Як ростуть мінерали та каміння-самоцвіти

Камені мають свою власну історію життя, щоправда, дуже відмінну від історії живих істот.

Життя та історія каменю дуже довге: воно вимірюється іноді не тисячами, а мільйонами і навіть сотнями мільйонів років, і тому нам дуже важко помітити ті зміни, що накопичуються тисячоліттями в камені. Нам здаються постійними бруківка і камінь серед ріллі тільки тому, що ми не можемо помітити, як поступово під впливом сонця і дощу, копит коней і непомітних оку дрібних організмів і бруківка і валун на ріллі перетворюються на щось нове.

Якби ми вміли змінювати швидкість часу і якби ми могли, як у кінематографі, стрімко показати історію Землі протягом мільйонів років, то за кілька годин ми побачили б, як виповзають із глибин океанів гори і як вони знову перетворюються на низини; як мінерал, що утворився з розплавлених мас, дуже швидко розсипається і перетворюється на глину; як у секунду мільярди тварин накопичують величезні товщі вапняків, а людина в секунду знищує цілі гори руд, перетворивши їх на листове залізо і рейки, на мідний дріт і машини. У цьому шаленому стрибку все змінювалося і перетворювалося б з блискавичною швидкістю. На наших очах камінь ріс, знищувався і замінювався іншим, і, як у житті живої речовини, усім цим керували б свої особливі закони, які й покликана вивчати мінералогія.

Розріз через земну кору із окремими зонами Землі.

Розріз через масив граніту, з гілками гранітних жил та виділенням різних металів та газів.

Порожнеча в гірській породі, що утворилася під час остигання деяких порід.

Ми почнемо вивчення мінерального життя Землі з недоступних дослідженню глибин — із зони магми, там, де температура трохи вища за 1500°C і де тиск сягає десятка тисяч атмосфер.

Магма - це складний взаємний розчин-розплав великої кількості речовин. Поки вона кипить у недоступних глибинах, просочена парами води та летючими газами, у ній йде своя внутрішня робота, і окремі хімічні елементи поєднуються у готові (але ще рідкі) мінерали. Але ось температура падає — чи під впливом загального охолодження, чи тому, що магма переходить у більш холодні та вищі зони — і магма починає застигати та виділяти окремі речовини. Одні сполуки раніше переходять у твердий стан, ніж інші, вони закристалізовуються і плавають чи падають на дно рідкої маси. До твердих частинок, що виникли, помалу силами кристалізації притягуються все нові і нові; тверда речовина збирається разом, відокремлюючись від рідкої магми.

Магма переходить у суміш кристалів - у ту мінеральну масу, яку ми називаємо кристалічною гірською породою. Світлі граніти і сієніти, темні, важкі базальти - це хвилі, що затверділи, і бризки колись розплавленого океану. Сотні різних назв дає їм наука петрографія, намагаючись у їх будові та хімічному складі знайти відбиток їхнього минулого у невідомих глибинах Землі.

Склад твердої гірської породи — це не те, що склад найрозплавленішого вогнища. Величезна кількість летких сполук просочує його розплавлену суміш, виділяється могутніми струменями, пронизує її покрив; і довго куриться і димить її вогнище, поки суміш зовсім не застигне і не перетвориться на тверду гірську породу.Тільки мізерна частина цих газів залишається всередині затверділої маси, інша частина піднімається до земної поверхні у вигляді газових струменів.

Не всі ці леткі сполуки встигають досягти земної поверхні. Велика частина їх осідає ще в глибинах, пари води згущуються; по тріщинах і жилах течуть до Землі гарячі джерела, повільно охолоджуючись і поступово виділяючи з розчинів мінерал за мінералом. Частина газів насичує води та у вигляді ключів або гейзерів виривається на поверхню Землі, інша швидко знаходить собі інші шляхи та утворює тверді сполуки.

Гарячі джерела — ювенільні, молоді води, за словами знаменитого віденського геолога Зюсса, — це шляхи, які пов'язують життя магм із життям земної поверхні. Число гарячих джерел дуже велике. В одних Сполучених Штатах Америки відомо не менше десяти тисяч, а в Чехословаччині понад тисячу, серед яких багато цілющих, наприклад, знаменитий гарячий ключ у Карлових Варах. З них утворюються справжні водні джерела, які приносять із собою з глибин чужі поверхні речовини, і по стінках тріщин, по дрібних тріщин порід починають осаджуватися мінерали, сірчисті сполуки важких металів. Так виникають із летких сполук глибинних магм рудні родовища, народжуються ті скупчення корисних копалин, які так жадібно розшукує людина. На поверхні Землі вся ця маса води, летких сполук, пари газів, розчинів, які не були затримані по дорозі з глибин і не осіли у формі різних мінералів, — ця маса вливається в атмосферу і в океан, поступово, протягом багатьох геологічних періодів , Наводячи їх до сучасного стану.

