Кварц

Структура кварца

Друза горного хрусталя 9см. Урал. Фото: В.Слётов

Друза горного хрусталя. Урал. Фото и образец: Гиблов Я.И.

"Оконный" кварц, Швейцария. Высота кристалла 10 см. Фото Д.Тонкачеев. Фото Д.Тонкачеева, 2012. Коллекция геологического музея г.Лозанны, Швейцария.

Разновидности: горный хрусталь, розовый кварц, волосатик, сердолик, агат, тигровый глаз.

Кварц с включениями хлорита из Непала. Коллекция Музея Ест. Истории в г.Вена. Фото: Д.Тонкачеев

Кварц (англ. Quartz) - один из самых рапространёных минералов в Земной коре. Химическая формула: SiO₂, природный диоксид кремния. Название происходит от нем. "Querklufter" - руда секущих жил.

Кристаллохимическая характеристика

Тригональная сингония. Кремнезём, наиболее распространённой формой нахождения которого в природе является кварц, обладает развитым полиморфизмом.
Две основные полиморфные кристаллические модификации двуокиси кремния: гексагональный β-кварц, устойчивый при давлении в 1 атм. (или 100 кн/м²) в интервале температур 870-573°С, и тригональный α-кварц, устойчивый при температуре ниже 573°С. В природе широко распространён именно α-кварц, эту устойчивую при низких температурах модификацию обычно называют просто кварцем. Все гексагональные кристаллы кварца, находимые в обычных условиях, являются параморфозами α-кварца по β-кварцу. α-кварц кристаллизуется в классе тригонального трапецоэдра тригональной сингонии. Кристаллическая структура - каркасного типа, построена из кремне-кислородных тетраэдров, расположенных винтообразно (с правым или левым ходом винта) по отношению к главной оси кристалла. В зависимости от этого различают правые и левые структурно-морфологические формы кристаллов кварца, отличимые внешне по симметрии расположения некоторых граней (например, трапецоэдра и др.). Отсутствие плоскостей и центра симметрии у кристаллов α-кварца обусловливает наличие у него пьезоэлектрических и пироэлектрических свойств.

Другие полиморфные модификации кремнезёма:

• Кристобалит
• Тридимит
• Коэсит
• Стишовит (образуется при очень высоком давлении и умеренной температуре, впервые обнаружен на месте эпицентра ядерного взрыва)
• Моганит
• Сейфертит

Кварц изоструктурен с берлинитом.

Морфология

Обычны кристаллы в виде шестигранной призмы, с одного конца (реже с обоих) увенчанной шести- или трехгранной пирамидальной головкой. Часто по направлению к головке кристалл постепенно сужается. На гранях призмы характерна поперечная штриховка. Наиболее часто кристаллы имеют удлиненно-призматический облик с преимущественным развитием граней гексагональной призмы и двух ромбоэдров, образующих головку кристалла. Реже кристаллы принимают облик псевдогексагональной дипирамиды. Внешне правильные кристаллы кварца обычно сложно сдвойникованы, образуя наиболее часто двойниковые участки по т. н. бразильскому или дофинейскому законам. Последние возникают не только при росте кристаллов, но и в результате внутренней структурной перестройки при термических β-α полиморфных переходах, сопровождаемых сжатием, а также при механических деформациях.

В магматических и метаморфических горных породах кварц образует неправильные изометричные зерна, сросшиеся с зернами других минералов, его кристаллами часто инкрустированы пустоты и миндалины в эффузивах.

В осадочных породах - конкреции, прожилки, секреции(жеоды), щётки мелких короткопризматических кристаллов на стенках пустот в известняках и др. Также обломки различной формы и размеров, галька, песок.

Свойства

Блеск стеклянный, в сплошных массах иногда жирный. Излом неровный или раковистый. Спайность несовершенная по основному ромбоэдру и пинакоиду(001), иногда наблюдается отдельность. Твердость 7. Плотность 2,6 - 2,65 г/см³

Растворяется в плавиковой кислоте. Температура плавления 171 - 1728°С (из-за высокой вязкости расплава определение температуры плавления затруднено, существуют различные данные). Диэлектрик (электрический ток не проводит). Пъезоэлектрик.

