Курс "Минералогия" читается во 2 и 3 семестрах для студентов кафедр отделения Геологии (за исключением палеонтологов) - Динамической геологии (гр. 101 и 201), Региональной геологии и истории Земли (гр. 102 и 202), Геологии, геохимии и экономики полезных ископаемых (гр. 103 и 203) и Литологии и морской геологии (гр. 119 и 219) геологического факультета МГУ.
Лекторы:
доцент Филимонов Сергей Владимирович (комн.419, тел.939-25-60, sefi@geol.msu.ru)
профессор Ульянов Александр Анатольевич (комн.419, тел.939-25-60)
Преподаватели на практических занятиях:
ст.преподаватель Ряховская Софья Константиновна (комн.422, тел.939-49-58)
доцент Филимонов Сергей Владимирович (комн.419, тел.939-25-60)
вед.н.с Копчиков Михаил Борисович
н.с Гриценко Юлия Дмитриевна
доцент Посухова Татьяна Владимировна (комн.416, тел.939-39-82)
Аннотация
Курс включает 3 взаимосвязанных раздела: общая часть, описание минералов, природные ассоциации минералов.
В разделе I рассматриваются цели и задачи современной минералогии, ее связь со смежными науками, основные этапы истории ее развития. Рассматриваются химический состав и структура минералов, морфология минералов и минеральных агрегатов, физические, в том числе диагностические свойства минералов. В меньшей степени разбираются современные методы исследования минералов.
В разделе II, составляющем основную часть курса, по принятой классификации характеризуются классы, подклассы, группы минералов, минеральные виды и разновидности с описанием особенностей состава, внутренней структуры, морфологии, свойств, условий образования в природе и использования в народном хозяйстве.
Список минералов, используемых в лекционной и практической части курса "Минералогия"
В разделе III анализируются типичные минеральные ассоциации магматического, пегматитового, метасоматических (скарнового и грейзенового), гидротермального, гипергенного и метаморфического процессов.
Описание курса
Цели и задачи
Целью освоения дисциплины "Минералогия" является ознакомление студентов с основами современной минералогии, представляющей собой базовую дисциплину в цикле геологических наук, играющей ведущую роль в развитии сырьевой базы страны, а в частности познание студентами теоретических и методических основ минералогии, ознакомление с прикладными направлениями минералогических исследований.
К задачам курса следует отнести: освоение современных представлений о природе минералов, их генезисе, а также о современной систематике минеральных видов; приобретение навыков описания и макродиагностики минералов и минеральных парагенезисов.
Преподавание дисциплины должно сформировать у студента целостную систему представлений и знаний о минералах и процессах минералообразования.
Место курса в основной образовательной программе
Курс Минералогии входит в модуль Геохимия блока общепрофессиональной подготовки вариативной части ООП.
Её освоение базируется на курсах блоков общенаучной подготовки базовой части ("Физика" и "Химия") и общепрофессиональной подготовки базовой части ("Общая Геология"), а также на материалах дисциплин блока общепрофессиональной подготовки вариативной части - "Кристаллография". Предполагается, что к началу изучения данной дисциплины обучающиеся обладают знаниями и понятиями физики (строение атома, оптика, радиоактивный распад и т.д.), химии (химические формулы, типы химической связи, валентность и т.д.), кристаллографии (элементы симметрии, сингонии, простые формы, кристаллическая решетка, координационное число, плотнейшая упаковка, изоморфизм и полиморфизм и т.д.), имеют навыки определения диагностических свойств минералов, полученные в курсе общей геологии.
Курс Минералогия является базовым для дальнейшего освоения дисциплин блоков общепрофессиональной и профильной подготовки вариативной части - "Петрография с кристаллооптикой", "Геология твердых полезных ископаемых", "Геохимия", "Литология".
Структура и содержание курса
Курс состоит из лекционной и практической части, которые проходят параллельно в течение двух семестров.
Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц (180 ак.часов), в том числе 124 аудиторных часа и 56 часов внеаудиторных самостоятельных занятий студента.
По семестрам:
Во 2м семестре - 26 часов лекции, 26 часов практические занятия в аудитории, 20 часов самостоятельные занятия.
В 3м семестре - 36 часов лекции, 36 часов практические занятия в аудитории, 36 часов самостоятельные занятия.
Лекции и практические занятия проводятся по одному разу в неделю (одна пара в неделю лекция и одна пара практическое занятие).
Раздел 1. Введение в минералогию.
Понятие о минерале. Основные задачи минералогии. Принципы, лежащие в основе современной классификации минералов. Кристаллические и аморфные вещества. Кристаллическая структура минералов. Типы структур по характеру сочетания структурных единиц. Плотнейшие шаровые упаковки. Шариковые и полиэдрические модели представления структуры минералов. Понятия о координации, координационном числе и координационном полиэдре. Типы химической связи в минералах. Химический состав минералов. Химические формулы. Методы определения химического состава. Минералы постоянного и переменного состава. Понятия об изоморфизме. Условия и типы изоморфизма. Изоморфные ряды минералов. Твердые растворы. Распад твердых растворов. Интерметаллические соединения. Расчет кристаллохимических формул минералов (на примере силикатов и сульфидов). Графические способы представления химических составов минералов. Изображение бинарных и тройных систем. Полиморфизм и политипия. Типы полиморфных переходов.
Морфология минералов. Облик и габитус кристаллов. Минеральные агрегаты. Оптические свойства минералов: прозрачность, цвет и природа окраски, преломление света и блеск, люминесценция. Механические свойства минералов: спайность и излом, твердость, хрупкость и упругость, удельный вес и плотность минералов.
Раздел 2. Кристаллохимическая классификация силикатов. Силикаты с островным, цепочечным и ленточным типом структуры.
Темы и краткое содержание лекций и практических занятий: Кристаллохимическая классификация силикатов. Зависимость диагностических свойств силикатов и алюмосиликатов от кристаллической структуры и химического состава. Силикаты с островной структурой (орто-, диорто-, кольцевые силикаты). Островные силикаты без добавочных анионов. Островные силикаты с добавочными анионами. Кольцевые силикаты. Силикаты с цепочечной структурой. Пироксены и пироксеноиды. Силикаты с ленточной структурой. Амфиболы. Для каждого подкласса разбираются: химическая и структурная характеристика, диагностические свойства главных минералов, их генезис, практическое использование.
Раздел 3. Силикаты и алюмосиликаты со слоистым и каркасным типом структуры.
Силикаты и алюмосиликаты со слоистой структурой (с двух-, трех- и четырехслойными пакетами). Алюмосиликаты с каркасной структурой (полевые шпаты, фельдшпатоиды, цеолиты). Для каждого подкласса разбираются: химическая и структурная характеристика, диагностические свойства главных минералов, их генезис, практическое использование.
Раздел 4. Самородные элементы. Сульфиды и их аналоги.
Самородные металлы и неметаллы. Полиморфные модификации углерода. Кимберлиты. Сульфиды и их аналоги. Простые сульфиды, арсениды, теллуриды, селениды. Дисульфиды, сульфоарсениды. Сульфосоли. Для каждого класса и группы минералов разбираются: химическая и структурная характеристика, диагностические свойства главных минералов, их генезис, практическое использование.
Раздел 5. Окислы и гидроокислы.
Простые окислы. Полиморфные модификации SiO2. Кварц, его разновидности. Сложные окислы. Гидроокислы. Для каждого класса и группы минералов разбираются: химическая и структурная характеристика, диагностические свойства главных минералов, их генезис, практическое использование.
Раздел 6. Соли кислородных кислот.
Карбонаты и нитраты. Морфотропия в карбонатах. Сульфаты. Фосфаты, арсенаты, ванадаты. Вольфраматы, молибдаты, хроматы. Бораты. Галогениды (фториды и хлориды). Для каждого класса и группы минералов разбираются: химическая и структурная характеристика, диагностические свойства главных минералов, их генезис, практическое использование.
Раздел 7. Процессы минералообразования.
Классификация процессов минералообразования, их основные параметры. Среды минералообразования. Магматический процесс минералообразования. Особенности кристаллизации минералов. Ряд Боуэна. Пегматитовый процесс минералообразования. Карбонатиты. Метасоматические процессы минералообразования. Ассоциации минералов в скарнах и грейзенах. Гидротермальный процесс минералообразования. Минеральные ассоциации высоко-, средне-, низкотемпературных гидротерм. Осадочный процесс минералообразования. Ассоциации минералов в бассейнах нормальной и повышенной солености. Минералообразование при процессах выветривания. Минеральные ассоциации в корах выветривания различных магматических горных пород и гидротермальных рудных жил. Понятие о зоне вторичного сульфидного обогащения. Метаморфический процесс минералообразования (в том числе импактный). Фации метаморфизма, минеральные ассоциации. Типоморфизм минералов. Примеры зависимости химического состава, морфологии и физических свойств минералов от условий их образования. Для каждого процесса разбираются геологические и физико-химические условия, характерные минеральные ассоциации.
Формы контроля
Промежуточный контроль – контрольные работы по самостоятельной диагностике минералов и процессов минералообразования (3 к/р в течение 2 семестра и 4 к/р в течение 3 семестра), проверка таблиц со свойствами основных минералов, рефераты, экспресс-опросы на лекциях и практических занятиях по пройденному материалу.
Обязательными для диагностики на всех к/р являются минералы шкалы Мооса и минералы из практического курса Общей геологии, а именно:
- оливин, гранаты, топаз, диопсид, авгит, роговая обманка, серпентин, каолинит, тальк, мусковит, биотит, хлорит, калиевые полевые шпаты, плагиоклазы, нефелин, натролит (цеолиты);
- сера, графит, золото, медь, галенит, сфалерит, пирит, халькопирит, кварц, опал, корунд, гематит, магнетит, гетит, кальцит, доломит, магнезит, сидерит, ангидрит, гипс, апатит, галит, сильвин, флюорит.
В каждой к/р помимо минералов текущей темы необходимо определять все предыдущие пройденные минералы (в том числе из курса общей геологии и предыдущего семестра).
Итоговый контроль – в конце 2 семестра - зачет, в конце 3 семестра - экзамен.
Формы самостоятельной работы
Работа с учебными коллекциями минералов, учебной и справочной литературой, специализированными web-сайтами, составление рукописных таблиц с диагностическими свойствами основных минералов, написание рефератов по отдельным темам.
Требования к уровню освоения содержания курса
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
- знать: теоретические и методологические основы минералогии; современную классификацию минеральных видов; основные сведения (особенности строения, состав, свойства, генезис) о наиболее распространенных минералах и группах минералов; важнейшие процессы минералообразования, условия формирования минералов и их использование в народном хозяйстве.
- уметь: описывать диагностические свойства минералов и определять в образце названия наиболее распространенных минералов, описывать минеральные парагенезисы, восстанавливать последовательность образования минералов и определять процессы минералообразования.
- владеть: принципами пересчета химических анализов и графическими способами представления химических составов минералов.
Итоговая аттестация
Тест
Данная форма проведения итоговой аттестации используется на зачёте.
К зачёту в форме теста допускаются студенты, выполнившие учебный план текущего семестра (написавшие на положительную оценку контрольные работы, сдавшие преподавателю таблицу с диагностическими свойствами минералов и т.д.).
Вопросы к тесту составляются на основе списка минералов и информации, которая содержится в этом списке (классификация минералов, синонимы, разновидности, формулы, кристаллохимические особенности, сингонии).
Процесс сдачи теста происходит индивидуально. Студент садится рядом с преподавателем и в произвольном порядке (случайно) по очереди вытягивает вопросы теста с написанными тремя вариантами ответа. Студент сразу (времени на размышление дается не более нескольких секунд) дает свой вариант ответа и вытягивает следующий вопрос.
Количество вопросов, которые вытягивает студент - 20. Условием успешного прохождения теста являются правильные ответы не менее, чем на 18 вопросов.
Тест в конце курса "Минералогия" (в конце 3-го семестра) включает в себя материалы обоих семестров.
Примеры тестовых вопросов
- К фельдшпатоидам относится: 1) ортоклаз 2) нефелин 3) шабазит
- В каком минерале алюминий находится частично в координации 4? 1) кианит 2) андалузит 3) силлиманит
- Период повторяемости SiO4-тетраэдров в структуре волластонита: 1) 1 2) 3 3) 5
- Какой из минералов относится к натрий-кальциевым полевым шпатам? 1) санидин 2) микроклин 3) андезин
Советы по подготовке и сдаче теста
В большинстве случаев студенты предпочитают зазубривать список минералов со всеми формулами. Однако, во многих казалось бы сложных случаях до правильного ответа можно догадаться, использую знания полученные на лекционных и практических занятиях. Например,
- Радикал [Si4O11]2(OH)2 входит в состав: 1) слюд 2) амфиболов 3) цеолитов
Конечно, силикаты часто имеют очень длинные и сложные формулы. Не каждый может их запомнить. Однако, известный факт, что цеолиты и слюды являются АЛЮМОсиликатами должен подсказать правильный ответ - 2. Помнить точно все коэффициенты не обязательно.
