Минералогия с основами кристаллографии

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»:
Проректор по учебной работе
_______________________ /Л.М. Волосникова/
__________ _____________ 201__г.
МИНЕРАЛОГИЯ С ОСНОВАМИ КРИСТАЛЛОГРАФИИ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов, обучающихся по специальности 020306.65 «Экологическая геология».
Форма обучения очная
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор (ы) работы ________________/В.Д. Старков/
«______»___________201__г.
Рассмотрено на заседании кафедры физической географии
Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем ________стр.
Зав. кафедрой Хорошавин В.Ю.
«______»___________ 201__ г
и
Рассмотрено на заседании УМК эколого-географического факультета
Соответствует ГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК _____________/С.И. Ларин/
«______»_____________201__ г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Зав. методическим отделом УМУ_____________/С.А. Федорова/
«______»_____________201__ г.
экологии.
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Эколого-географический факультет
Кафедра физической географии и экологии
Старков В.Д.
МИНЕРАЛОГИЯ С ОСНОВАМИ КРИСТАЛЛОГРАФИИ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов, обучающихся по специальности 020306.65 «Экологическая геология».
Форма обучения очная
Тюменский государственный университет
2010 г.
Старков В.Д.. Минералогия с основами кристаллографии. Учебно-методический
комплекс. Рабочая программа для студентов, обучающихся по по специальности
020306.65 «Экологическая геология». Форма обучения очная. Тюмень, 2010, 11 стр.
Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ: Минералогия с
основами кристаллографии. Режим доступа: http://www.umk.utmn.ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой физической географии и экологии. Утверждено
проректором по учебной работе Тюменского государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий кафедрой физической географии и
экологии к.г.н., доцент Хорошавин В.Ю..
© Тюменский государственный университет, 2010.
© Старков В.Д., 2010
1. Пояснительная записка.
Минералами называются однородные по составу и строению кристаллические
вещества, образовавшиеся в результате природных физико-химических процессов и
являющиеся состаными частями горных пород и руд.
Практическое значение минералогии очень велико. Во всех отраслях народного
хозяйства используются различные полезные ископаемые. Огромное значение имеет
добыча и переработка руд черных, цветных и редких металлов, а также неметаллических
полезных ископаемых, таких как асбест, слюда, графит, соли, фосфориты, различные
строительные материалы, флюсы и огнеупоры. Все металлические и неметаллические
полезные ископаемые состоят из минералов.
Наука минералогия изучает морфологию, химический состав, внутреннюю
структуру минералов. Не меньшее значение имеет определение физических свойств
минералов, что важно для их диагностики. И, наконец, минералогия изучает
происхождение минералов (генезис) и закономерности их распространения в природе.
Знание минералогии важно для последующего освоения материала в курсах
«Геотектоника», «Минеральные ресурсы России и Мира» и др.
В результате освоения ООП выпускник должен обладать следующими компетенциями
• Иметь современные представления о минералах и их классификации.
• Владеть базовыми знаниями о составе земной коры и ее формировании в истории
Земли.
•Иметь профессионально профилированные знания о минералах, связанных с теми
или иными комплексами горных пород.
. • Знать теоретические основы генезиса минералов..
•Уметь применять базовые теоретические знания минералогии в прикладных
геологических исследованиях.
2. Структура и трудоемкость дисциплины.
Семестр 1. Форма промежуточной аттестации: зачет. Общая трудоемкость
дисциплины составляет 90 часов, в том числе 18 час. лекций, 36 час. лаборат. занятий, 36
часов самост. работа.
3. Тематический план.
Таблица 1.
Тематический план
1
2
3
4
Семинарские
(практические)
занятия*
Лабораторные
занятия*
Самостоятельн
ая работа*
1
Виды учебной работы и
самостоятельная работа, в
час.
Лекции*
Тема
недели семестра
№
5
6
7
2
Модуль 1
Симметрия кристаллов.
