Минерало́гия - наука о минералах, - природных химических соединениях, их составе, свойствах, особенностях и закономерностях физического строения (структуры), а также об условиях их образования и изменения в природе.
Минералогия изучает состав, свойства, закономерности физического строения (структуры), и условия образования и изменения в природе минералов и руд.
Минералогия - одна из древнейших геологических наук. Первые описания минералов появились у древнегреческих философов. В дальнейшем развитию минералогии способствовало горное дело. В настоящее время интенсивно развиваются генетическая и экспериментальная минералогия. Cвойства поделочных и драгоценных камней изучает геммология.
Исторический очерк
Минералогия возникла в глубокой древности в связи с практическими потребностями человека, широко использовавшего камень для различных целей. Первые сведения о минеральных телах появились в трудах древнегреческих и древнеримских учёных. Аристотель и Теофраст описали свойства ряда минералов, связывая их происхождение с дымом и парами, вырывающимися из земных недр. Сведения о минералах содержатся также в "Естественной истории" Плиния Старшего (середина I в. н. э.). Поиски и добыча минерального сырья для выплавки металлов, а также для медицины и алхимии привели в раннем средневековье к расширению сведений о минералах и рудах. Среди исторических памятников среднеазиатских народов выделяются труды Бируни и Ибн Сины (Авиценны), описавших свойства многих минералов. Развитие горного дела (VI - XIII вв.), прежде всего в Центральной Европе и России (добыча железа, олова, мусковита, каменной соли, янтаря, серебра и др.), привело к более тщательному исследованию руд. Как самостоятельная наука минералогия начала оформляться в эпоху Возрождения. Первое крупное обобщение по минералогии связано с именем Г. Агриколы, который в работе "О горном деле и металлургии" (1550г.) чётко отделил минералы от горных пород, подробно описал физические свойства минералов, привёл первую классификацию минералов. Термин "Минералогия" впервые введён в 1636г. итальянским учёным Бернардом Цезием (Цезиусом). В XVII в. в Дании (Э. Бартолин, Н. Стено), Голландии (Х. Гюйгенс), Англии (Р. Бойль, Р. Гук и др.) были сформулированы первые геометрические законы для кристаллов и начато изучение оптических свойств. Работа французского исследователя Роме де Лиля (1783г.) по гранным углам в кристаллах оказала большое влияние на развитие как минералогии, так и кристаллографии, послужила основой для создания теории кристаллических структур минералов Р. Ж. Аюи в "Трактате о минералогии" (1801г.). В Германии описательно-морфологическое направление в XVIII в. было наиболее ярко представлено школой А. Г. Вернера.
Развитие минералогии в России тесно связано с именем М. В. Ломоносова, который впервые высказал предположение о том, что определяющим признаком минерала является его химический состав. В работах М. В. Ломоносова "Слово о рождении металлов от трясения Земли" и "О слоях земных" (середина XVIIIв.) указывается, что минералы в рудных жилах образуют естественные ассоциации, и появление одного из них служит "признаком" присутствия другого. В трудах В. М. Севергина химия как основа минералогии выдвигалась на первый план, В. М. Севергиным в 1798г. было впервые сформулировано понятие о парагенезисе ("смежности минералов"). Детальное изучение состава и физических свойств минералов в XIX в. привело к формулировке понятий изоморфизма и полиморфизма (немецкие химики и минералоги Э. Мичерлих, Р. Герман, позднее Г. Чермак и др.). Большую роль в развитии минералогии в России сыграли выдающиеся минералоги Д. И. Соколов, Н. И. Кокшаров, П. В. Еремеев. За рубежом значительный вклад в становление описательной минералогии на рубеже XIX и XX вв. внесли Р. Брауне (Германия), Ф. Бекке (Австрия), В. Брёггер (Норвегия), Дж. Д. Дэна (США) и др. До конца XIX в. минералогия формировалась как описательная наука, при этом в ней развивались два основных направления - морфолого-кристаллографическое и химическое.
С конца XIX в. в связи с сильно возросшим спросом на минеральное сырьё и интенсификацией поисковых работ прежние методы описательной минералогии не могли удовлетворить потребности развития науки и техники. Совершенствование методов диагностики и исследования минералов позволило глубже познать их свойства. Больше внимание стало уделяться химии и свойствам минералов, законам изоморфизма и парагенезиса. Разработкой новых методических подходов и обобщающих теорий в минералоги наука во многом обязана учёным русской школы, - В. В. Докучаеву, Е. С. Фёдорову, В. И. Вернадскому, А. Е. Ферсману. Огромное влияние на развитие современной минералоги оказали периодический закон Д. И. Менделеева и правило фаз Дж. Гиббса. Согласно В. И. Вернадскому, минералогия есть химия земной коры, а минералы - продукты сложных природных физико-химических реакций. Минерал непрерывно взаимодействует с окружающей его средой и сам изменяется при изменении условий окружающей его и постоянно меняющейся среды. Определяя парагенезис как выражение законов совместного нахождения минералов в природных ассоциациях, Вернадский по сути заново обобщил главное научное положение современной минералогии. Одновременно с этим стало складываться и кристаллохимическое направление, тесно связанное с именем Е. С. Фёдорова, который задолго до развития рентгеноструктурного анализа математически вывел все возможные пространственные группы симметрии кристаллов. А уже после открытия дифракции рентгеновских лучей стало возможным проникновение в атомное строение кристаллов.
