèðîäíîé îáñòàíîâêå — â ìåòåîðèòíûõ êðàòåðàõ
(àñòðîáëåìàõ), âîçíèêøèõ ïðè ïàäåíèè êðóïíûõ
ìåòåîðèòîâ íà ïîâåðõíîñòü Çåìëè.
Ìåòåîðèòíûå óäàðû âûçûâàþò
êðàòêîâðåìåííîå, íî î÷åíü ðåçêîå ïîâûøåíèå
äàâëåíèÿ è òåìïåðàòóðû, îáóñëîâëèâàþùåå óäàðíûé,
èëè èìïàêòíûé ìåòàìîðôèçì ãîðíûõ ïîðîä,
ëîêàëèçîâàííûé â ïðåäåëàõ êðàòåðà (ãäå, îäíàêî,
äåëî ïîðîé äîõîäèò äî ðàñïëàâëåíèÿ è
îñòåêëîâàíèÿ ïîðîä). Â ðåçóëüòàòå óäàðíîãî
ñæàòèÿ ïðîèñõîäÿò òàêæå ïîëèìîðôíûå ïðåâðàùåíèÿ
òèïà ãðàôèò-àëìàç (ïîëèìîðôû óãëåðîäà),
ìàðêàçèò-ïèðèò (ïîëèìîðôû äèñóëüôèäà æåëåçà FeS2),
êàëüöèò-àðàãîíèò
(ïîëèìîðôû êàðáîíàòà êàëüöèÿ ÑàÑO3). Ïîìèìî
èìïàêòíûõ àëìàçîâ (îáû÷íî î÷åíü
ìåëêèõ) â ìåòåîðèòíûõ êðàòåðàõ óñòàíîâëåíû è
äðóãèå ìèíåðàëû — âûñîêîáàðè÷åñêèå ïîëèìîðôû
óãëåðîäà: ÷àîèò è ëîíñäýëåèò.
Ïîëèìîðôíûå ïðåîáðàçîâàíèÿ áûâàþò îáðàòèìûìè
(ýíàíòèîòðîïíûìè) è íåîáðàòèìûìè
(ìîíîòðîïíûìè); ïîñëåäíèå ëåãêî èäóò òîëüêî â
îäíîì íàïðàâëåíèè — â ñòîðîíó îáðàçîâàíèÿ áîëåå
óñòîé÷èâîé ìîäèôèêàöèè.
Ïðèìåð ýíàíòèîòðîïíîãî ïîëèìîðôèçìà — ïåðåõîä
à-êâàðöà â á-êâàðö âûøå 573°Ñ è îáðàòíûé ïåðåõîä
á-êâàðöà â à-êâàðö ïðè îõëàæäåíèè äî òåìïåðàòóðû
íèæå 573°Ñ. Ýíàíòèîòðîïåí è äèìîðôèçì ZnS (ñôàëåðèò => âþðòöèò) èëè Ag2S
(àðãåíòèò => àêàíòèò: àðãåíòèò óñòîé÷èâ òîëüêî
âûøå 177°Ñ, à íèæå ýòîé òåìïåðàòóðû ïåðåõîäèò â
àêàíòèò, ñòàáèëüíûé ïðè íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ, íî
ïðè íàãðåâàíèè äî 177°Ñ âíîâü ïðåâðàùàþùèéñÿ â
àðãåíòèò).
 ñâîþ î÷åðåäü, äèìîðôèçì FeS2 ìîíîòðîïåí:
èç äâóõ åãî ìîäèôèêàöèé — ïèðèò è ìàðêàçèò — áîëåå óñòîé÷èâ ïèðèò, è
ïîòîìó â òâåðäîì ñîñòîÿíèè ìîæåò ðåàëèçîâàòüñÿ
òîëüêî ïåðåõîä ìàðêàçèò => ïèðèò. Äðóãîé ïðèìåð
— òðèìîðôèçì ÑàÑO3: â íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ
ïåðåõîä ôàòåðèò => àðàãîíèò => êàëüöèò (â
ìîðñêèõ áàññåéíàõ) èëè ôàòåðèò => êàëüöèò (íà
âîçäóõå) ìîíîòðîïåí. Íåîáðàòèì òàêæå ïåðåõîä
ôàòåðèò => êàëüöèò ïðè íàãðåâàíèè äî 440°Ñ.