3
4
1
2
4
Формы реальных кристаллов.
Морфология кристаллов
Морфология минеральных агрегатов
Всего
Модуль 2
2
3
4
1
1
1
5
4
8
Итого
часов
по
теме
Итого
количество
баллов
8
9
0 - 10
1
2
2
5
0 -10
0 -5
0 -5
0 -30
1
2
3
1.
2
3
4
5
Макроскопические методы изучения
5
минералов.
Микроскопические методы изучения
6
минералов.
Физические свойства минералов
7
Всего
Модуль 3
Важнейшие породообразующие минералы 8
Важнейшие рудные минералы.
9
Характеристика Самородных элементов, 10сульфидов, окислов и гидроокислов.
14
.Характеристика солей кислородных
15
кислот, галоидов.
Характеристика силикатов
16
Всего
Итого (часов, баллов)
Курсовая работа
1
4
1
0 -5
1
4
1
0 -10
1
3
4
12
3
5
0 -15
0 -30
2
2
2
4
4
4
6
6
0 -5
0 -5
0 -10
2
4
4
0 -10
4
10
18
2
16
36
6
26
36
0 -10
0 -40
0 – 100
0 – 100
Таблица 2.
0-1
0-2
0-2
0-2
0-2
0-2
0-2
0-1
0-2
0-2
-
0-1
0-1
0-2
0-1
0-1
0-2
-
0-2
0-2
0-1
-
0-2
0-2
0-2
-
0-2
-
0-1
0-2
0-2
-
0-2
-
0-1
0-1
0-2
-
0-2
-
0-1
0-2
-
0-2
0-2
0-1
0-2
-
0-1
0-2
-
0-2
0-1
0-1
0-1
0-1
0-1
-
0-2
0-2
0-1
другие
формы
программы
компьютерн
ого
комплексны
тестировани
е
я
ситуационн
ые задания
электронны
е практикум
0-1
0-2
0-2
Информац
ионные
системы и
технологи
и
эссе
0-1
0-1
0-2
Технические
формы
контроля
реферат
0-1
0-1
-
тест
0-1
0-1
контрольная
работа
0-1
0-1
0-1
лабораторна
я работа
собеседован
ие
0-1
0-1
ответ на
семинаре
коллоквиум
ы
Модуль 1
1.
2.
3
4
Всего
Модуль 2
1.
2.
3
Всего
Модуль 3
1
2
3
4
5
Всего
Итого
Письменные работы
Устный опрос
Итого количество баллов
Виды и формы оценочных средств в период текущего контроля
№ темы
0-2
-
0-7
0-7
0-7
0-9
0 -30
0-2
-
0 - 11
0-8
0 - 11
0 -30
-
0-8
0-8
0-8
0-8
0-8
0 -40
0 – 100
0-2
-
Таблица 3.
Планирование самостоятельной работы студентов
№
Модули и темы
Модуль 1
1.1 Симмметрия кристаллов
1.2
Формы реальных
кристаллов
1.3
Морфология кристаллов
1.4
Морфология
минеральных агрегатов
Виды СРС
обязательные
Изучение
учебной
литературы
Изучение
учебной
литературы
Изучение статей
в журнале
«Петрология»
дополнительные
Микроскопические
методы изучения
минералов
2.3
Физические свойства
минералов
Кол-во
баллов
0 -10
Работа с моделями
кристаллов
2
1
0 -10
Работа с моделями
кристаллов
3
2
0 -5
Изучение научных
статей в журнале
«Литосфера»
4
2
0 -5
5
0 -30
5
1
0 -5
6
1
0 -10
7
3
0 -15
Изучение
методической
литературы
Изучение учебной
минералогической
коллекции
Всего по модулю 2:
Объем
часов
1
Всего по модулю 1:
Модуль 2
2.1 Макроскопические
методы изучения
минералов
2.2
Неделя
семестра
0 -30
Модуль 3
3.1
Важнейшие
породообразующие
минералы
Изучение
методических
пособий по
минералогии
8
4
0 -5
3.2
Важнейшие рудные
минералы
Изучение
коллекций
9
6
0 -5
3.3
Характеристика
самородных элементов,
сульфидов, окислов и
гидроокислов
Характеристика солей
кислородных кислот и
галоидов
Изучение
коллекций
10-14
6
0 -10
Изучение коллекций
минералов
15
4
0 -10
Изучение коллекций
минералов
16
6
0 -10
26
36
0 -40
0 -100
3.4
3.5
Характеристика
силикатов
Всего по модулю 3:
ИТОГО:
4. Содержание дисциплины.