SiO₂ относится к группе стеклообразующих оксидов, то есть склонен к образованию переохлажденного расплава - стекла.

Разновидности кварца

• Горный хрусталь — кристаллы бесцветного прозрачного кварца
• Раухтопаз (дымчатый кварц) — светло-серый или светло-бурый
• Морион — чёрный
• Аметист — драгоценная разновидность горного хрусталя фиолетового, фиолетово-розового, сиренево-красного цвета
• Цитрин — лимонно-жёлтый
• Авантюрин — мерцающий из-за многочисленных включений мелких чешуек слюды или гематита (железной слюдки) кварцит желтоватого или буровато-красного цвета
• Празем — зелёный (из-за включений актинолита)
• Волосатик — горный хрусталь с включениями тонкоигольчатых кристаллов рутила, турмалина, гётита или других минералов, образующих тонко-игольчатые кристаллы
• Халцедон — скрытокристаллическая тонковолокнистая разновидность. Полупрозрачен или просвечивает, цвет от белого или серого до медово-жёлтого. Образует сферолиты, сферолитовые корки, псевдосталактиты или сплошные массивные образования
• Агат — слоисто-полосчатая разновидность халцедона
• Кремень — тонкозернистые скрытокристаллические агрегаты кремнезёма непостоянного состава, состоящие в основном из кварца и в меньшей степени халцедона, кристобалита, иногда с присутствием небольшого количества опала. Обычно находятся в виде конкреций или гальки, возникающей при их механическом разрушении.
• Тигровый глаз, Соколиный глаз, Бычий глаз - продукты замещения (псевдоморфозы) кварцем различных видов асбеста.
• См. также:
  • Опал (аморфный кремнезём)

Условия образования

Диаграмма состояния кварца

Кварц образуется при различных геологических процессах:
Непосредственно кристализуется из магмы кислого состава. Кварц содержат как интрузивные (гранит, диорит), так и эффузивные (риолит, дацит) породы кислого и среднего состава, может встречаться в магматических породах основного состава (кварцевое габбро).
В вулканических породах кислого состава нередко образует порфировые вкрапленники.

Кварц кристализуется из обогащенных флюидами пегматитовых магм и является одним из главных минералов гранитных пегматитов. В пегматитах кварц образует срастания с калиевым полевым шпатом (собственно пегматит), внутренние части пегматитовых жил нередко сложены чистым кварцем (кварцевое ядро). Кварц является главным минералов апогранитных метасоматитов - грейзенов.

При гидротермальном процессе образуются кварцевые и хрусталеносные жилы, особое значение имеют кварцевые жилы альпийского типа.

В поверхностных условиях кварц устойчив, накапливается в россыпях различного генезиса (прибрежно-морских, эоловых, аллювиальных и др.).

В зависимости от различных условий образования кварц кристаллизуется в различных полиморфных модификациях. На рисунке приведена для него P-T - диаграмма состояния.

Применение

Ценное минеральное сырье: используется в оптических приборах, в генераторах ультразвука, в телефонной и радиоаппаратуре (как пьезоэлектрик). В больших количествах потребляется стекольной и керамической промышленностью (горный хрусталь и чистый кварцевый песок) Также применяется в производстве кремнеземистых огнеупоров и кварцевого стекла. Многие разновидности используются в ювелирном деле как поделочные камни.

Кварц (англ. QUARTZ) - SiO₂

КЛАССИФИКАЦИЯ

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Перевод на другие языки

Ссылки

• www.mindat.org
• www.webmineral.com
• www.mineralienatlas.de
• Кварц и его разновидности. Фотогалерея
• Фотогалерея кварца по регионам

Список литературы

• Буканов В.В. Горный хрусталь Приполярного Урала. Л.: Наука, 1974
• Вертушков Г.Н. Метаморфизм жильного кварца. - Тр. Свердл. горн. ин-та, 1955, вып. 22
• Вировлянский Г.М. Кварц р. Пскем (Зап. Тянь-Шань). - ЗВМО, 1938, ч.67, №2, с.236-246.
• Горох А.В. О стебельчатом кварце. - Тр. Горно-геол. ин-та УФ АН СССР, 1955. вып. 26
• Горячев Н.А. Жильный кварц золоторудных месторождений Яно-Колымского пояса. Владивосток, ДВО РАН, 1992. 136 с.
• Курбатов В.И. Каркасно-скелетные кристаллы кварца с р. Индигирки. - Мир камня (World of Stones), 1994, №3, С. 23 (62-64).
• Леммлейн Г.Г. Наблюдения над скрученными кварцами. Изв. АН СССР, Отд. матем. и естеств. наук, 1937, сс. 937 - 964. - В кн.: Леммлейн Г.Г. Морфология и генезис кристаллов. - М.: "Наука", 1973, с. 35.
• Леммлейн Г.Г. О происхождении плоских кварцев с "белой полосой". В кн.: Вопросы минералогии, геохимии и петрографии. М., 1946, с. 98-109.
• Лисицын А.Е. Месторождения пьезокварца Америки и Австралии. - Тр. ВНИИПмс, 1957, т. 1, вып. 1, 177-195.
• Шубников А.В. Кварц и его применение. 1940.
• Юргенсон Г.А. Гигантский кристалл кварца. - Зап.ВМО, 1961, №6, 747-748 \\ кристалл 7,5х1, 6 м; находка 1958 г.; уроч. Акджайляу = Акжайляу, СЗ Тарбагатай, Вост. Казахстан
• Юргенсон Г.А. Типоморфизм и рудоносность жильного кварца. М.,1997.
• Юхтанов П.П. Скрученные кристаллы кварца. // Препр. Научн. докл. / АН СССР. УРО. Коми науч. центр. - 1989, №222, с. 99-104.
• Frondel, Clifford (1962), Dana's System of Mineralogy, 7th Edition: Vol. III.
• Reviews in Mineralogy vol 29 Silica: Physical behaviour, geochemistry and materials applications; P.J. Heany and G.V. Gibbs ed. Miineralogical Society of America, 1994, 606pp. Kushiro, I. (1969), The system forsterite-diopside-silica with and without water at high pressures: American Journal of Science: 267: 269-294.
• Rice, S.J. (1969) Quartz family minerals. California Division of Mines and Geology Mineral Information Service: 22: 35-38.
• Feigl, F.J. and Anderson, J.H. (1970) Defects in crystalline quartz: electron paramagnetic resonance of E' vacancy centers associated with germanium impurities. Journal of Physics and Chemistry of Solids: 31: 575-596.
• Sprunt, E.S. (1981) Causes of quartz cathodoluminescence colours. Scan. Elec. Micros.: 525-535.
• Bohlen, S.R. and Boettcher, A.L. (1982) The quartz-coesite transformation: a precise determination and the effects of other components. Journal of Geophysical Research: 87(B8): 7073-7078.
• Richet, P., Bottinga, Y., Deniélou, L., Petitet, J.P., and Téqui, C. (1982) Thermodynamic properties of quartz, cristobalite, and Аморфный SiO2: drop calorimetry measurements between 1000 and 1800 K and a review from 0 to 2000 K. Geochimica et Cosmochmica Acta: 46: 2639-2658.
• Serebrennikov, A.J., Valter, A.A., Mashkovtsev, R.I., and Scherbakova, M.Ya. (1982) The investigation of defects in shock-metamorphosed quartz. Physics and Chemistry of Minerals: 8: 155-157.
• Scandale, E., Stasi, F., and Zarka, A. (1983) Growth defects in a Quartz Druse. ac Dislocations. Journal of Applied Crystallography: 16: 39-403.
