Минеральные агрегаты

Известно много типов минеральных агрегатов. Но еще задолго до того, как началось их научное изучение, и даже раньше, чем сформировалась сама минералогическая наука в современном смысле слова, горняки и "геогносты" присвоили некоторым минеральным агрегатам простые и удобные названия, руководствуясь только их внешними приметами. Многие пришедшие из практики названия оказались содержательными и укоренились в науке. Такие определения, как "друзовый", "радиально-лучистый", "шестоватый" сохраняются в лексиконе минералогов уже не одно столетие, и нет повода заменять их другими.

А нужно ли специально изучать минеральные агрегаты? Разве не достаточно ограничиться составляющими их индивидами?

Как мы уже выяснили, отдельные признаки агрегатов присущи и закономерным срастаниям - эпитаксическим и параллельным сросткам, расщепленным кристаллам, двойникам. Принципиальное отличие агрегатов состоит в том, что они возникают из многих центров роста, в которых отдельные индивиды начинают расти самостоятельно и независимо друг от друга. Затем наступает фаза коллективного роста: индивиды объединяются в агрегат и растут вместе, подчиняясь общим законам развития. Для сравнения вспомним, что расщепленный кристалл развивается в обратной последовательности: одиночный индивид "размножается" в семью субиндивидов, обретающих все большую самостоятельность и независимость друг от друга. С началом коллективного роста возникают новые качества, которых нет и не может быть в индивидах.

Агрегат - ансамбль взаимосвязанных и, как правило, однотипных индивидов. Но одни и те же индивиды могут объединяться в различные агрегаты - смотря по обстоятельствам. Ради выяснения этих обстоятельств минералог и изучает агрегаты: учится классифицировать и расшифровывать структуры и текстуры, выявлять способы и причины возникновения агрегата как упорядоченной системы, коллектива.

Такова цель. А каковы средства? Если исследование индивидов основано на данных и методах физики твердого тела, кристаллографии, экспериментах по кристаллизации, то в изучении агрегатов минералогам в гораздо большей степени приходится рассчитывать на собственные, специфические методы, а стало быть, постоянно работать над их совершенствованием. Но единое учение о минеральных агрегатах пока еще только создается. Поэтому и назван этот раздел "этюдами".

Любимцы коллекционеров

Лучшие украшения минералогических выставок, музеев, коллекционных собраний - это, без сомнения, друзы минералов (рис. 49). Все любят друзы, и уж во всяком случае всем известно, что это такое; но формальное определение все-таки не будет лишним: друзой называется агрегат индивидов, обладающих собственной (идиоморфной) формой и начавших свой рост в независимых положениях на общей поверхности (подложке). Два отмеченные качества и составляют главным образом привлекательность друз: кристаллическая правильность индивидов в сочетании с их несколько хаотическим расположением - как бы намек на ту грациозную небрежность, с какой природа обращается со своими сокровищами.

Рис. 49. Друза кристаллов пирита. Акчатау, Казахстан

Происхождение термина "друза" теряется в истоках науки о минералах. Скорее всего, его родиной были Рудные горы Саксонии. "Отец" описательной минералогии А. Г. Вернер пользовался им в своих сочинениях, лекциях и наставлениях для саксонских горняков. "Друза" - по-немецки означает щетка, и оба эти слова часто употребляют по одному и тому же поводу. Как мы далее увидим, термин "щетка" удобнее использовать несколько иначе.

При всем изяществе друз много распространяться о них нет нужды: они относятся к сравнительно простым агрегатам. Собственная кристаллическая огранка индивидов говорит о росте в свободном пространстве. Каждый индивид имеет также участки индукционных поверхностей совместного роста с соседними индивидами и отпечаток подложки, на которой выросла друза. Свободная, идиоморфная часть индивидов несет обычную информацию: признаки особенностей роста, симметрии питания и растворения, ориентировки в пространстве. Коллективизация сводится к срастанию индивидов при их более или менее самостоятельном развитии в одном агрегате.

Бывает, что друза сложена индивидами разных возрастов. О том, какие из них старше, какие - моложе, можно судить по взаимному расположению: кристаллы младшего поколения зарождаются и растут на старших, несут их отпечатки, заполняют пространство между ними. Друзовая форма выделения свойственна большинству минералов, выросших в природных полостях. Сравнительно редки друзы прозрачных кристаллов арагонита, берилла, топаза, рубина, сапфира, лазурита, титанита, некоторых других минералов.