Основные направления минералогии
- Описательная минералогия занимается изучением, накоплением и уточнением фактического материала, разработкой вопросов систематики; обобщением данных по морфологии, физическим свойствам минералов, их химическому составу, данных по изоморфизму, установлением причинных связей между составом, структурой и физическими свойствами у идеальных кристаллов и реальных минералов с дефектами кристаллической решётки. Особый раздел современной описательной минералогии составляет физика минералов, занимающаяся их исследованием с применением методов физики твёрдого тела.
- Генетическая минералогия выясняет условия, закономерности и процессы, приводящие к образованию определённых минеральных видов и минеральных ассоциаций - месторождений полезных ископаемых; определяет количественные значения физико-химических параметров (температуры, давления, химизм минералообразующей среды), характеризующих процесс возникновения минерала и помогающих познанию способа (механизма) его образования. Генетическая минералогия включает в себя: учение о типоморфизме минералов; онтогению минералов и кристалломорфологический анализ, дающие информацию об истории формирования минеральных индивидов и агрегатов; исследование твёрдых и газово-жидких включений как источника информации о минералообразующей среде; анализ явлений полиморфизма и политипии; методы и принципы парагенетического анализа, получение энергетических и физико-химических характеристик минералов; установление геотермометров и геобарометров - минералов, по которым можно определять термодинамические параметры образования месторождений.
- Региональная минералогия обобщает минералогическое изучение определённых территорий и рудных провинций для установления закономерностей распределения минералов и их ассоциаций в связи с историей геологического развития региона; входит как составная часть в общий комплекс металлогенических исследований.
- Экспериментальная минералогия занимается моделированием природных процессов и изучением физико-химических систем с целью уточнения гипотез об условиях возникновения минералов в природе. К этому направлению близка новая область инералогии - синтез искусственных аналогов минералов (алмазов, кристаллов пьезокварца, оптического флюорита, корундов, шпинели, гранатов, малахита, асбеста и др.), широко используемых в технике.
- Прикладная минералогия разрабатывает проблемы, связанные с вовлечением в промышленное использование новых минеральных видов, с проведением исследований, направленных на более рациональное комплексное использование минерального сырья и на извлечение дополнительных(примесных) полезных компонентов руд; включает минералогическое картирование месторождений с целью выделения технологических сортов руд; изучение зависимости технологических свойств минералов от их состава и структуры, исследование растворимости, магнитных и других свойств, поведение минералов в процессе обогащения руд и химико-технологической переработки рудных концентратов; рассматривает также вопросы применения минералогических критериев для поисков и оценки месторождений полезных ископаемых (например, типоморфизм минералов, законы парагенезисов и др.), разрабатывает специальные минералогические методы поисков (термолюминесценция, фотолюминесценция, радиационные и другие методы).
- Космическая минералогия. Развитие этого направления стало по-настоящему возможным с момента получения образцов лунных пород, исследования которых позволили сделать первые обобщения в вопросах особенностей протекания процессов минералообразования на поверхности Луны и в верхних слоях лунной коры. Большое значение имеет также изучение строения и минерального состава метеоритов.
В минералогии активно используются достижения физики, химии и других естественных наук. Так, минералогическое изучение метеоритов и образцов с других планет позволило узнать много нового о истории Солнечной системы и процессах формирования планет.
Как одна из старейших геологических наук, минералогия по мере своего развития расширяла круг познаваемых объектов и методов их исследования. На протяжении своей длительной истории она не раз раветвлялась, давая начало новым самостоятельным научным дисциплинам.
В рамках минералогии сформировались, а затем выделились в самостоятельные науки, - кристаллография в XIX в., петрология, учение о полезных ископаемых и геохимия в начале XX в., а затем, с появлением метода рентгеноструктурного анализа, - кристаллохимия. В последние десятилетия усилиями в основном Российских минералогов развивается новое направление генетической минералогии - онтогения минералов. Широкий круг вопросов, охватываемых минералогией, всё расширяющаяся сфера исследований, потребности практики геологоразведочных работ и народного хозяйства исторически определили комплексный характер минералогических подходов и возникновение в минералогии различных направлений.
Главной международной организацией минералогов является Международная Минералогическая Ассоциация (The International Mineralogical Association, IMA). Она объединяет минералогические ассоциации различных стран. Минералогов России объединяет Российское Минералогическое Общество, входящее в состав Европейского Минералогического Союза.
Минералогические журналы
Ссылки
Статья
Обсуждение