Одна из распространенных классификаций минералов по химическому составу разработана академиком А. Г. Бетехтиным. В ней все минералы неорганического происхождения группируются в следующие классы: самородные элементы, сернистые соединения (сульфиды), галоидные соединения, окислы и гидраты окислов, соли кислородных кислот (карбонаты, сульфаты, фосфаты, силикаты и др.).

Самородные элементы играют незначительную роль в строении земной коры. Они представлены минералами, состоящими из одного химического элемента: золотом, серебром, медью, платиной, графитом, алмазом, серой и др.

Сульфиды, или соединения различных элементов с серой, составляют около 0,15% земной коры по весу. Среди них имеется ряд важных минералов. Например, галенит (свинцовый блеск) PbS является важнейшей свинцовой рудой, сфалерит (цинковая обманка) ZnS2 — рудой цинка; пирит (серный колчедан) FeS2 применяется для производства серной кислоты, а халькопирит (медный колчедан) CuFeS2 является одним из главных источников получения меди.

Среди галоидов наиболее распространены хлористые и фтористые соединения. Минералы этого класса имеют большое практическое значение. Например, галит (каменная соль) NaCl применяется для получения соляной кислоты, хлора, едкого натра и др.; сильвин КС1 — для производства удобрений; флюорит (плавиковый шпат) CaF2 используется для получения плавиковой кислоты, эмали и глазури, а также в металлургии, оптике и ювелирном деле.

Окислы и гидраты окислов широко распространены и составляют 17% от всей земной коры. Они объединяют минералы, представленные соединениями различных элементов с кислородом (окислы) или с кислородом и гидроксильной группой ОН (гидроокислы). К их числу относится, например, кварц, являющийся окислом кремния (Si02) и входящий в состав очень многих горных пород. Ряд важнейших рудных минералов находится в земной коре в виде окислов металлов, например касситерит (оловянный камень) Sn02 — руда олова, гематит (железный блеск) Fe203 — важнейшая руда железа и др.

Карбонаты включают минералы, являющиеся солями угольной кислоты (кальцит, доломит, сидерит, магнезит, малахит). Кальцит (известковый шпат) СаС03 применяется в оптической и химической промышленности, строительстве и других областях. Доломит СаМg [СОзЬ используется в качестве строительного камня, огнеупорного материала, в химической промышленности. Сидерит (железный шпат) FeC03 является железной рудой, а магнезит (магнезиальный шпат) MgC03 применяется для изготовления огнеупорных кирпичей, в абразивной промышленности, строительстве, электротехнике.

К сульфатам — солям серной кислоты — относятся гипс, ангидрит, мирабилит, барит. Гипс CaS04-2H20 используется в медицине, строительстве, цементной и бумажной промышленности. Ангидрит (безводный сульфат кальция) CaS04 является сырьем цементной промышленности. Мирабилит (глауберова соль) Na2S04-10H20 применяется для изготовления соды, в медицине, стекольной, красочной промышленности. Барит (тяжелый шпат) BaS04 используется в качестве утяжелителя глинистого раствора при бурении глубоких скважин, в медицине, химической, резиновой и бумажной промышленности.

Фосфаты — это соли фосфорной кислоты. Наиболее распространенным является минерал апатит Ca5[P04J3 (F, CI). Он применяется для производства искусственных удобрений, фосфора, фосфорной кислоты. Большое практическое значение имеют осадочные породы, обогащенные фосфатным веществом. Они имеют массивную структуру и выделяются под общим названием фосфориты. Используются главным образом для приготовления фосфатных удобрений.

Силикаты (лат. «силициум» — кремний) составляют около 75% земной коры. Это наиболее важная группа; на ее долю приходится около трети всех известных в природе минералов.

Все силикаты построены как бы из мельчайших кирпичиков. Их главным структурным элементом является ионный четырехвалентный кремнекислородный тетраэдр [Si04]4~. В его центре расположен ион кремния Si4+, а в вершинах — четыре иона кислорода О2-(рис. 10). Тетраэдры соединяются друг с другом по определенным законам: 1) каждый ион кислорода является общим для двух тетраэдров; 2) через ионы кислорода тетраэдры связываются с катионами металлов («островные» силикаты). Могут быть и комбинации этих двух способов соединения кремнекислородных тетраэдров. В зависимости от характера связи образуются различные подклассы силикатов. Иногда в силикатном тетраэдре ион кремния замещается ионом алюминия А13+. Силикатные минералы, в которых происходит частично такая замена, называются алюмосиликатами.