Стоит призадуматься над тем, почему в перечне заметное место занимают дорогие самоцветы. Предыстория друзы, как, впрочем, и любого агрегата, - возникновение множества центров кристаллизации, что говорит об известной "спешке" кристаллообразования. Но шедевры - всегда единичны. Для соблюдения кондиций самоцветы должны расти очень долго, в условиях стабильных и близких к равновесным. "Природа, действуя спокойно и медленно, способна на необыкновенное", - заметил Гете.

Геометрический отбор: выживаемость и самоорганизация

Красота камня и строгость кристаллических форм внушают мысль о чем-то конечном, уравновешенном, незыблемом, В отношении друз это впечатление обманчиво: они олицетворяют как раз состояние неустойчивое, переходное.

Как развивается друза? Сначала зарождаются и растут сразу много кристалликов; расположение их в пространстве и взаимная ориентировка случайны (рис. 50, а). Пока это еще не агрегат, а отдельные индивиды, растущие независимо друг от друга. Проходит время; разрастающиеся кристаллы один за другим начинают соприкасаться и срастаться: получается друза (рис. 50, б). А что будет при дальнейшем росте? Кристаллы, расположенные вдоль подложки (т.е. растущие в этом направлении быстрее всего), вскоре упрутся в своих соседей, и рост их прекратится, они зарастут более удачливыми партнерами. На рисунке читатель может проследить, как та же участь рано или поздно постигает и все кристаллы, растущие наклонно к подложке. В конце концов продолжать рост будут только те индивиды, которые быстрее всего растут перпендикулярно подложке и поэтому не мешают друг другу (рис. 50, в).

Рис. 50. Образование и дальнейшая эволюция друзы: а - рост отдельными кристаллами; б - друзовый агрегат; в - параллельно-шестоватый агрегат; г - щетка; д - график геометрического отбора

Мы стали свидетелями самоорганизации системы индивидов: из случайного, хаотического срастания - друзы - возник параллельно-шестоватый агрегат. В царстве минералов подобное самоупорядочение - явление вполне обычное, но тем не менее оно достойно пристального внимания: ведь взаимодействуют предоставленные самим себе неодушевленные предметы. В 20-х годах известный советский кристаллограф А. В. Шубников дал описанному явлению название геометрического отбора, а в 1949 г. академик А. Н. Колмогоров разработал его математическую теорию. Свободная поверхность получившегося агрегата называется щеткой (рис. 50, г).

Для полноты картины построим рядом с нашей схемой график: по вертикали будем откладывать расстояния от подложки, по горизонтали - долю продолжающих рост индивидов (рис. 50, д). В пределах некоторого расстояния число индивидов не меняется, все зародившиеся кристаллы растут. Затем рост вступает в стадию геометрического отбора и число растущих индивидов постепенно сокращается. В стадии параллельно-шестоватого роста число индивидов снова не меняется, так как механизм геометрического отбора перестает действовать. Из графика видно, что между друзой и параллельно-шестоватым агрегатом нет резкого перехода: один агрегат постепенно перерастает в другой.

Своеобразные друзы возникают, когда в процесс коллективизации индивидов вмешивается ориентирующее влияние подложки. Так происходит, например, нарастание кварца на халцедон. В данном случае подложка состоит из того же минерала, поэтому кристаллы кварца нарастают по правилу авто-эпитаксии и в соответствии с кристаллографической ориентировкой волокон халцедона располагаются по касательным к поверхностям сферолитов. Такие агрегаты иногда встречаются в халцедоновых жеодах Подмосковья. В стадии геометрического отбора преимущество получают кристаллы, наросшие по границам сферолитов. Формируется грубошестоватый агрегат, в котором количество индивидов в какой-то степени определяется количеством сферолитов подложки.

Бывает и по-иному

Параллельно-шестоватые агрегаты, возникающие при эволюции друз, отличаются упорядоченной, кристаллографически одинаковой ориентировкой индивидов. Так, в агрегате кварца, прошедшем геометрический отбор, все "шестики" вытянуты вдоль главной оси L₃, как направления наибольшего роста, и располагаются этими осями параллельно друг другу и перпендикулярно подложке. Такие агрегаты растут в свободных полостях, а упорядочение возникает в ходе геометрического отбора.

