Морфология и внутреннее строение кристаллов и их зависимость от условий роста.

Облик кристаллов — внешняя симметрия и огранка — тесно связаны с их струк­турой и условиями роста. Первая зависимость хорошо иллюстрируется на примере большинства самородных металлов: в соответствии с тем, что их структура проста и образована по принципу идеальной плотнейшей кубической или гексагональной упа­ковки, внешняя симметрия кристаллов кубическая с огранкой в виде куба, октаэдра, ромбододекаэдра и их комбинаций (таковы кристаллы золота, меди, серебра) или гек­сагональная (тригональная) с огранкой кристаллов в виде призм и дипирамид, усе­ченных сверху и снизу гранями пинакоида (таковы кристаллы иридия). У самородных элементов-неметаллов разнообразие кристаллов и сложность их огранки гораздо более выражены, и они относятся к разным сингониям. Сера кристаллизуется в ромбиче­ской сингонии в форме многогранников дипирамидального облика с гранями призмы и пинакоида. Кристаллы графита—это, как правило, тонкие пластинки (комбинация пинакоида с тончайшими почти незаметными наклонными гранями), алмаз образует октаэдры, ромбододекаэдры, реже—кубы.

Так же ярко проявляются структура и тип связей в физических свойствах мине­ралов—простых веществ. Самородные золото, серебро, медь, железо и другие ме­таллы имеют типичный для металлов блеск, высокие значения электропроводности и теплопроводности, ковки в разной степени и не имеют спайностиъ

6. Искаженные формы кристаллов. Закономерные сростки кристаллов: двойники, топо-, син- и эпитаксические сростки.

Скелетными называют пустотелые или искаженные формы кристаллов, являющиеся как бы каркасом кристалла, выросшего параллельно ребрам, граням, или по направлениям вершин правильного многогранника[1]. При резкой разнице скоростей роста по различным направлениям реальный кристалл заполняет не все тело воображаемого многогранника, а только часть его [3]. В условиях ускоренного роста, в частности в вязкой среде или из поверхностных плёнок, поступающее вещество успевает наращивать только выступающие части кристалла (вершины и рёбра), массоперенос к которым может осуществляться с максимальной скоростью. При их опережающем росте происходит также отгон поверхностных примесей от вершин и рёбер на грани, что тормозит рост последних. Если сильное пересыщение, повышение вязкости среды, накопление примесей по фронту кристаллизации, приводят к тому, что часть форм роста на кристаллах начинают развиваться как отрицательные, - то там, где должны быть пирамиды роста, образуются пирамидальные полости. Зарождение на вершинах и рёбрах новых слоёв роста опережает их разрастание по граням, отчего возникают незаросшие промежутки в теле кристалла в виде параллельных рёбрам пустот - щелей, каналов, желобков. Так возникают формы кристаллов, которые относят к скелетным.

Это энергетически неустойчивые, стабильные только в момент их роста индивиды с высокой поверхностной энергией. При смене условий внешней среды на более стабильные (спокойные) они способны дорастать до полногранных кристаллов или перекристаллизовываться в последние, что можно наблюдать экспериментально в насыщенных водных растворах квасцов, нашатыря, хлористого аммония и др. Бывают " одномерные" (тонкие иглоподобные или обелископодобные вершинники), " двумерные" (плоские, например - снежинка), и " трёхмерные" - объёмные всесторонние вершинники и реберники (см.рис.).

По форме могут быть звездообразные, скипетровидные, ступенчатые, каркасные, воронкообразные, трубчатые, коробчатые, рамочные и тд. Не следует путать скелетные кристаллы с иногда похожими на них визуально в срезах " пойкилитами" (от греч. пестрый камень), представляющими собой кристалл или зерно, в котором содержатся многочисленные включения других минералов, захватываемых при росте индивида[2], а также с дендритами.

Если рост ребер кристалла по какой-либо причине замедлен по сравнению с ростом граней, то образуются антискелетные кристаллы.

Двойниковые кристаллы, двойники - это закономерное непараллельное срастание кристаллических индивидов одного минерала, связанных друг с другом осью или плоскостью симметрии, которых нет в одиночных кристаллах. Благодаря этому двойники обладают повышенной кристаллографической симметрией. Образование двойников определяется свойствами решетки кристалла, и происходит по строго определенным законам.