Большое значение имеют такие группы силикатных минералов, как оливины, пироксены, гранаты, амфиболы, слюды, полевые шпаты, фельдшпатиты, водные силикаты.

Оливин—магниево-железистый силикат (MgFe)2[Si04j является одним из главных минералов пород мантии. Он первым кристаллизуется в магматическом расплаве. Используется для изготовления огнеупорных кирпичей, в ювелирном деле и других областях.

Вслед за оливином кристаллизуются гранаты (название—по сходству с цветом мякоти плодов граната). Среди них выделяются магнезиально-железистый глиноземистый (пироп-альмандин) гранат (Mg, Fe)3 Ah [Si04]3, железисто-марганцевый глиноземистый (альман-дин-спессаргин) гранат (Fe, Mn)3Ah[Si04]3, известковый (гроссуляр-андрадит) гранат Са (Al, Fe)3[Si04]3, а также титанистый и хромовый гранаты. Они применяются в абразивной и строительной промышленности, в приборостроении, электронике как полудрагоценные камни и т. д.

Пироксены — важные породообразующие минералы — подразделяются на две подгруппы: ромбические и моноклинные пироксены. Ромбические пироксены — силикаты магния и железа (MgFe^ShCh] — представляют непрерывный изоморфный ряд минералов от энстатита (FeSiOF—до 15%) до ферригиперстена (FeSi03 — до 50—80%)- К моноклинным пироксенам относится большая группа силикатов кальция, магния, железа и алюминия. Среди них наиболее важными минералами являются диопсид и авгит.

Слюды — это широко распространенная группа минералов, относящихся к водным алюмосиликатам. Различают калиевые слюды (мусковит — бесцветная слюда), литиевые (лепидолит) и магнезиально-железистые (флогопит, биотит). Слюды применяются для производства

изоляторов и огнестойких строительных материалов.

Полевые шпаты относятся к числу наиболее распространенных в земной коре силикатов (50% земной коры по весу). По химическому составу они представляют собой алюмокремниевые соли калия, натрия и кальция и подразделяются на калиево-натровые (щелочные) и известково-натровые полевые шпаты. К первым относятся ортоклаз и микроклин, ко вторым — плагиоклазы. Ортоклаз и микроклин имеют одну структурную химическую формулу K[AlSi308J, но отличаются различным строением кристаллов. Ортоклаз (греч. «ортос» — прямой, «кля-сис» — разлом) при ударе раскалывается по параллельным плоскостям под углом 90°. У микроклина (греч. «микрос» — малый, «клино» — наклоняю) угол между плоскостями раскола несколько меньше прямого.

Плагиоклазы (греч. «плягиос» — косой, «клясис» — разлом) в химическом отношении представляют собой двойной ряд изоморфных смесей (100n) Na[AlSi302]+ + Ca[Al2Si208]. Крайними членами этого ряда являются альбит Na[AlSi308] и анортит Ca[Al2Si208]. Разновидности плагиоклаза от чистого альбита до анортита обозначаются определенным номером соответственно содержанию анортитового компонента. Например, плагиоклаз № 72 представляет смесь, содержащую 72% анортита и 28% альбита. Плагиоклазы используются в качестве облицовочного камня (лабрадориты) и в ювелирном деле (лунный и солнечный камни).

К фельдшпатитам относятся алюмосиликаты нефелин Na[AlSi04] и лейцит K[AISi206]. По химическому составу они похожи на полевые шпаты, но беднее их кремнеземом. Нефелин применяется в стекольной, керамической промышленности, для получения глинозема, соды и т. п. Лейцит может использоваться в качестве сырья для получения калиевых продуктов и металлического алюминия.

В группу водных силикатов входят такие минералы, как каолинит Al4[Si4Oio](OH)s и тальк Mg3[Si4Oi0] (ОН)2. Они применяются в керамической, бумажной и красочной промышленности, а также в медицине и строительстве.

