В ЗЕМНОЙ КОРЕ.

ПРИЧИНЫ ОГРАНИЧЕННОГО ЧИСЛА МИНЕРАЛОВ

Вопрос об ограниченном числе минералов принадлежит к одному из наиболее важных теоретических вопросов минералогии и геохимии. На него обращали внимание В.И.Бернадский и А.Е.Ферсман. Из известных химических элементов искуственно получены многие сотни тысяч соединений, а теоретически можно получить число сочетаний, для написания которого, по А.Е.Ферсману, потребовалось бы 28 нулей, то в земной коре известно всего около 3000 минеральных видов. Не давая окончательного ответа на этот важнейший вопрос, А.Е.Ферсман указывал, что существуют какие-то законы минералогии, которые сужают это число и вызывают в лаборатории земной коры строго определенные комбинации. Может возникнуть подозрение, что мы плохо ещё знаем земную кору в отношении минерального состава. Но это не так. Давайте проследим, как продвигалось познание минерального мира земной коры.

До середины прощлого века было известно около 700 самых распространненых минералов. Применение микроскопа, изучение химического состава и физических свойств минералов увеличило число минералов к 1920 г. Примерно до 100-1000. После 1920 г . наметился явный перелом, связанный с внедрением рентгеновского фазового анализа, для которого нет ограничений со стороны размерности, как для оптического метода. Таким образом, стали доступны для диагностики даже тонкодисперстные системы. Поэтому к 1980 г . было описано уже около 3000 минералов. Новый перелом наступил в 1980 г . когда появилась возможность выявления неоднородностей в минералах физико-структурных и химических. Эту возможность дает электронная микроскопия с микродифракцией. Поэтому в эти годы ежегодно устанавливаются примерно 50-100 новых видов минералов в год. Основная масса новых минералов описываются в СССР И США. Первое место среди новых минералов занимают силикаты, затем окислы, сульфиды и т.д. Третья часть и даже две трети новых названий – в честь ученых, на втором месте – местонахождения, на третьем – химический состав, что противоречит принятым на этот счет правилам.

Но причина этого отклонения от правила вполне реальна. В сложении новооткрытых сотен силикатов участвует небольшое количество химических элементов. Отсюда сложность в присвоении им рациональных названий. Итак, можно утверждать, что небольшое количество минералов – не следствие недостаточной изученности, это действительное положение веществ.

Каковы же причины ограниченного числа минералов в земной коре? Причины следует искать в особенностях природных условий в отличие от условий лабораторных. Если говорить в целом, то природная химия или геохимия значительно проще, чем лабораторная химия. В лабораторных условиях мы можем создать новые концентрации элементов, температуры и давления, можем изолировать наши системы от любых других элементов и их соединений, в том числе от воды, кислорода, углекислоты, которые могут реагировать с конечным продуктом. В природе такой изоляции быть не может, следовательно не могут быть предотвращены и возможные реакции взаимодействия минералов с другими веществами.

Одной из важных причин ограниченного числа минералов в земной коре является атомный кларк, который для многих элементов небольшой. Помните установленную Пилипенко зависимость между величиной атомного кларка элемента и числом минерала этого элемента? Эта зависимость прямая только для наиболее распространенных элементов и она не распространяется на элементы низких кларков. А.Е.Ферсман указывал, что многие элементы малых кларков не образуют самостоятельных минералов и будучи близкими по химическим свойствам и размерам ионов с более распространенными элементами указываются в виде изиморфных примесей в решетках минералов этих распространенных элементов. А.С.Поваренных (1966) внес в этот вопрос следующее уточнение. Для элементов основное значение имеют их кристаллохимические свойства. Этим и объясняется отсутсвие связи между числом минералов в земной коре и распространенностью элементов. Элементы кристаллохимически индивидуализированные: О, Si, CI,As, B,H,Be,U,Сu,Zn,Au,Ag и др. образуют значительное количество минеральных видов. Элементы по своим кристаллическим свойствам очень близкие к широко распространенным элементам, образующим собственные минералы: выполняют роль изоморфных заместителей: Na,Ti,Sr,Zi,Hf,Sc,TR,Cs,Ye,Jr,Rh,Ru и др.

Болгарский минералог Иван Костов (1971) обращал внимание на такую причину , как однообразие геологических процессов. Число минералов увеличивается при переходе от высокотемпературных условий в земной коре к более низкотемпературным. Так при температуре магматической кристаллизации (800-1200 °С - 120 минералов, в пневматолито-гидротермальных условиях, включая и образования пегматитов – 500, в гипергенных условиях – 800 минералов. Количество минералов увеличивается с понижением энергии образования соответсвующих кристаллохимических решеток. При высоких температурах образуются соединения, что увеличивает разнообразие. В целом минералы являются природными физико-химическими системами, стремящимися в соответствии со вторым законом термодинамики к состоянию с минимумом свободной энергии, обеспечивающему их стабильность. Логично предположить, что соединения экзотермические более устойчивы, чем эндотермические, а также что минералы с малым запасом внутренней энергии более стабильнее и лучше сохраняются в природных условиях , чем с большей потенцианальной энергией.

К этому можно добавить, что в природных условиях ввиду однообразия и длительности течения геохимических процессов, сохраняются ( в соответствии с постулатом Оствальда) только устойчивые соединения, тогда как все промежуточные мутабильные состояния переходящие не сохраняются.

Следующая причина ограниченного числа минералов в природе ограниченная возможность валентных состояний элементов в природе. Например , фосфор – только пятивалентный, а искусственно можно получить 1-4-х валентный фосфор. То же моно сказать и о других элементах (W и др.) Дело в том, что в природных условиях окислительно-востановительный потенциал в ходе конкретных процессов минералообразования колеблется в сравнительно узких пределах. Поэтому ограничена возможность образования различной валентности для ионов, а значит, ограничено и число возможных сочетаний ионов. На эту причину указывал в свое время и В.И.Вернадский. Приводился такой пример. В природных условиях элементы группы платины встречаются обычно в самородном виде, реже в ионной форме (арсениды и сульфиды). Поэтому 6 элементам группы платины образуют всего 30 минералов, а число искусственных соединений – многие тысячи.