1.2. Минералдар және тау жыныстары

1.2.1. Минералдардың құрылымы мен шығу тегі

Минерал – жер қыртысының тереңінде немесе жер бетінде болатын табиғи процестер нәтижесінде түзілетін бір элементтен немесе элементтердің тұрақты қосындысынан тұратын табиғи зат. Әрбір минералдың белгілі бір құрылымы бар және өзіне тән физикалық және химиялық сипаттамалары бар. Қазіргі уақытта 2500-ден астам минералдар белгілі (әртүрлілікті есептемегенде). Минералдардың құрамын, пайда болуын зерттейтін ғылым минералогия деп аталады.

Агрегат күйіне қарай минералдар қатты (кварц), сұйық (сынап) және газ тәрізді (метан) болып бөлінеді. Ең кең таралғаны қатты минералдар, олардың арасында өз кезегінде кристалдық минералдар басым (олардағы атомдар реттелген), ал аморфты минералдар (атомдардың ретсіз орналасуымен) әлдеқайда сирек кездеседі. Кристаллдық минералдардың құрылысын кристаллография ғылымы зерттейді.

Кристалл торын құрайтын элементар бөлшектердің кеңістіктегі орналасуына байланысты кристалдардың барлық әртүрлі формаларын бірнеше симметриялық топтарға немесе сингонияларға жіктеуге болады. Қазіргі уақытта минерал кристалдарының жеті сингониясы бар: моноклинальды, триклинальды, ромбтық, тригональдық, тетрагональдық, гексагональдық, кубтық. Кристалл торының құрылымына минералдардың пайда болуының физикалық-химиялық жағдайлары орасан зор әсер етеді: әртүрлі жағдайларда түзілген бір минералдың кристалдары сингониялық жағынан ерекшеленеді. Оның үстіне бір элементтен мүлде басқа минералдар түзілуі мүмкін: мысалы, көміртектен тұратын графит пен алмас.

Құрамы бірдей қатты заттардың әртүрлі өзгеруіндегі кристалдану қабілеті полиморфизм деп аталады.

Минералдардың физикалық қасиеттері олардың ішкі құрылымына тікелей байланысты. Осылайша, текше сингониясы бар көміртектің өзгеруі бар октаэдрлі алмаз кристалдары ең үлкен қаттылықпен сипатталады. Көміртектің тағы бір модификациясы – графит, ол алтыбұрышты жүйеде кристалданады және минималды қаттылықпен сипатталады. Кристалдық минералдар анизотропия қасиетімен сипатталады, ол процесс әртүрлі физикалық қасиеттері кристалдарда әртүрлі бағытта өзгереді. Керісінше, аморфты минералдар изотропиямен сипатталады – бағытына қарамастан физикалық сипаттамалардың сақталуы. Минералдарды макроскопиялық анықтауға мүмкіндік беретін ең маңызды физикалық қасиеттерге мыналар жатады: қаттылық, жылтырлық, кесіндідегі түсі, ұнтақтағы түс (түс ерекшеліктері), ыдырау, сыну, мөлдірлік, меншікті салмақ.

Пайдалы қазбалар тау жыныстарының құрамында алатын көлеміне қарай жыныс түзуші және қосалқы минералдар болып бөлінеді. Тау жыныстарын түзетін минералдар (олардың 50-ге жуығы бар) тау жыныстарының құрамында негізгі рөл атқаратын минералдар болып табылады. Тау жыныстарын құрайтын минералдардың құрамы тау жыныстарының атауын анықтау критерийлерінің бірі болып табылады. Қосымша минералдар болмашы қоспалар түрінде болғандықтан, тау жыныстарының көлемінің 5%-дан аспайды және олардың болуы тау жынысының атына әсер етпейді. Сонымен қатар, адамдар металдарды өндіру үшін пайдаланатын кен түзуші минералдардың кең тобы және бар.