Тема 1. Симметрия кристаллов.
Тема 2. Формы реальных кристаллов.
Тема 3. Морфология кристаллов. По облику кристаллы делятся на изометричные
(например, гранат, флюорит, пирит, магнетит ), вытянутые в двух направлениях
(например, молибденит, биотит, мусковит, хлорит, тальк ) и вытянутые в одном
направлении ( например, берилл, апатит, пироксен, кварц ).
К морфологическим особенностям, могущим служить в качестве диагностических
признаков, относятся также простые и полисинтетические двойники, параллельные
сростки и штриховка на гранях кристаллов.
Тема 4. Морфология минеральных агрегатов. К главным разновидностям минеральных
агрегатов относятся:
а) друзы и щетки (горный хрусталь, пирит, кальцит),
б) сплошные массы (кварц),
в) зернистые массы (апатит),
г) землистые массы (псиломелан, лимонит),
д) дендриты (самородная медь, гидроокислы марганца и железа),
е) натеки ( кальцит, арагонит, гетит),
ж) оолиты (минералы боксита и лимонита),
з) сферолиты и конкреции (марказит),
и) секреции (агат)
Тема 5. Макроскопические методы изучения минералов.
Тема 6. Микроскопические методы изучения минералов.
Тема 7. Физические свойства минералов
Цвет. Окраска минералов по происхождению может быть идиохроматическая,
аллохроматическая и псевдохроматическая.
Идиохроматическая окраска обусловлена наличием в химическом составе
минералов элементов-хромофоров (красителей). Так двухвалентное железо придает
минералам зеленый (пироксен, эпидот), а трехвалентное - красный (лимонит, гранат) цвет.
Яркозеленая окраска может быть обусловлена присутствием двухвалентной меди
(малахит).
Аллохроматическая окраска зависит не от присутствия в составе минерала
элементов - хромофоров, а от различных механических примесей(морион, цитрин,
аметист и др.).
Псевдохроматическая окраска - ложная, кажущаяся. Она объясняется
интерференцией световых волн на плоскостях спайности (лабрадор, лунный камень) или
побежалостью (халькопирит, пирит).
Черта. Это цвет минерала в порошке, который часто не совпадает с цветом минерала в
куске. Например, цвет пирита желтый, а черта его черная, окраска гематита черная, а цвет
его черты вишневый. Бесцветные минералы имеют светлоокрашенную черту, минералы с
металлическим блеском - темную. Черту получают путем прочерчивания минералом по
неглазурованной поверхности фарфора.
Блеск. В минералогии различают четыре главных разновидности блеска : стеклянный
(кварц, галит, флюорит), алмазный (алмаз, сфалерит, аурипигмент), полуметаллический
(хромит) и металлический (пирит, халькопирит, магнетит и др.). Кроме того употребляют
и другие названия блеска : жирный (нефелин), матовый (агат), шелковистый (хризотиласбест), перламутровый (кальцит).
Твердость. Чаще всего пользуются относительной твердостью, которая определяется с
помощью шкалы Мооса, состоящей из десяти минералов - эталонов.
Спайность. Это способность минералов раскалываться при ударе на пластинки с
прямолинейными ограничениями. Спайность бывает : совершенная ( слюды, тальк,
кальцит ), средняя (одно из направлений в полевых шпатах ) и несовершенная ( нефелин ).