 îäíèõ ñëó÷àÿõ ïîëèìîðôíûå ïðåâðàùåíèÿ
ïðîÿâëÿþòñÿ â ðåçêîé ïåðåñòðîéêå
êðèñòàëëè÷åñêîé ñòðóêòóðû, â äðóãèõ — îáùèé
õàðàêòåð ñòðóêòóðû ñîõðàíÿåòñÿ, ïðîèñõîäèò ëèøü
åå ïîñòåïåííîå óïîðÿäî÷åíèå, ò.å. êàòèîíû,
ïåðâîíà÷àëüíî (ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ)
ðàñïðåäåëåííûå â ñòðóêòóðå áåñïîðÿäî÷íî,
ñòàòèñòè÷åñêè, ñòðåìÿòñÿ ñîñðåäîòî÷èòüñÿ â
êàêèõ-òî ñòðîãî îïðåäåëåííûõ ïîçèöèÿõ
(îòâå÷àþùèõ ìèíèìóìó ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè, ò.å.
ýíåðãåòè÷åñêè íàèáîëåå âûãîäíûõ).
 ïåðâîì ñëó÷àå ìû èìååì äåëî ñ òàê íàçûâàåìûìè
ôàçîâûìè ïåðåõîäàìè I ðîäà, êîãäà ïðè íåêîòîðîé
òåìïåðàòóðå è/èëè äàâëåíèè ïðîèñõîäèò
ñêà÷êîîáðàçíîå èçìåíåíèå âíóòðåííåé ýíåðãèè
âåùåñòâà è åãî ôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ,
ñîïðîâîæäàþùååñÿ âûäåëåíèåì èëè ïîãëîùåíèåì
òåïëà. Âñå ïåðå÷èñëåííûå âûøå ïðèìåðû
ïîëèìîðôíûõ ïðåâðàùåíèé îòíîñÿòñÿ èìåííî ê
ýòîìó òèïó; ê íèì ìîæíî äîáàâèòü åùå òàêèå
ðàñïðîñòðàíåííûå ñëó÷àè, êàê ïîëèìîðôèçì ÒiO2
(ðóòèë => àíàòàç => áðóêèò), Al2SiO5
(àíäàëóçèò => êèàíèò
=> ñèëëèìàíèò), Fe2O3 •
H2O (ã¸òèò => ëåïèäîêðîêèò è
äðóãèå ïîëèìîðôû, áîëåå ðåäêèå) èëè Al2O3
• H2Î (ãèááñèò => äèàñïîð => á¸ìèò).
Êî âòîðîìó òèïó — ôàçîâûì ïåðåõîäàì II ðîäà
— îòíîñèòñÿ ïîëèìîðôèçì (óïîðÿäî÷åíèå) ùåëî÷íûõ
(K-Na-) ïîëåâûõ øïàòîâ
(ñàíèäèí-îðòîêëàç-ìèêðîêëèí); â
ýòîì ñëó÷àå ñêà÷êîîáðàçíî ìåíÿåòñÿ òîëüêî
óäåëüíàÿ òåïëîåìêîñòü ìèíåðàëîâ, â îñòàëüíîì æå
ïåðåõîä ñîâåðøàåòñÿ ìåäëåííî è ïîñòåïåííî, â
òå÷åíèå äëèòåëüíîãî âðåìåíè, â øèðîêîì èíòåðâàëå
ïîíèæàþùèõñÿ òåìïåðàòóð, áåç ðåçêîãî èçìåíåíèÿ
áîëüøèíñòâà ôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ.
Íåîáõîäèìî ïîä÷åðêíóòü, ÷òî î÷åíü ÷àñòî
ïîëèìîðôíûå ïðåâðàùåíèÿ, â òîì ÷èñëå äàæå
íåêîòîðûå ýíàíòèîòðîïíûå ôàçîâûå ïåðåõîäû I
ðîäà, õàðàêòåðèçóþòñÿ âåñüìà íèçêèì
ýíåðãåòè÷åñêèì ýôôåêòîì, à ïîòîìó ïðîòåêàþò
î÷åíü âÿëî, ñ íàñòîëüêî ìàëîé ñêîðîñòüþ, ÷òî,
ñêàæåì, âûñîêîòåìïåðàòóðíûå è âûñîêîáàðè÷åñêèå
ïîëèìîðôû, êîòîðûå òåîðåòè÷åñêè äîëæíû áûëè áû
ïðè ïîíèæåíèè òåìïåðàòóðû è/èëè äàâëåíèÿ ïåðåéòè
â áîëåå óñòîé÷èâûå ïðè èçìåíèâøèõñÿ óñëîâèÿõ
ìîäèôèêàöèè, â äåéñòâèòåëüíîñòè ïðîäîëæàþò — â
ñèëó âûøåîòìå÷åííûõ ÷èñòî êèíåòè÷åñêèõ ôàêòîðîâ
— âïîëíå êîìôîðòíî ñåáÿ ÷óâñòâîâàòü â ïîëå
óñòîé÷èâîñòè ñîîòâåòñòâóþùèõ
íèçêîòåìïåðàòóðíûõ è íèçêîáàðè÷åñêèõ
ïîëèìîðôîâ è ìîãóò ñóùåñòâîâàòü òàê âåñüìà
äëèòåëüíîå, ïðàêòè÷åñêè ïî÷òè íåîãðàíè÷åííîå
âðåìÿ, íå îáíàðóæèâàÿ íèêàêèõ âèäèìûõ ïðîÿâëåíèé
ìåòàñòàáèëüíîñòè, ò.å. íèêàêîé òåíäåíöèè ê
ïðåâðàùåíèþ â óñòîé÷èâûå ïîëèìîðôû.
Õàðàêòåðíûé ïðèìåð — âçàèìîîòíîøåíèÿ
ïîëèìîðôíûõ ìîäèôèêàöèé Al2SiO5. À âîò ê
à-á-ïåðåõîäó êâàðöà, ðàâíî êàê è ê
ïðåîáðàçîâàíèþ àðãåíòèòà â àêàíòèò, ñêàçàííîå íè
â êîåé ìåðå íå îòíîñèòñÿ (êñòàòè, ïåðåõîä à-êâàðöà
â á-êâàðö ìîæåò áûòü âûçâàí íå òîëüêî
íàãðåâàíèåì, íî è ðàäèîàêòèâíûì îáëó÷åíèåì).
Ïîëèìîðôèçì õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, íàïðèìåð,
ìèíåðàëîâ óãëåðîäà, ñàìîðîäíîé ñåðû èëè
ñàìîðîäíûõ ìåòàëëîâ, íîñèò íàçâàíèå àëëîòðîïèè.
Íàîáîðîò, ìîðôîòðîïíîå ïîâûøåíèå ñèììåòðèè
ñòðóêòóðû èìååò ìåñòî â òèòàíàòàõ Ñà è Sr, ò.å. ïðè
ïåðåõîäå îò ïåðîâñêèòà ÑàÒiO3
ê òàóñîíèòó SrTiO3.
 îòëè÷èå îò ïîëèìîðôèçìà, ïðè êîòîðîì
õèìè÷åñêèé ñîñòàâ ìèíåðàëîâ íå ìåíÿåòñÿ,
èçìåíåíèå èõ êðèñòàëëè÷åñêîé ñòðóêòóðû, à
ñîîòâåòñòâåííî ñèììåòðèè è ñâîéñòâ, ñîïðÿæåííîå
ñ èçìåíåíèåì õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà, ïîëó÷èëî
íàçâàíèå ìîðôîòðîïèè.
Êëàññè÷åñêèé ïðèìåð ìîðôîòðîïèè — èçìåíåíèå
òèïà ñòðóêòóðû, ñîïðîâîæäàþùååñÿ ïîíèæåíèåì
ñèììåòðèè, â ðÿäó êàðáîíàòîâ ùåëî÷íîçåìåëüíûõ
ìåòàëëîâ ïðè çàìåíå áîëåå ìåëêîãî êàòèîíà Mg2+
íà âñå áîëåå êðóïíûå; â ðÿäó ìàãíåçèò
MgCO3 — àðàãîíèò è êàëüöèò
ÑàÑO3 — ñòðîíöèàíèò SrCO3 — âèòåðèò ÂàÑO3,
ìàãíåçèò èìååò ñòðóêòóðó òèïà àðàãîíèòà,
à êàðáîíàò êàëüöèÿ òðèìîðôåí.
Òðåòüÿ, íåóñòîé÷èâàÿ ìîäèôèêàöèÿ ÑàÑO3 —
ôàòåðèò — èìååò ïðåèìóùåñòâåííî áèîãåííîå
ïðîèñõîæäåíèå; ïîñòåïåííî ïåðåõîäèò â àðàãîíèò è êàëüöèò.
<<< Ìèíåðàëîèäû | Ñîäåðæàíèå | Ïîëèòèïèÿ
>>>
Ïîçíàêîìèòüñÿ ñ èçîáðàæåíèÿìè è îïèñàíèÿìè äðóãèõ îáúåêòîâ ïðèðîäû Ðîññèè è ñîïðåäåëüíûõ ñòðàí -
 ìèíåðàëîâ è ãîðíûõ ïîðîä,
ïî÷â,
ãðèáîâ,
âîäîðîñëåé,
ëèøàéíèêîâ,
ëèñòîñòåáåëüíûõ ìõîâ,
äåðåâüåâ, êóñòàðíèêîâ, êóñòàðíè÷êîâ è ëèàí,
òðàâÿíèñòûõ ðàñòåíèé (öâåòîâ),
ÿãîä è äðóãèõ äèêîðàñòóùèõ ñî÷íûõ ïëîäîâ,
âîäíûõ áåñïîçâîíî÷íûõ æèâîòíûõ,
íàñåêîìûõ-âðåäèòåëåé ëåñà,
äíåâíûõ áàáî÷åê,
ïðåñíîâîäíûõ è ïðîõîäíûõ ðûá,
çåìíîâîäíûõ (àìôèáèé),
ïðåñìûêàþùèõñÿ (ðåïòèëèé),
ïòèö, ïòè÷üèõ ãíåçä, èõ ÿèö è ãîëîñîâ, à òàêæå
ìëåêîïèòàþùèõ (çâåðåé), -
ìîæíî â ðàçäåëå Ïðèðîäà Ðîññèè íàøåãî ñàéòà.
 ðàçäåëå Ïðèðîäà â ôîòîãðàôèÿõ
ðàçìåùåíû òàêæå òûñÿ÷è íàó÷íûõ ôîòîãðàôèé ãðèáîâ, ëèøàéíèêîâ, ðàñòåíèé è
æèâîòíûõ Ðîññèè è ñòðàí áûâøåãî ÑÑÑÐ, à â ðàçäåëå
Ïðèðîäíûå ëàíäøàôòû ìèðà - ôîòîãðàôèè ïðèðîäû
Åâðîïû,
Àçèè,
Ñåâåðíîé è
Þæíîé Àìåðèêè,
Àôðèêè,
Àâñòðàëèè è Íîâîé Çåëàíäèè è
Àíòàðêòèêè.
 ðàçäåëå Ìåòîäè÷åñêèå ìàòåðèàëû
Âû òàêæå ìîæåòå ïîçíàêîìèòüñÿ ñ îïèñàíèÿìè ðàçðàáîòàííûõ ýêîëîãè÷åñêèì öåíòðîì "Ýêîñèñòåìà"
ïå÷àòíûõ îïðåäåëèòåëåé ðàñòåíèé ñðåäíåé ïîëîñû,
êàðìàííûõ îïðåäåëèòåëåé îáúåêòîâ ïðèðîäû ñðåäíåé ïîëîñû,
îïðåäåëèòåëüíûõ òàáëèö "Ãðèáû, ðàñòåíèÿ è æèâîòíûå Ðîññèè",
êîìïüþòåðíûõ (ýëåêòðîííûõ) îïðåäåëèòåëåé ïðèðîäíûõ îáúåêòîâ,
ïîëåâûõ îïðåäåëèòåëåé äëÿ ñìàðòôîíîâ è ïëàíøåòîâ,
ìåòîäè÷åñêèõ ïîñîáèé ïî îðãàíèçàöèè ïðîåêòíîé äåÿòåëüíîñòè øêîëüíèêîâ è ïîëåâûõ ýêîëîãè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé
(âêëþ÷àÿ êíèãó äëÿ ïåäàãîãîâ "Êàê îðãàíèçîâàòü ïîëåâîé ýêîëîãè÷åñêèé ïðàêòèêóì"), à òàêæå
ó÷åáíî-ìåòîäè÷åñêèõ
ôèëüìîâ ïî îðãàíèçàöèè ïðîåêòíîé èññëåäîâàòåëüñêîé äåÿòåëüíîñòè øêîëüíèêîâ â ïðèðîäå.
Ïðèîáðåñòè âñå ýòè ìàòåðèàëû ìîæíî â íàøåì íåêîììåð÷åñêîì Èíòåðíåò-ìàãàçèíå.
Òàì æå ìîæíî ïðèîáðåñòè mp3-äèñêè Ãîëîñà ïòèö ñðåäíåé ïîëîñû Ðîññèè è
Ãîëîñà ïòèö Ðîññèè, ÷.1: Åâðîïåéñêàÿ ÷àñòü, Óðàë, Ñèáèðü.
|