Помимо единичных индивидов минералы часто образуют сростки из двух или более кристаллов. В подобных сростках кристаллы имеют закономерную или неправильную взаимную ориентировку. В первом случае сростки называются двойниками, во втором - кристаллическими срастаниями или агрегатами.

Двойникование обычно происходит на ранних этапах кристаллизации, при срастании двух или более кристаллических индивидов на стадии их зарождения. При этом их закономерная ориентировка относительно главных кристаллографических направлений (плоскостей решетки) обычно сохраняется. Два индивида, составляющие двойник, могут быть мысленно получены один из другого путем отражения в плоскости (двойниковая плоскость) или при повороте на 180 градусов вокруг оси (двойниковая ось). Для большинства двойников характерны ходящие углы. Поскольку кристаллы, имеющие входящие углы, растут быстрее, двойники часто выделяются своими размерами.

Среди двойниковых срастаний можно выделить три типа двойников - двойники срастания, прорастания и полисинтетические двойники. В некоторых случаях двойникование приводит к имитации кристаллов более высокой симметрии (" миметические двойники").

Для двойников срастания характерно изменение исходного габитуса кристаллов и двойники часто выделяются среди соседних одиночных кристаллов не только бОльшими размерами, но и своей уплощённой формой. Уплощение в плоскости срастания можно видеть на примерах кальцита, шпинели, галенита.

Полисинтетические двойники представляют собой параллельные срастания нескольких, (иногда множества) параллельных друг другу пластинок минерала, находящихся друг относительно друга в перевернутом положении (наподобие ладоней, сложенных пальцами к запястьям). Срастание может состоять как из двух или нескольких кристаллов, так и из пачек множества тонких пластинок. У некоторых минералов, в частности у плагиоклазов, пластинки эти имеют микроскопическую толщину и с плоскостями их срастаний связан характерный оптический эффект - иризация. Полисинтетическое двойникование часто происходит при полиморфных превращениях или распаде твёрдых растворов. Характерный пример - полевые шпаты.

Двойникование также может происходить под влиянием внешних механических воздействий, - обычно от направленного давления (деформационные двойники скольжения у антимонита, самородной серы, сподумена и др).

" Двойники срастания" бывают, например, - у кальцита, халькопирита, титанита, " японский двойник" у кварца, а " Двойники прорастания" - у ставролита, киновари, флюорита. В двойниковании могут участвовать больше чем два индивида. Тогда говорят о тройниках, четверниках, множественных двойниковых сростках (хризоберилл, александрит).

Собственно эпитаксические сростки врозникают, когда один минерал нарастает на уже образованный кристалл другого минерала. Таким образом оба кристалла образуются в разное время. Примером эпитаксических сростков являются нарастания альбита на микроклин (Фиг. 30), часто встречающиеся в пегматитах.

Если один кристалл образует вростки в другом, то такие образования принято называть эндотаксическими.

Синтаксические вростки образуются при одновременном росте кристаллов различных минералов. Примером синтаксических вростков является “письменный гранит”. Синтаксические вростки кварца в полевом шпате – ихтиоглипты – имеют форму воронок, иногда полых с гексагональным сечением. Острие воронки всегда направлено к центру кристалла, а ось перпендикулярно плоскости срастания. Искривленные поверхности ихтиоглиптов не являются истинными гранями кристаллов, а возникли в результате одновременного роста двух соприкасающихся индивидов. По этой причине указанные поверхности принято называть индукционными псевдогранями. Псевдограни вростков кварца несут на себе индукционную штриховку.

Топотаксические вростки образуются при распаде твердых растворов. Некоторые минералы способны при высоких температурах образовывать изоморфные смеси – твердые растворы, нестабильные при более низких температурах. При понижении температуры в твердом состоянии происходит распад изоморфной смеси с образованием внутри одного минерала вростков другого минерала. Так как оба вещества изоструктурны и составляли единое целое, их взаимная ориентировка также будет закономерной. Типичным примером является высокотемпературный полевой шпат санидин (K, Na)[AlSi3O8]. При понижении температуры он распадается с образованием микроклина K[AlSi3O8] и альбита Na[AlSi3O8]. Альбит образует уплощенные вростки, называемые пертитами.