Поразительные минералы-карлики

Первыми были изучены минералы крупные (>1— 2 мм) и «великаны». Это легко можно понять: ведь они видны невооруженным глазом. В XVII в. голландским ученым А. Левенгуком был создан первый микроскоп. Однако долгое время он использовался только для биологических и ботанических исследований.

С течением времени микроскоп совершенствовался, и в XIX в. его стали использовать для исследования песчано-пылеватых минеральных частиц размером более 5 мкм (0,005 мм). Применение микроскопа в геологии связано с именами различных ученых: английского — Г. Сорби, немецкого — Ф. Циркеля и русских — А.П.Карпинского, Е. С. Федорова и Ф. Ю. Левинсона-Лессинга. Минералогический микроскоп открыл целый мир минералов «средних» размеров — от 1—2 до 0,005 мм.

Его использование позволило изучить особенности тонкопесчаных и пылеватых частиц. Микроскоп и сейчас является важным оружием грунтоведа. С его помощью можно увидеть и определить состав агрегатов и частиц размером более 0,002 мм. Он позволяет исследовать многие детали строения грунта: поры, трещины, взаимоотношение агрегатов и частиц и другие элементы структуры. Более тонкие детали строения грунтов при помощи оптического микроскопа увидеть не удается.

Это связано с тем, что длина световой волны меньше 0,8 мкм. Частицы, приближающиеся к этому размеру, как бы обтекаются лучами света и становятся практически невидимы в оптический микроскоп. Только в середине XX в., призвав на помощь современные физические методы, ученые раскрыли существование целого мира «невидимых» карликовых минералов. Идею об их существовании-впервые высказал еще в XVIII в. М. В. Ломоносов. Однако эти гениальные догадки нельзя было в то время экспериментально подтвердить.

Эти замечательные карлики широко распространены вокруг нас В одном кубическом сантиметре самого чистого воздуха содержится более 1000 пылинок, которые в основном являются микрочастицами тонких минералов. Чтобы убедиться в их «невидимости», возьмите маленький кусочек глины и положите его в стакан чистой дистиллированной воды. Подождите немного и взболтайте воду. Взгляните: в стакане опять почти прозрачная вода. Глина распалась на отдельные тонкие кристаллы, которые исчезли из поля нашей видимости. Первым обнаружил глинистые минералы в 1926 г. советский ученый Л. Б. Струтинский, применивший для этой цели рентгеновский аппарат.

Затем, В. И. Вернадский использовал метод снятая кривых нагревания глин и также обнаружил кристаллическое строение тонкого глинистого вещества. Но увидеть «карликов» удалось только в 40-х годах при помощи просвечивающего электронного микроскопа, созданного О. О. Лебедевым. При помощи рентгеноструктурного анализа открылись весьма сложные особенности строения кристаллов. Оказалось, что каждый из микроминералов обладает своей неповторимой кристаллической решеткой.

Исследователи очень удивились, обнаружив, что среди изученных глинистых минералов обнаружились до того не встречавшиеся подвижные кристаллические решетки. Они чем-то напоминали баян. Только этот музыкальный инструмент раздвигается силой рук артиста, а решетка — в результате сложного физико-химического процесса. Первые такие глины, состоящие из минерала с подвижной структурой, были обнаружены около французского города Монтмориллона. Этот удивительный микромииерал и получил название «монтмориллонит».

Если его начать насыщать водой, то ее молекулы, проникая внутрь подвижной решетки, начнут раздвигать последнюю. Как проявляется этот процесс внешне? Монтмориллонит с большой силой начнет расширяться. Возникнет явление набухания. Если глина целиком состоит из этого микроминерала, то увеличение ее объема может составить десятикратную величину. Если начать высушивать эту глину, то возникнет обратный процесс — усадка. В отличие от монтмориллонита другой минерал, каолин, имеет неподвижную кристаллическую решетку, которая не меняет своих размеров под воздействием молекул воды.

Распределение молекул в структуре обоих минералов довольно сложное, но специалистам-рентгенографам удалось получить о нем точное представление. Глинистые минералы образуются в результате процессов выветривания, протекающих на поверхности земли. Сейчас известно около 200 таких минералов. Особое значение в грунтах имеют: каолинит, монтмориллонит, гидрослюда и так называемые смешаннослойные минералы. Последние состоят из пакетов, в которых чередуются слои с разными кристаллическими решетками. Встречаются комбинации каолинита с гидрослюдой, гидрослюды с монтмориллонитом. Если приходится изучать глинистый грунт, то грунтоведа весьма интересует, из каких тонких минералов он состоит. Это позволяет ему заранее получить представление о ряде свойств такого грунта. Данные о составе минералов являются своеобразной путеводной звездой для исследователей.

В завершение разговора о минералах-карликах, необходимо сказать, что они играют существенную роль в повседневной жизни людей. Многие из этих удивительных природных образований разрабатываются как полезные ископаемые. Примером могут служить бокситы — важнейший поставщик алюминия.

Нередко с микроминералами связаны месторождения железа, марганца, кобальта, золота, никеля и других металлов. Глинистые минералы находят широкое применение в народном хозяйстве. Так, они используются для выработки сукна, шерсти, резины, огнеупоров, кирпича, керамических изделий. Их применяют в радиопромышленности, мыловаренной, парфюмерной, нефтеобрабатывающей, фармацевтической и ряде других отраслей народного хозяйства. Наконец, глинистые минералы имеют большое значение в образовании почв и формировании их урожайности. Вот как велика роль в жизни человечества этих малых минералов-карликов.