- Жедрит - это: 1) NaAl[Si2O6] 2) (Mg,Fe)5[AlSi3O11]2(OH)2 3) Ca2Al3[SiO4][Si2O7]O(OH)
Этот вопрос вообще может сбить с толку даже хорошо подготовленного студента. Из-за нервного напряжения все формулы обычно забываются. Однако, вспомнив, что на практических занятиях жедрит встречался исключительно в виде кристаллов ЧЕРНОГО цвета, сразу можно догадаться, что правильная формула будет та, в которой содержится ион-хромофор - Fe. Важно также не торопясь читать вопрос, иначе можно перепутать созвучное название минерала: жедрит - жадеит.
- Какой минерал отвечает формуле Na[AlSi2O6]xH2O? 1) жадеит 2) парагонит 3) анальцим
Все три минерала имеют сходный элементный состав и сразу можно запутаться - все силикаты и алюмосиликаты Na и Al. Жадеит - пироксен, парагонит - слюда, анальцим - цеолит. Только в каркасных силикатах (цеолиты, фельдшпатоиды) имеются крупные полости, в которые способны вмещаться крупные молекулы, в том числе воды. Правильный ответ будет 3.
Экзамен
К экзамену допускаются ВСЕ студенты. Если к моменту экзамена у студенту имеются задолженности по контрольным работам или тесту, они сдаются на экзамене первым вопросом.
Экзамен проводится в традиционной форме - по экзаменационным билетам. Студенты по очереди вытягивают билет, даётся бумага и время на подготовку.
Каждый билет состоит из трёх вопросов. Как правило, тематика первого вопроса отвечает общим вопросам минералогии, тематика второго вопроса связана с характеристикой какого-то класса или группы минералов, в третьем вопросе билета требуется охарактеризовать процесс минералообразования.
В случае слабого устного ответа на билет студенту может быть предложен один или несколько образцов минералов для диагностики.
Список экзаменационных вопросов (2022/2023 учебный год)
Список рекомендуемой литературы
Основная:
- Булах А.Г. Общая минералогия. СПб., 1999 PDF или более поздние издания. ЕСТЬ В БУПе
- Бетехтин А.Г. Курс минералогии. М. КДУ, 2008. PDF ЕСТЬ В БУПе
- Миловский А.В., Кононов О.В. Минералогия. М.: МГУ, 1982. DJVU ЕСТЬ В БУПе
- Филимонов С.В. Диагностика минералов (руководство к практическим занятиям по минералогии). М.: МАКС Пресс, 2016. PDF МОЖНО ВЗЯТЬ В ЛАБОРАНТСКОЙ к.416
Дополнительная:
- Смольянинов Н.А. Практическое руководство по минералогии. М., 1972. DJVU ЕСТЬ В БУПе
- Годовиков А.А. Минералогия. М., 1983. DJVU ЕСТЬ В БУПе
- Борнеман-Старынкевич И.Д. Руководство по расчету формул минералов. М.: Наука, 1964. DJVU
- Булах А.Г. Руководство и таблицы для расчета формул минералов. М., Недра, 1967. DJVU
Полезные материалы для скачивания
Список минералов, используемых в лекционной и практической части курса "Минералогия"
Образец таблицы свойств минералов
Список экзаменационных вопросов (2022/2023 учебный год)
Полезные ссылки
http://wiki.web.ru/wiki/Категория:Минералы - описания минералов в геовикипедии
http://mmus.geology.spbu.ru/programm/ - online учебное пособие по минералогии кафедры минералогии Санкт-Петербургского университета
http://www.mindat.org/ - полная база данных по минералам (на английском)
http://www.mineral.nsu.ru/educat/article/20/index.html - структуры минералов, основные понятия минералогии на сайте Геолого-геофизического факультета Новосибирского государственного университета
Текущие материалы 2016 год
Результаты проверочных работ на лекциях (осень 2016) в google таблице (регистрация не требуется)
Статья
Обсуждение