Магнитность. По степени магнитности минералы делятся на три категории : сильно
магнитные ( притягиваются магнитом и действуют на магнитную стрелку ), слабо
магнитные ( действуют на магнитную стрелку только после прокаливания в
восстановительном пламени ) и немагнитные. Цвет. Окраска минералов по
происхождению может быть идиохроматическая, аллохроматическая и
псевдохроматическая.
Идиохроматическая окраска обусловлена наличием в химическом составе
минералов элементов-хромофоров (красителей). Так двухвалентное железо придает
минералам зеленый (пироксен, эпидот), а трехвалентное - красный (лимонит, гранат) цвет.
Яркозеленая окраска может быть обусловлена присутствием двухвалентной меди
(малахит).
Аллохроматическая окраска зависит не от присутствия в составе минерала
элементов - хромофоров, а от различных механических примесей(морион, цитрин,
аметист и др.).
Псевдохроматическая окраска - ложная, кажущаяся. Она объясняется
интерференцией световых волн на плоскостях спайности (лабрадор, лунный камень) или
побежалостью (халькопирит, пирит).
Черта. Это цвет минерала в порошке, который часто не совпадает с цветом минерала в
куске. Например, цвет пирита желтый, а черта его черная, окраска гематита черная, а цвет
его черты вишневый. Бесцветные минералы имеют светлоокрашенную черту, минералы с
металлическим блеском - темную. Черту получают путем прочерчивания минералом по
неглазурованной поверхности фарфора.
Блеск. В минералогии различают четыре главных разновидности блеска : стеклянный
(кварц, галит, флюорит), алмазный (алмаз, сфалерит, аурипигмент), полуметаллический
(хромит) и
металлический (пирит, халькопирит, магнетит и др.). Кроме того употребляют и другие
названия блеска: жирный (нефелин), матовый (агат), шелковистый (хризотил-асбест),
перламутровый (кальцит).
Твердость. Чаще всего пользуются относительной твердостью, которая определяется с
помощью шкалы Мооса, состоящей из десяти минералов - эталонов.
Спайность. Это способность минералов раскалываться при ударе на пластинки с
прямолинейными ограничениями. Спайность бывает: совершенная (слюды, тальк,
кальцит), средняя (одно из направлений в полевых шпатах) и несовершенная (нефелин).
Магнитность. По степени магнитности минералы делятся на три категории: сильно
магнитные
(притягиваются магнитом и действуют на магнитную стрелку), слабо магнитные
(действуют на магнитную стрелку только после прокаливания в восстановительном
пламени ) и немагнитные.
Тема 8. Важнейшие породообразующие минералы. Минералы, входящие в состав горных
пород, называются породообразующими и классифицируются по происхождению,
количеству и химическому составу.
По происхождению выделяют минералы магматические, метаморфические,
осадочные, а также минералы коры выветривания.
К типичным магматическим минералам, т.е. выкристаллизовавшимся из магмы,
относятся, например, пироксены и нефелин. Примерами метаморфических минералов
могут служить серпентин и хлорит. Только осадочным путём возникают галит и сильвин.
Минералы коры выветривания представлены в основном каолинитом и другими водными
алюмосиликатами, формирующимися за счет разложения полевых шпатов, а также
гидроокислами железа и марганца. Многие минералы имеют гетерогенное
происхождение. Например, кварц, полевые шпаты, амфиболы появляются при
магматическом и метаморфическом процессах.
По количеству выделяют главные и второстепенные (акцессорные)
минералы. Главные минералы присутствуют в породе в количестве более 2 %, а
второстепенные занимают объём ниже этого предела.
По химическому составу породообразующие минералы делятся на салические
(светлоокрашенные) и фемические (темноокрашенные). Окраска их целиком зависит от
наличия в них элементов-хромофоров и в первую очередь двухвалентного железа.