Пайдалы қазбалар шығу тегіне қарай екі топқа бөлінеді: эндогендік – магматизм және метаморфизм процестерінің нәтижесінде жер қыртысының тереңдігінде пайда болады және экзогендік – жер қыртысының жоғарғы бөлігінде морылу, климаттық факторлар, сулы ерітінділер нәтижесінде пайда болады. Минералды түзілудің эндогендік түрінен экзогендік түріне дейінгі тізбегін келесідей көрсетуге болады. Соларды жекелеп қарастырып өтейік.

1. Магмалық тип. Минералдардың түзілуі жер қыртысының тереңдігінде пайда болатын магмалық ошақтың ішінде жүреді. Магма суыған кезде және гравитациялық бөлінуден өткенде, одан алдымен отқа төзімді, содан кейін барған сайын балқитын минералдар кристалданады. Сәйкесінше, алдымен ауыр жасыл-қара минералдар пайда болады: оливин, авгит, лабрадор; содан кейін жеңілірек: мүйіздітас, слюда, ортоклаз және, ең соңында, ең жеңіл төмен температуралы кварц. Бұл реттілік Боуэн реакция қатары деп аталады, оны канадалық ғалымның құрметіне байланысты осылай атайды.

2. Пегматиттік тип. Ол қышқылдар мен сілтілер және қаныққан газдармен байытылған ең жеңіл фракциялар ғана балқыған күйінде қалатын 500-700°С температурада магманың суытылуының соңғы кезеңдерінде пайда болады. Бұл жағдайда кварцтың, ортоклаздың және слюданың үлкен және алып кристалдарынан тұратын ерекше жыныстар – пегматиттер түзіледі.

3. Пневматолиттік түрі. Магманың кристалдануынан тұрады – газдарға қаныққан, жер қыртысындағы жарықтар арқылы көтерілетін зат. Ұшқыш қосылыстардан висмут, вольфрам, молибден, мышьяк т.б рудалар түзіледі. Температура 500°С-қа дейін төмендегенде пневматолиттік түрі кен түзуші минералдар: гален, сфалерит, киноварь, халькопирит, пирит, алтын, сонымен қатар кальцит және т.б. жинақталуына әкелетін гидротермиялық процестермен бірге жүре бастайды.

4. Гидротермиялық тип. Газдар мен ерітінділерді 375°С-қа дейін салқындатқанда басталады, бұл табиғи минералдардың, сонымен қатар хлоридтердің, сульфаттардың және басқа қосылыстардың: күкірт, галит, сильвин және т.б. салқындауында жүреді.

5. Минералды түзілістердің гипергендік типі жер бетінде ауада немесе су ортасында, жер қыртысындағы таяз тереңдікте кездеседі. Мұнда сыртқы әсерлерге байланысты тұрақсыз минералдар жойылып, олар тұрақты қосылыстарға айналады. Морылу процестерінің, сулы ерітінділерден заттардың тұнбаға түсуінің және жер асты суларының белсенділігінің негізгі маңызы бар. Типтік минералдарға каолин, монтмориллонит, галит, сильвит, малахит, лимонит, боксит және т.б. жатқызылады.

6. Метаморфтық тип. Тау жыныстарының жоғары температураның, қысымның, сонымен қатар магмалық газдар мен ерітінділердің әсерінен пайда болуы. Сонымен қатар, мысалы, хлорит, тальк, графит, магнетит және т.б. минералдар кеңінен таралады.

Минералды түзілу процесі метасоматизммен – физикалық және химиялық жағдайлар өзгерген кезде бір минералды басқа минералмен алмастырумен қатар жүруі мүмкін. Мысалы, тотығу нәтижесінде пириттің лимонитке ауысуы. Сонымен қатар, бір минерал әртүрлі жағдайларда түзілуі мүмкін. Ақырында, минералды түзілістердің әрбір түрі жерсеріктік минералдардың түзілуіне әкелетін минералдардың өзінше, қатаң тұрақты комбинацияларына ие. Бұл құбылыс парагенезис деп аталады. Парагенездің практикалық маңызы мынада: бір минералды ашу негізінде басқа минералдың болуын болжауға болады. Осылайша, пегматитті кварцтың болуы алтынның табылу мүмкіндігін көрсетеді.