Горные породы. В природных условиях минералы составляют различные сочетания и образуют горные породы, которые по своему происхождению подразделяются на три группы: магматические, осадочные и метаморфические. Магматические, или изверженные, горные породы образуются в процессе затвердения первоначально расплавленных магм, поднимающихся из недр Земли к ее поверхности. Если застывание магмы произошло на глубине, породы называются глубинными, или интрузивными (лат. «интрузио»—внедрение), а если на поверхности Земли — то излившимися, или эффузивными (лат. «эффузио» — излияние). Магматические породы состоят преимущественно из силикатов и алюмосиликатов. Наиболее важными их компонентами являются окислы — Si02 (кремнезем) и А1203 (глинозем). По содержанию кремнезема магматические породы подразделяются на ультраосновные, основные, средние и кислые.

Название «кислые породы» (много Si02) произведено от слова «кремнекислота», так называют окисел Si02. Название «основные породы» (много оснований — Са, Mg, Fe и др.) произведено от слова «основание».

Важнейшими магматическими породами являются группы: дунитов, перидотитов и пироксенитов, габбро и базальтов, диоритов и андезитов, гранитов и липаритов (риолитов).

Дуниты, перидотиты, пироксениты — это преимущественно глубинные магнезиально-железистые породы с незначительным содержанием кремнезема. Они различаются по содержанию минерала оливина, образуя последовательный ряд пород (табл. 2).

Роль дунитов, перидотитов и пироксенитов в строении Земли велика. Предполагается, что именно они развиты в оболочке (мантии) ниже земной коры. С породами, обогащенными оливином, связаны месторождения алмазов, хромита, золота, платины, никеля и других полезных ископаемых.

Габбро и базальты являются основными магматическими породами; первые из них представляют глубинные, а вторые — излившиеся на земную поверхность образования. Они отличаются от ультраосновных пород меньшим содержанием окислов железа и магния и большим содержанием глинозема и кальция. Главными минералами габбро и базальтов являются основные плагиоклазы и моноклинные пироксены; иногда присутствуют оливин и роговая обманка. Базальты — это сравнительно молодые породы. Подобные им более древние образования называются диабазами. С габбровыми породами связаны месторождения железных, титано-железных, титанованадиевых и никелевых руд, а также медного и серного колчедана.

К группе диоритов-андезитов относятся средние магматические породы. Диориты — глубинные образования — состоят из плагиоклаза и амфибола; присутствуют ромбический пироксен или биотит. Андезиты — их излившиеся аналоги.

Граниты-липариты являются кислыми магматическими породами со значительным содержанием кремнезема. Глубинные образования — граниты состоят в основном из полевых шпатов (до 70%) и кварца (25—30%); в незначительном количестве присутствуют биотит, амфибол, пироксен. Если содержание кварца меньше и известково-натриевый полевой шпат (плагиоклаз) преобладает над щелочным (ортоклаз), то порода называется гра-нодиоритом. Излившиеся аналоги гранитов называются липаритами, или риолитами (греч. «рео» — теку), а эффузивные аналоги гранодиоритов — дацитами.

С гранитоидными породами связана главная масса рудных месторождений магматического происхождения.

Осадочные горные породы образуются путем нереот-ложения на поверхности Земли или на дне морей и рек продуктов разрушения различных коренных горных пород. Они покрывают около 75% поверхности континентов. В тесной связи с осадочными породами находятся такие важные полезные ископаемые, как нефть и природный газ, уголь, железо, алюминий, золото и др.

По распространенной классификации, предложенной советским петрографом М. С. Швецовым, осадочные породы в зависимости от происхождения подразделяются на обломочные, глинистые, химические и биохимические.

Обломочные породы — это продукты механического разрушения исходных (коренных) пород. В зависимости от размеров обломков они делятся на грубообломочные (более 1 мм), песчаные (1,0—0,1 мм) и алевритовые (0,1—0,01 мм) породы. Рыхлые угловатые разности грубообломочных пород подразделяются на дресву (1 — 10 мм), щебень (1 —10 см) и глыбы (более 10 см). А округленные (окатанные) обломки со сглаженными углами соответственно называются гравием, галькой и валунами. Те же породы, представляющие монолитную (сцементированную) минеральную массу, называются брекчией, если они состоят из угловатых обломков, или гравийным конгломератом, конгломератом и валунным конгломератом, если состоят соответственно из гравия, гальки и валунов.