Салические минералы: кварц, полевые шпаты, нефелин, мусковит. Фемические минералы:
оливин, пироксены, амфиболы, биотит. Ниже кратко рассмотрены главные
диагностические признаки этих и некоторых других минералов, входящих в состав
горных пород.
К в а р ц распознаётся прежде всего по отсутствию спайности, раковистому излому,
высокой твердости, стеклянному блеску, хорошей сохранности в условиях метаморфизма
и выветривания. Нередко в изломе он имеет серую окраску и поэтому может быть принят
за темноцветный минерал. Порфировые выделения кварца имеют форму гексагональной
дипирамиды, либо округлую изометричную форму. Кварц встречается в породах любого
генезиса.
П о л е в ы е ш п а т ы узнаются по хорошо выраженной спайности. В изломе они
дают блестящие плоскости, что является первым отличием их от кварца, с которым
полевые шпаты могут быть близки по окраске. В некоторых зернах полевых шпатов
можно заметить два взаимно перпендикулярных направления спайности. С полевыми
шпатами могут быть схожи карбонаты. В таких случаях надо проверять твёрдость
(карбонаты легко царапаются ножом ).
В породах полевые шпаты встречаются в виде таблитчатых и призматических
кристаллов или зерен неправильной формы.
По химическому составу полевые шпаты делятся на калиевые и плагиоклазы.
Несмотря на исключительную важность диагностики состава полевых шпатов,
макроскопически это сделать не всегда удаётся, нередко приходится ограничиваться
общим определением: "полевой шпат". Особенно часто с этим приходится сталкиваться
при изучении неизмененных эффузивов. В них плагиоклазы и калиевые полевые шпаты
бесцветны и прозрачны, поэтому практически неотличимы. В таких случаях приходится
привлекать микроскопические методы диагностики.
Плагиоклазам свойственны следующие особенности, отличающие их от калиевых
полевых шпатов:
а) полисинтетическая двойниковая штриховка на плоскостях спайности,
б) некоторые плагиоклазы основного состава имеют почти черный цвет и
синеватый отлив на плоскостях спайности за счет цветов интерференции, что объясняется
тончайшими вростками пластинок ильменита,
0
в) при метаморфизме в условиях низких температур (не выше 400 С) под
действием воды анортит, входящий в состав плагиоклаза, легко разлагается, давая новый
минерал - цоизит, придающий плагиоклазам зеленоватый оттенок.
Калиевые полевые шпаты в свежем виде по белой, серой или светло-серой окраске
неотличимы от плагиоклаза. Однако в зернах калиевых полевых шпатов можно наблюдать
лишь простые двойники (срастаются два индивида), тогда как в плагиоклазах они
полисинтетические (срастаются несколько индивидов).
При вторичных изменениях калиевые полевые шпаты приобретают красноватую и
желтоватую окраску, по которой они отличаются от измененных плагиоклазов, имеющих
зеленоватый оттенок.
Н е ф е л и н в изломе похож на кварц, с которым его часто путают. Отличается он
от кварца жирным блеском, а в некоторых случаях
красноватой окраской (уральская разновидность). Нефелин с Кольского полуострова
имеет зеленоватую окраску. Второе отличие нефелина от кварца - более низкая твердость.
О л и в и н обычно встречается в виде мелких изометричных округлых зёрен. В
свежем состоянии он имеет темно-серую окраску иногда со слабым зеленоватым
оттенком. Оливин отличается от других темноцветных минералов отсутствием спайности.
Он легко подвергается серпентинизации, благодаря чему приобретает матовый блеск и
почти черную окраску. Если на образец серпентинизированной оливиновой породы
дохнуть, то свежие зёрна оливина отчетливо появятся на матовом чёрном фоне образца.
При выветривании породы, содержащие
оливин, приобретают бурую окраску.
