Индивид расщепляется

Интересные минеральные образования возникают при расщеплении кристаллов - явлении, чрезвычайно распространенном и изученном далеко еще не до конца.

Кристаллическая семья

Расщепленный кристалл построен из отдельных частей - субиндивидов (рис. 43). Соответственные ребра, а иногда и грани субиндивидов расположены двояко: одни параллельны, а другие несколько разориентированы и веером отклоняются друг от друга на небольшие углы. Это и есть главный признак расщепленных кристаллов.

Рис. 43. Расщепленные кристаллы кварца: пучок (слева) и сноповидный сросток (справа). Дашкесан, Азербайджанская ССР

Для сравнения вспомним, как устроены другие "семейные" сростки. В параллельных срастаниях все элементы огранения индивидов соответственно параллельны, в двойниках - одни элементы параллельны, а другие обращены. Выходит, расщепленные кристаллы - как бы промежуточный случай. Принципиальное их отличие и от двойников, и от параллельных срастаний - обилие структурных дефектов. Это - вторая главная примета расщепленных кристаллов.

Рис. 44. Блочное строение (а) и формы расщепления кристаллов: седло (б) сноповидный сросток (в), двулистник (г), сферокристалл (д) сферолит (е)

Накопление дефектов происходит во время роста кристалла. Множественные дислокации разбивают структуру на отдельные блоки (рис. 44, а), что придает индивиду некоторое сходство с минеральным агрегатом. В той или иной мере блочное строение свойственно всем реальным кристаллам. Но обычно оно не заметно на глаз и лишь изредка проявляется в специфической "мозаичной" скульптуре граней, наподобие той, что хорошо видна на кристалле галенита (см. рис. 41). Мозаичность граней - начало обособления субиндивидов, их относительно самостоятельного развития. Призматический мозаичный кристалл далее развивается в пучок (см. рис. 43), кубы и ромбоэдры принимают седловидную форму (см. рис. 44, б), иногда образуются эффектные "сростки" субиндивидов типа "розы" (рис. 45). Когда расщепление идет сразу с обоих концов, образуется сноповидный сросток (см. рис. 43 и 44, в). Такие сростки очень характерны для стильбита, в связи с чем возникло его прежнее название "десмин" - от греческого слова, обозначающего сноп.

Рис. 45. 'Роза' стильбита. Эвенкийский автономный округ

При дальнейшем расщеплении сноп развивается в двулистник (см. рис. 44, г ). Когда концы двулистника или седла смыкаются, получается сферокристалл (см. рис. 44, д). В сферокристаллах встречаются многие минералы: карбонаты сидерит и родохрозит, цеолиты гейландит, стильбит, стеллерит, некоторые слюды - так называемый "барботов глаз" (рис. 46) и др. Неповторимой прелестью отмечены сферокристаллы малахита из Джезказганского месторождения (см. рис. 46).

Рис. 46. 'Барботов глаз' лепидолита. Казахстан (справа); сферокристаллы малахита. Джезказганское месторождение (слева)

Но гораздо чаще малахит встречается не в сферокристаллах, а в сферолитах (см. рис. 44, е). Сферолиты получаются, когда расщепление идет весьма интенсивно, иногда до тончайших волокон. Как раз такой малахит и представляет интерес как поделочный камень. Сферолиты - наиболее распространенная форма расщепления многих минералов: гётита, гематита, аурипигмента (рис. 47) и др. Халцедон - скопление сферолитов кварца с волокнами толщиной 0,1 - 1 микрометр, вытянутыми вдоль оси симметрии L₂, т. е. поперек удлинения кристаллов. В другой сферолитовой разновидности кварца - кварцине - волокна вытянуты вдоль удлинения кристаллов. Халцедоны с красивой природной окраской (карнеол, сердолик, сардер и др.) и их слоистые разности - агат и оникс - используются в ювелирном деле. Белые слои оникса, традиционного материала для вырезания камей, часто состоят из кварцина.

Рис. 47. Сферолит аурипигмента. Западная Грузия

Как видим, формы расщепления кристаллов многочисленны. Но при всем своем разнообразии расщепленные кристаллы всегда состоят из объединенных в одно целое субиндивидов и имеют отклонения от закона постоянства углов, что сближает их с агрегатами. Однако в отличие от агрегатов они получаются не срастанием разных кристаллов, а наоборот, "разрастанием" одного, и это роднит их с индивидами. Поэтому называть "розы", "снопы" и другие расщепленные формы сростками можно лишь условно. И еще одно: несмотря на разориентировку субиндивидов, в плоскости расщепления (перпендикулярной направлению преимущественного роста) углы сохраняются такими же, как и на исходном кристалле (рис. 48).

Рис. 48. Расщепленный кристалл кварца: субиндивиды разориентированы относительно направления наибольшего роста (а), но сохраняют параллельную ориентировку в поперечном направлении (б)

О двойственной природе расщепленных кристаллов говорит и их внутреннее строение: нерасщепленное ядро с единой, как у монокристалла, структурой, - и постепенный переход по периферии в структурные блоки и обособленные субиндивиды (см. рис. 44, а).