Так поступово створювалися наше повітря і наші океани з їх теперішнім складом і властивостями — як результат усієї довгої історії Землі.

На поверхні

Над нами океан атмосфери — складної суміші парів, газів, земного та космічного пилу. Далі за три кілометри від земної поверхні майже зовсім не позначається вплив перетворень Землі. Там, за межами сріблястих хмар, починаються зони, багатші на водень, а на самому кордоні, доступному нашим дослідженням, виблискують у спектрах північних сяйв лінії газу гелію. У нижніх шарах атмосфери гасають частинки, викинуті вулканами, клубочиться пил, піднятий вітрами та бурями пустель, — тут для нас відкривається особливий світ хімічного життя.

Перед нами ставки та озера, болота та тундри з їх поступовим накопиченням гниючої органічної речовини. У тині та мулі, що застилають їх дно, відбуваються свої процеси: повільно стягується залізо в бобові руди, відбувається складний розпад сірчистих органічних сполук, утворюючи придбання залізного колчедану, не вистачає кисню. Безперервно теплиться мікроскопічне життя, викликаючи і збираючи нові і нові продукти. У морських басейнах, на просторі вод океанів ці процеси ще грандіозніші.

Але перейдемо до твердої землі. Тут царство могутніх діячів земної поверхні - вугільної кислоти, кисню та води. Поступово і неухильно нагромаджуються тут піщинки кварцу, вугільна кислота заволодіває металами (кальцієм і магнієм), крем'яні сполуки глибин руйнуються і перетворюються на глини. Вітер і сонце, вода і мороз допомагають цій руйнації, забираючи щорічно до п'ятдесяти тонн речовини з кожного квадратного кілометра землі.

Під покривом ґрунту глибоко тягнеться світ руйнування, і до п'ятисот метрів у глибину йдуть процеси зміни, все слабшаючи у своїй силі та замінюючись нижче новим світом утворення каменю.

Так малюється нам неорганічне життя земної поверхні. Усюди довкола нас йде напружена хімічна робота. Усюди старі тіла переробляються на нові, опади лягають на опади, накопичуються мінерали; зруйнований мінерал, що вивітрився, змінюється іншим, непомітно на вільну поверхню лягають нові і нові шари. Дно океану, мулисті маси болота або кам'янисті русла річок, піщані моря пустелі — все повинно зникнути або в потоках текучої води, або в поривах вітру, або стати надбанням глибини, покрившись новим шаром каменю. Так, поступово, продукти руйнування Землі, вислизаючи від влади діячів поверхні та закриваючись новими опадами, переходять у чужі їм умови глибин. А в глибинах породи воскресають у новому вигляді. Там вони стикаються з розплавленим океаном магми, який проникає в них, то розчиняючи, то знову викристалізовуючи мінерали.

Так опади поверхні знову стикаються з магмою глибин, і частка кожної речовини здійснює багато разів свій довгий шлях у вічному русі.

Камені живуть і змінюються, відживають і знову перетворюються на нові камені.

Олександр Євгенович Ферсман, Цікава мінералогія.

Копаючи яму на дачі я знайшов шматок каменю але на цьому камені ніби росте скло у вигляді алмазу, я намагався різати їм скло і у мене це вийшло, що це таке?

Освіта та зростання кристалів

Кристали виникають при переході речовини з будь-якого агрегатного стану у тверде.Головною умовою утворення кристалів є зниження температури до певного рівня, нижче якого частинки (атоми, іони), втративши надлишок теплового руху, виявляють властиві їм хімічні властивості та групуються у просторові ґрати.

Способи та фактори зародження кристалів

При температурах, що вимірюються тисячами градусів, жодна з відомих у природі речовин у кристалічному стані існувати не може. Другою важливою умовою є тиск. Температура та тиск - Це термодинамічні умови існування кристалічної речовини. Високо нагріта речовина при охолодженні може проходити на стадії газоподібної суміші, рідини, розплаву, твердого стану. Тому можливі три способи утворення кристалів.

1. Кристалізація шляхом сублімації - Перехід безпосередньо з газоподібного стану до твердого. В цьому випадку кристали утворюються прямо з пари, минаючи рідку фазу. Прикладом можуть бути сублімація і перекристалізація йоду. У природі цей процес відбувається у кратерах, вулканічних тріщинах (нальоти нашатиря, сірки та ін.). Взимку за ясної морозної погоди у повітрі утворюються сніжинки.
2. Розкристалізація у твердому стані - Перехід з твердого стану в твердий. Тут можливі два процеси. Перший – кристалічна речовина може утворюватися з аморфної. Так, з часом розкристалізовуються скла і вулканічні породи, що містять скло. Другий процес - Перекристалізація: структура одних речовин руйнується і утворюються нові кристали з іншою структурою. Явлення перекристалізації широко поширені у природі та ведуть до утворення нових мінералів, гірських порід та руд.Усі метаморфічні гірські породи тією чи іншою мірою є перекристалізованими. Під впливом температури, тиску та інших факторів вапняк, наприклад, переходить у мармур, глинисті породи – у філіти та кристалічні сланці, кварцові пісковики – у кварцити.
3. Кристалізація з розплавів та розчинів - Основний спосіб утворення кристалів у природі. Так утворюються з вогненно-рідкого силікатного розплаву (магми) потужні кристалічні породи – граніти. На дні озер, заток і море відкладаються кристали солей. З розплавів і розчинів вирощуються штучні кристали (наприклад, технічні та дорогоцінні камені: п'єзокварц, карборунд, рубін, алмаз, сапфір та ін.).