П и р о к с е н ы и а м ф и б о л ы - тёмноцветные минералы внешне похожие
друг на друга. При диагностике образцов используют следующие признаки отличия
пироксенов от амфиболов : а) угол между двумя направлениями спайности у амфиболов
0
0
близок к 120 , а у пироксенов - к 90 , б) облик кристаллов у амфиболов обычно
длиннопризматический, у пироксенов - короткопризматический.
Б и о т и т (чёрная слюда) распознаётся по пластинчатой форме зёрен,
совершенной спайности в одном направлении, сильному блеску на плоскостях спайности,
низкой твёрдости. При вторичных изменениях биотит зеленеет, замещаясь хлоритом, или
светлеет, превращаясь в мусковит.
М у с к о в и т (белая слюда) распознаётся по тем же признакам, что и биотит. От
последнего отличается белым цветом.
Х л о р и т - зелёный минерал, характеризующийся совершенной спайностью в
одном направлении. При изломе расщепляется на гибкие и неупругие (в отличие от слюд)
листочки.
С е р п е н т и н - минерал с пятнистой окраской в зеленоватых тонах, жирным,
иногда шелковистым блеском и низкой твёрдостью (чертится ножом).
Г р а н а т ы чаще всего встречаются в виде отдельных изометричных кристаллов
кубической сингонии бурого или тёмно-красного цвета. Для них характерны отсутствие
спайности и высокая твёрдость.
Г и п с и а н г и д р и т - светло-серые или белые минералы, иногда с голубым
или синим оттенком. Оба обладают низкой твёрдостью, но ангидрит несколько твёрже
гипса (гипс чертится ногтем, ангидрит - нет). Гипс часто образует волокнистые агрегаты
(селенит).
К а о л и н и т и м о н т м о р и л л о н и т - бесцветные глинистые минералы с
матовым блеском, землистым изломом и малой твёрдостью. Монтмориллонит отличается
от других глинистых минералов способностью поглощать жидкости, увеличиваясь при
этом в объёме в несколько раз. Поэтому глинистые породы, содержащие этот минерал,
сильно разбухают от воды.
К а л ь ц и т - бесцветный или белый минерал с хорошо выраженной спайностью
по трём направлениям и стеклянным блеском. Для него характерна бурная реакция с
соляной кислотой.
Д о л о м и т - светло-серый, реже белый или жёлтый минерал с совершенной
спайностью как у кальцита. С соляной кислотой реагирует лишь в порошке, что является
хорошим отличительным признаком его при полевых определениях.
Тема 9. Важнейшие рудные минералы.
Тема 10. Характеристика Самородных элементов, сульфидов, окислов и гидроокислов.
Тема 11. Характеристика солей кислородных кислот, галоидов.
Тема 12. Характеристика силикатов
5. Планы семинарских занятий
Тема 1. Типы химической связи в минералах.
Тема 2. Структурв силикатов.
Тема 3. Парагенезис и его значение в минералогии.
6. Темы лабораторных работ (лабораторный практикум)
Тема 1. Изучение породообразующих минералов магматических горных пород.
Тема 2. Изучение породообразующих минералов осадочных и метамолрфических горных
пород.
Тема 3. Изучение рудных минералов.
7. Учебно - методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Самостоятельная работа студентов проводится в читальном зале библиотеки, где
имеются учебники и учебные пособия по кристаллографии и минералогии, тематические
сборники статей, а также журналы «Петрология» и «Литосфера» и другая методическая и
научная литература.
8. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Основная
1. Бетехтин А.Г. Минералогия. М.: Изд. МГУ. 2010. 670 с.
2. Старков В.Д., Тюлькова Л.А. Геология и геоморфология. Тюменский дом печати. 2004.
384 с.
Дополнительная
1. Миловский А.В., Кононов О.В. Минералогия. М.: Высшая школа, 1982.
2. Петрография. М.: Изд-во МГУ, 1976. Т.1,2,3.
9. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины
Петрографические микроскопы.