Расщепленными формами представлены все классы минералогической систематики. Расщепление может происходить в любой геологической обстановке, но наиболее типично оно для низких температур кристаллизации - вблизи земной поверхности, в пещерах, низкотемпературных гидротермальных жилах и т. п. Форма расщепления всегда соответствует симметрии исходного кристалла, направлению его скорейшего роста и интенсивности расщепления. Замечено, что тип и степень расщепления могут быть разными в разных месторождениях данного минерала, но в пределах даже одной полости расщепление как правило однотипно.

Как происходит расщепление?

Загадка расщепленных кристаллов давно не дает покоя минералогам и кристаллографам. Почему происходит расщепление? Как оно связано с условиями кристаллизации? Каковы закономерности появления расщепленных форм?

Твердо установлено, что расщепление возникает только во время роста кристалла и сильнее всего в направлении преимущественного роста; ему способствует быстрая кристаллизация из сильно пересыщенного раствора; для расщепленных кристаллов характерны множественные структурные дефекты и включения примесей.

Когда кристалл растет, на его поверхности под влиянием накапливающихся дефектов зарождаются структурные блоки, по мере роста разделяющиеся на блоки следующего поколения и т. д. Разориентировка нарастает, и это должно в конце концов вести к обособлению субиндивидов. Образуя новые поверхности, кристалл одновременно освобождается от "лишних" дефектов. Он как бы выбирает меньшее из двух зол: развитая поверхность удерживает больше свободной энергии, но все же не так много, как большое количество дефектов. Границы блоков - это стоки энергии, а расщепление - приспособительная реакция кристалла на внешние условия, вызывающие быстрый рост, что неизбежно связано с увеличением несовершенства структуры. Само собой разумеется, что при таких обстоятельствах кристалл расщепляется больше именно с той стороны, где он быстрее растет.

Таким образом, обособление субиндивидов - естественный результат эволюции кристалла, растущего в условиях накопления дефектов. Рано или поздно такой кристалл принимает расщепленную форму. Как это происходит? Недавно группа ленинградских ученых (Ю. Н. Пунин, Т. П. Ульянова и др.) исследовала в опытах с искусственными веществами зависимость обособления субиндивидов от пересыщения раствора. Оказалось, что с понижением пересыщения время, требуемое для обособления субиндивидов, сначала постепенно возрастает, а затем сразу резко увеличивается и становится соизмеримым с временем кристаллизации. Иначе говоря, при каком-то нижнем "критическом" пределе пересыщения обособление субиндивидов становится невозможным. По мнению исследователей, процесс носит цепной характер: обособление первых субиндивидов способствует обособлению субиндивидов следующих поколений. Во время роста кристалл неизбежно подвергается механическим напряжениям. Причины этого различны: захват примеси, взаимодействие с препятствием - соседним кристаллом, стенкой полости, собственной подложкой и т. п. Все это может послужить поводом для обособления первых субиндивидов. При достаточно высоком пересыщении напряжения вызывают в растущем кристалле размножение дислокаций, что приводит к блокованию структуры, и в конце один из субиндивидов обосабливается. С этого момента кристалл больше не нуждается в постороннем источнике механических напряжений: эту роль выполняет отделившийся субиндивид. В зазоре между ним и кристаллом начинается отложение кристаллизующегося вещества, вследствие чего развивается давление, и субиндивид превращается в своего рода рычаг. Возникающие в его основании напряжения при достаточно высоком пересыщении раствора приводят к зарождению блоков, обособлению субиндивидов следующего поколения и т. д. При этом кристалл избавляется от избытка свободной энергии, структура его исправляется, сокращается число лишних дефектов, неизбежно возникающих при росте в сильно пересыщенном растворе.

Как упоминалось, выводы ленинградских ученых основаны на лабораторных экспериментах. А о чем говорят наблюдения над природными кристаллами? Классический пример расщепленных кристаллов - халцедон. В агатовых жеодах халцедон нарастал слой за слоем на стенки полости, а в некоторых агатах на внутренний слой халцедона нарастали кристаллы кварца. Таким образом, в одном агрегате минерал находится и в расщепленной, и в нерасщепленной форме. Обратная последовательность - сначала кварц, затем халцедон - наблюдается сравнительно редко. Отложение слоев халцедона, видимо, происходило из сильно пересыщенного раствора. В расщеплении свою роль играли частички примесей, в изобилии находимые в халцедоне (обычно им он и обязан своим цветом). С истощением раствора пересыщение в конце концов снизилось до критического, и расщепление с образованием сферолитов стало невозможным. Однако кристаллизация все еще могла продолжаться, и далее кварц выделялся уже в виде нерасщепленных кристаллов. Резкая, а не постепенная смена халцедона кварцем связана с пороговым, критическим характером зависимости обособления от пересыщения раствора.

Но пока проблема расщепленных кристаллов остается дискуссионной, и станет ли изложенная точка зрения общепризнанной - покажет будущее.

В связи с тем что форма расщепленных кристаллов, особенно сферолитов, резко неравновесна, они могут при благоприятных условиях перекристаллизовываться в зернистые агрегаты.

Расщепленные кристаллы - один из интереснейших разделов морфологии минералов, особенно ярко демонстрирующий сложность и динамичность развития природных индивидов.