Таким чином, основна умова зародження – переохолодження чи перенасичення. Зародження кристалів – переохолодження чи перенасичення. Зародження кристалів може самостійно. Але іноді для зростання кристалів достатнім буває наявність дрібних кристаликів самого кристалізується або близьких до нього за будовою частинок інших твердих речовин. Процес утворення кристалів проходить стрибкоподібно, з виділенням енергії, з перегрупуванням частинок, з різкою зміною початкових властивостей. Кристалізаційна здатність у різних речовин неоднакова, вона визначається кількістю центрів кристалізації, що утворюються в одиницю часу в одиниці об'єму, та швидкістю зростання кристалів. При великій швидкості утворення центрів кристалізації виникає багато дрібних кристалів, за малої кількості центрів виникають великі кристали.

Як виростити кристал із солі будинку

Можна самостійно проводити досліди щодо вирощування кристалів.Попередньо готується подрібнена на порошок навішування тієї чи іншої солі (квасці, мідний купорос та ін). Наважку насипати в хімічно скляну або фарфорову склянку і налити за допомогою градуйованої мензурки необхідну кількість води. Покривши круглим (годинним) склом склянку, нагрійте вміст, щоб прискорити розчинення солі у воді. Потім одержаний розчин профільтруйте.

Таблиця 1 - Розчинність солей (у грамах) 100 см 3 води.

Калієво-алюмінієві галун KAl[SiO₄]·12H₂O Натрова селітра

Відфільтровану рідину помістіть у спеціальну склянку з широким дном та низькими стінками. У склянці розчин остигає та інтенсивно випаровується, чому сприяє характерна форма склянки, що створює велику поверхню випаровування. В результаті охолодження та випаровування виходить спочатку насичений, а потім перенасичений розчин (в ньому міститься надлишок розчиненої речовини). При цьому кристалізатори починають випадати кристалики. Наступного дня (після приготування розчину) потрібно вибрати кілька або один з кристаликів, що випали, обережно злити розчин у чистий кристалізатор і помістити туди відібрані кристали – «сніданки». "Сніданками" називаються тверді частинки, здатні викликати кристалізацію. Для отримання добре ограненого (ізометричного) кристала слід вирощувати його на волосинці або нитці-шовковинці. Кристали, вирощені на дні судини, будучи стиснуті в зростанні, набудуть неправильної форми (сплюснуті, витягнуті). Після закінчення деякого терміну, коли розчину стане мало, слід приготувати свіжий розчин і перенести кристал.Список обладнання для вирощування кристалів: реактиви, ступка (порцелянова), ваги з різновагами (аптекарські), дві склянки (хімічних або порцелянових), мензурка, пальник, азбестова сітка, кругле годинникове скло, скляна паличка для розміщення розчину, лійка, фільтрувальний папір, штатив для вирви, склянка з широким дном, пінцет, термометр. Зручний матеріал для отримання добре утворених кристалів представляють алюмінієві галун. Досвід показує, що у 200 г гарячої води можна розчинити 25 г квасцов. На нитках-шовковинках, опущених в розчин, виростають кристали правильної форми, властивої галун - октаедри. . При охолодженні насиченого розчину. (75 г хромових галунів на 20 г води) до температури 11⁰С на дно судини випадають кірки дрібнозернистих кристалів. як у тих та інших однаковий тип просторової решітки. Помістіть фіолетовий кристал хромових галунів, що росте на нитці, в насичений розчин алюмінієвих галунів - ви отримаєте двошаровий кристал з фіолетовим внутрішнім октаедром і зовнішнім безбарвним.

Найбільш вдалий результат виходить при вирощуванні кристалів мідного купоросу з розчину, концентрацією 29,2% при охолодженні до 13,5⁰С. У 200 г води при підігріванні розчиніть 82,5 г розтертого на порошок мідного купоросу. Пропустіть розчин через паперовий фільтр. Через 14-15 годин випадуть добре освічені кристали до 1,5 см завдовжки. Крім галунів та мідного купоросу, добре кристалізується дворомовокислий калій. Досвід самообмеження кристала: надайте вирощеному кристалу галун (обточуванням напилком) форму кулі, знову опустіть його в насичений матковий розчин і стежте за його зростанням. Через 1-2 дні ви помітите, що на кульці з'являються грані і через тиждень замість кульки знову утворюється правильний октаедр.

Вам може бути цікаво: