Минералы

Кусок гранита из Питерхеда представляет собой мозаику из трёх минералов: розового полевого шпата, серого стекловидного кварца и чёрной слюды биотита.

Возьми гранитную гальку и рассмотри её вблизи. Это не однородный материал, а скопление сросшихся зёрен, каждое со своим цветом и блеском. Британская геологическая служба описывает гранит из шотландского Питерхеда так: розоватые зёрна состоят из полевого шпата, серые стекловидные из кварца, а чёрные из слюды биотита. Каждое из этих веществ является минералом. А гранит, вся смесь целиком, является горной породой.

Что называют минералом

Геологическая служба США (USGS) определяет минерал как природный неорганический элемент или соединение с упорядоченным внутренним строением, характерным химическим составом, формой кристаллов и физическими свойствами. Каждая часть определения что-то исключает. Сталь и оконное стекло производит человек, поэтому минералами они не являются. У стекла к тому же нет упорядоченного внутреннего строения. У сахара есть определённая формула и кристаллы, но его образуют растения, поэтому это органическое вещество. Кварц, SiO₂, отвечает всем условиям: он образуется в природе, его атомы расположены в повторяющемся порядке, а состав одинаков у любого образца.

По определению USGS, горная порода представляет собой скопление одного или нескольких минералов. К распространённым минералам относятся кварц, полевой шпат, слюда, амфибол, оливин и кальцит; к породам относятся гранит, базальт, известняк и песчаник. Одни и те же минералы встречаются в совершенно разных породах. Как и гранит, песчаник может содержать кварц, полевой шпат и слюду. Но в песчанике это обкатанные зёрна, скреплённые природным цементом, а в граните кристаллы срослись при остывании расплава. По тому, как соединены минералы, можно понять происхождение породы.

Почему силикаты, например кварц и полевой шпат, так распространены? Посмотри на состав земной коры. В земной коре и атмосфере вместе кислород составляет около 49% массы, а кремний около 26% (OpenStax). Кварц, самый простой пример, состоит только из кремния и кислорода: SiO₂.

Проверка твёрдости

Геологи определяют минералы по свойствам: цвету, блеску, характеру раскалывания и твёрдости. Здесь твёрдость означает сопротивление царапанию. Более твёрдый минерал царапает более мягкий, но не наоборот. В начале 1800-х годов немецкий минералог Фридрих Моос выбрал десять минералов и расположил их по твёрдости от 1 до 10. Твёрдость сравнивали и задолго до этого: Служба национальных парков США отмечает, что Теофраст упоминал её в трактате «О камнях» около 300 года до н. э.

Чтобы проверить образец, попробуй поцарапать его предметом с известной твёрдостью, а затем поменяй их местами. Если стальной гвоздь царапает минерал, а медная монета нет, его твёрдость лежит между 3 и 4. Проверяй свежую чистую поверхность минерала. Если твёрдость материалов близка, обязательно попробуй царапать в обоих направлениях.

Числа показывают только порядок. Промежутки между ними неравны. В бюллетене USGS о драгоценных камнях отмечено, что алмаз с твёрдостью 10 во много раз твёрже корунда с твёрдостью 9; корунд соседствует с ним лишь потому, что в природе нет ничего ближе. Там же дан практический совет: обычная пыль часто содержит кварц с твёрдостью 7, поэтому камень, который носят каждый день, должен быть твёрже кварца, иначе полировка постепенно сотрётся.