Рыхлые песчаные породы называются песками, а сцементированные— песчаниками. По величине обломочных зерен они делятся на крупнозернистые (1,0—0,5 мм), среднезернистые (0,5—0,25 мм) и мелкозернистые (0,25— 0,1 мм). Рыхлые разности алевритовых пород называются алевритами, а сцементированные — алевролитами.

Глинистые породы состоят из мельчайших минеральных частиц размерами менее 0,01 мм и содержат свыше 30% тонкодисперсных (лаг. «дисперсно» — рассеяние) частиц менее 0,001 мм. По минеральному составу глины резко отличаются от типичных обломочных пород. Их главными составными частями являются кремнезем и глинозем. Наиболее распространенными глинистыми минералами являются каолинит, гидрослюды, монтмориллонит. По преобладанию одного из них в составе глины получают свое название.

Глины во влажном состоянии принимают под давлением любую форму и удерживают ее после устранения давления. Это их свойство называется пластичностью. Сильно уплотненные глины, не размокающие в воде, называются аргиллитами. Глины имеют исключительно низкую водопроницаемость. Это обусловливает их роль как водоупорных горизонтов подземных вод.

Химические и биохимические породы образуются в результате химических реакций или выпаривания либо при косвенном участии биологических организмов, а также при концентрации их тел и скелетов. К числу пород данной группы относятся: алюминиевые (латериты, бокситы), кремнистые, фосфатные (фосфориты), железистые (бурые железняки), а также карбонатные (известняки, мергели, доломиты), галоидные (галит), сульфатные (гипс, ангидрит) породы и каустобиолиты (торф, бурые и каменные угли, горючие сланцы, нефть, озокерит, горючие газы).

Иногда в группу осадочных пород включают также вулканогенно-обломочные, или пирокластические (греч. «пир» — огонь, «клястикос» — раздробленный), породы. Это обычно вулканические туфы, возникающие в результате отложения твердых продуктов вулканических извержений.

Метаморфические горные породы образуются в процессе глубокого преобразования осадочных и магматических пород. Происходит это в условиях воздействия огромного давления и высокой температуры, а также вследствие привноса в исходную породу извне высокотемпературных газов и водных растворов. Метаморфические породы отличаются от исходных осадочных и магматических пород минералогическим составом и взаимным расположением составных частей (текстурой). Под влиянием повышенного давления исходная порода приобретает новые текстурные признаки, например сланцеватость и др. А под воздействием высокой температуры она пе-рекристаллизовывается. Метаморфизация горных пород происходит главным образом в результате их погружения на большие глубины при опускании крупных участков земной коры, а также на контакте магматических интрузий (внедрений) с вмещающими породами. К числу наиболее распространенных метаморфических пород относятся: глинистые сланцы, гнейсы, кварциты, мраморы, серпентиниты, скарны, роговики.

Глинистые сланцы — это породы, образовавшиеся вследствие уплотнения глин. Гнейсы — сильно метамор-физованные осадочные и магматические породы разнообразного состава. Они обладают сланцеватой, ленточной, очковой или другой текстурой. Кварциты — это метаморфизованные кварцевые пески и песчаники. Железистые кварциты (джеспилиты) являются важной железной рудой. Мраморы — продукт метаморфизации известняков. Серпентиниты образуются в процессе метаморфизации ультраосновных пород; для них характерна зеленая пятнистая окраска.

В результате высокотемпературного контактного метаморфизма в широком диапазоне глубин при взаимодействии магматических растворов с вмещающими осадочными породами образуются скарны и роговики. Скарны возникают в зоне контакта магмы с карбонатными и силикатными породами. Они состоят в основном из пи-роксенов и гранатов, иногда с примесью эпидота, акти-нолита и разнообразных рудных минералов (железа, меди, свинца, цинка, золота, олова, вольфрама, молибдена и др.). Со скарнами связаны различные рудные месторождения: железные, медные, свинцово-цинковые, вольфрамовые, молибденовые, золотые, кобальтовые, мышьяковые, оловянные и др. Роговики образуются в результате метаморфизации песчано-глинистых пород. В состав роговиков входят различные минералы: кварц, слюда, часто полевые шпаты, гранат, андалузит, силлиманит и др.