• Weil, J.A. (1984) A review of electron spin resonance and its applications to the study of paramagnetic defects in crystalline quartz. Physics and Chemistry of Minerals: 10: 149-165.
• Scandale, E. and Stasi, F. (1985) Growth defects in Quartz Druses. a Pseudo-basal Dislocations. Journal of Applied Crystallography: 18: 275-278.
• Graziani, G., Lucchesi, S., and Scandale, E. (1988) Growth defects and genetic medium of a quartz druse from Traversella, Italy. Neues Jahrbuch für Mineralogie, Abhandlungen: 159: 165-179.
• Owen, M.R. (1988) Radiation-damage haloes in quartz. Geology: 16: 529-532.
• Ramseyer, K., Baumann, J., Matter, A., and Mullis, J. (1988) Cathodluminescence colours of α-quartz. Mineralogical Magazine: 52: 669-677.
• Scandale, E., Stasi, F., Lucchesi, S., and Graziani, G. (1989) Growth marks and genetic conditions in a quartz druse. Neues Jahrbuch für Mineralogie, Abhandlungen: 160: 181-192.
• American Mineralogist (1991): 76: 1018.
• Agrosì, G., Lattanzi, P., Ruggieri, G., and Scandale, E. (1992) Growth history of a quartz crystal from growth marks and fluid inclusions data. Neues Jahrbuch für Mineralogie, Monatshefte: 7: 289-294.
• Rink, W.J., Rendell, H., Marseglia, E.A., Luff, B.J., and Townsend, P.D. (1993) Thermoluminescence spectra of igneous quartz and hydrothermal vein quartz. Physics and Chemistry of Minerals: 20: 353-361.
• Berti G.(1994): Microcrystalline properties of quartz by means of XRPD measures. Adv. X-Ray Analysis: 37: 359-366.
• Onasch, C.M. and Vennemann, T.W. (1995) Disequilibrium partitioning of oxygen isotopes associated with sector zoning in quartz. Geology: 23: 1103-1106.
• Ryckart, R. (1995), Quartz - Monographie.
• Stevens Kalceff, M.A. and Phillips, M.R. (1995) Cathodoluminescence microcharacterization of the defect structure of quartz. Physics Review: B 52: 3122-3134.
• Plötze, M. and Wolf, D. (1996) EPR- und TL-Spektren von Quartz: Bestrahlungsabhgigheit der [TiO4 -/Li +] 0-Zentren. Ber. Deutsch. Mineral. Gesellsch. 8: 217 (abstr.)
• Gaines, Richard V., H. Catherine, W. Skinner, Eugene E. Foord, Brian Mason, Abraham Rosenzweig (1997), Dana's New Mineralogy : The System of Mineralogy of James Dwight Dana and Edward Salisbury Dana, 8th. edition: 1573.
• Carpenter, M.A., Salje, E.K.H., Gaeme-Barber, A., Wruck, B., Dove, M.T., and Knight, K.S. (1998a), Calibration of excess thermodynamic properties and elastic constant variations associated with the α ↔ β phase transition in quartz. American Mineralogist: 83: 2-22.
• Silica: Physical Behavior, Geochemistry and Materials Applications Vol 29. Mineralogical Society of America Reviews in Mineralogy, 606p.
• Acta Crystallographica: B32: 2456-2459.
• Götze, J., Plötze, M., Fuchs, H., and Habermann, D. (2001) Origin, spectral characteristics and practical applications of the cathodoluminescence (CL) of quartz - a review. Mineralogy and Petrology: 71: 225-250.
• Botis, S., Nokhrin, S.M., Pan, Y., Xu, Y., and Bonli, T. (2005) Natural radiation-induced damage in quartz. I. Correlations between cathodoluminence colors and paramagnetic defects. Canadian Mineralogist: 43: 1565-1580.
• Götze, J., Plötze, M., and Trautmann, T. (2005) Structure and luminescence characteristics of quartz from pegmatites. American Mineralogist: 90: 13-21.