Но параллельно-шестоватые агрегаты формируются не только описанным способом. Второй тип таких агрегатов возникает при коллективном росте индивидов в стесненном пространстве - узкой щели, трещине. Еще на стадии друзового роста, прежде чем вступит в действие регулирующий механизм геометрического отбора, индивиды дорастают до противоположной стенки и упираются в нее. На этом рост может остановиться, и тогда получится друзовый агрегат. Но если трещина постепенно открывается, то рост агрегата может продолжаться, а его строение будет зависеть от скорости открывания. Если трещина открывается быстро и растущие кристаллы не могут догнать противоположную стенку, возникает геометрический отбор, приводящий к образованию агрегата первого типа. Но допустим, что трещина открывается медленнее, чем растут кристаллы. Тогда все они получают равные шансы, так как растут лишь постольку, поскольку освобождается место. Возникает кристаллографически неупорядоченный параллельно-шестоватый агрегат второго типа. Он также состоит из параллельных шестиков, но вытянуты они в самых разных кристаллографических направлениях; зона геометрического отбора отсутствует, нет и свободной поверхности - щетки, агрегат заполняет трещину целиком, от одной стенки до другой. Питание осуществляется раствором, циркулирующим по порам породы, чаще со стороны той стенки, в направлении которой растет агрегат.

Наконец, бывает и так, что трещина раздвигается самим растущим агрегатом. Работа раздвигания совершается так называемым кристаллизационным давлением. Оно обусловлено выделением из раствора твердого вещества, т. е. развивается за счет энергии, освобождаемой при кристаллизации. При этом формируются параллельно-шестоватые агрегаты третьего типа - так называемые "жилы с просечкой". В таких жилах встречаются, в частности, хризотиловый и амфиболовый асбесты и волокнистая разновидность гипса - селенит (рис. 51). В параллельно-шестоватом агрегате третьего типа волокна вытянуты параллельно друг другу и перпендикулярно стенкам трещины, вмещающей жилу; в средней части имеется тонкая "просечка", где минерал жилы находится в виде друзового агрегата, обычно содержащего также мелкие посторонние включения. Агрегаты третьего типа кристаллографически упорядочены и этим похожи на агрегаты первого типа. Отличие - в просечке и отсутствии щетки.

Рис. 51. Параллельно-шестоватый агрегат гипса - селенит. Таджикистан

Долгое время эти агрегаты оставались загадкой. Непонятны были постоянное присутствие просечки, расположение друзовой части в середине агрегата, а не на одном из контактов с породой, и быстрая переориентация индивидов, несмотря на малую ширину зоны геометрического отбора. В 1967 г. московский минералог А. Г. Жабин показал, что в формировании агрегатов третьего типа большую роль играет индукторный механизм ориентации индивидов - автоэпитаксия.

Биография агрегата начинается с образования будущей просечки - тонкого друзового прожилка, кристаллизующегося в узкой трещине. Дорастая до стенок, индивиды начинают оказывать на них кристаллизационное давление. А оно может быть внушительным: в экспериментах установлены величины до 200 Н/см² и даже больше. Это значит, что на каждом квадратном метре площади жилы в обе стороны могут действовать расклинивающие усилия по 200 т. Для сравнения скажем, что пол современного дома с железобетонными перекрытиями допускает в 1000 раз меньшую нагрузку. Возникшего усилия во многих случаях достаточно, чтобы хотя бы немного расширить трещину за счет уплотнения породы.

Тем временем в тесном пространстве прожилка идет геометрический отбор. Он сопровождается ростом новых индивидов, которые при своем зарождении эпитаксически ориентировались вдоль господствующего положения кристаллов - перпендикулярно к стенке трещины. Видимо, следует также допустить, что в условиях, когда стенки оказывают сопротивление росту агрегата, геометрический отбор может дополнительно регулироваться тем, что максимальное кристаллизационное давление развивается в направлении наибольшего роста кристаллов. Если сопротивление стенок достаточно велико, рост агрегата тормозится и заканчивается на стадии геометрического отбора. В противоположном случае сопротивление стенок преодолевается, прежде всего, теми индивидами, которые расположены поперек прожилка и, следовательно, в этом направлении могут развить наибольшее усилие. Наклонно же ориентированные индивиды, наоборот, подавляются сопротивлением стенок. Геометрический отбор и самоупорядочение агрегата завершаются раньше, чем в свободно растущей друзе. После этого в обе стороны дружно растут шестоватые индивиды, морфологически и кристаллографически ориентированные параллельно друг другу и перпендикулярно к трещине.

Индивиды перестроились в новый порядок, обеспечивающий им наибольшую эффективность совместных усилий, а значит, наибольшую возможность роста. За счет возросшего кристаллизационного давления агрегат раздвигает стенки трещины, приподнимает горизонтальные пласты, и прожилок со временем превращается в жилку, сплошь заполненную параллельно-шестоватым агрегатом, в котором заключена тонкая друзовая просечка. Питающий раствор поступает к агрегату по обоим контактам с породой - обычно по одному немного больше, чем по другому. Так, при росте селенита в пластовых жилах сила тяжести улучшает поступление питающего раствора к верхнему контакту и одновременно ослабляет питание нижнего контакта. Вследствие этого параллельно-шестоватый агрегат селенита обычно растет несколько быстрее вверх, а просечка смещена вниз от середины.

Селенит, красивый поделочный камень теплых оттенков с шелковистым, переливчатым блеском, встречается на многих месторождениях Поволжья, Средней Азии и др. На Урале его издавна используют для изготовления декоративных фигурок и украшений. Старинный камнерезный промысел возник на базе Кунгурского месторождения селенита в Пермской области.

А вот и другие представители - "тигровый глаз" и "соколиный глаз". Если эти камни окажутся у вас в руках, приглядитесь к ним внимательнее. Вы без труда узнаете параллельно-шестоватые агрегаты, а если повезет, обнаружите тоненькую просечку - признак агрегата третьего типа. Соколиный глаз состоит в основном из кварца, заместившего прожилок крокидолитового асбеста. Остатки волокон асбеста придают ему синий цвет. Если же крокидолит предварительно подвергся выветриванию, то волокна окрашиваются налетами и зернышками гётита, и синий цвет меняется на золотистый; после замещения кварцем получается тигровый глаз. Эти красивые камни обладают всеми качествами поделочных камней и высоко ценятся художниками и ювелирами. Промышленные запасы тигрового и соколиного глаза имеются в Южной Африке. В нашей стране прекрасные образцы тигрового глаза встречаются в железистых кварцитах Криворожья. Заметим, что как тигровый глаз, так и соколиный глаз - природные смеси, и считать их отдельными минералами было бы ошибочно.

Округлые агрегаты

Рис. 52. Радиально-лучистые агрегаты астрофиллита. Хибины

А как образуются радиально-лучистые агрегаты (рис. 52)? В принципе - так же, как и параллельно-шестовые агрегаты первого типа, с той разницей, что индивиды нарастают не на плоскую подложку, а на замкнутую выпуклую поверхность песчинки, крупинки породы, кристаллика. Если рост идет в трещине или в пленке раствора, получается плоский агрегат - "солнце". В центральной части радиально-лучистого агрегата имеется зона геометрического отбора. Иногда такой агрегат напоминает сферолит. Но сферолиты, как известно, - это не агрегаты, а сложные индивиды - расщепленные кристаллы. Если радиально-лучистые агрегаты близки к параллельно-шестоватым агрегатам первого типа, то конкреции (рис. 53, а) сродни третьему типу. В конкреции индивиды расположены тоже по радиусам, как и в радиально-лучистом сростке. Пространство для роста освобождается кристаллизационным давлением. Такие агрегаты растут в рыхлых, податливых средах - глинах, песках и др.

Рис. 53. Конкреция (а), оолитовый агрегат (б), секреция (в)

При росте оолитов и пизолитов песчинка или другое постороннее тело обволакивается слоями минерала, и получается округлое образование. К таким агрегатам относится жемчуг. Он состоит из микроскопических индивидов кальцита и арагонита, связанных органическим веществом. Цементируясь друг с другом, оолиты образуют сложные агрегаты (рис. 53, б). Из оолитовых агрегатов состоят боксит (смесь гидроокислов алюминия и железа), некоторые железные руды, отложения кальцита и арагонита из вод некоторых минерализованных источников.

В секрециях (рис. 53, в) отложение минерального вещества происходит на стенках замкнутой полости. В противоположность конкрециям, рост агрегата идет от периферии к центру. Небольшие секреции с плотной оболочкой называются жеодами.