Морфология и онтогения минералов

Включения в кристаллах / Inclusions in crystals

     ---------------&---------------

     Морфологическая особенность кристаллов - различная способность к поглощению примесей, образованию дефектов и адсорбированию вещества гранями различных простых форм. Включения в кристаллах - трёхмерные дефекты кристалла, существенно превышающие параметры элементарной ячейки. Во время своего роста кристалл взаимодействует не только с питающим его раствором, но также с попадающими на его грани механическими частицами или другими кристаллами, находящимися на пути его роста. При этом может произойти отталкивание или захват, обрастание или огибание препятствия. При захвате в кристалле образуются включения. К включениям в кристаллах относятся также двойниковые, политипные или полиморфные прослойки.
     Если подойти к вопросу в целом, то включения в кристаллах бывают гомогенные - однофазные (твердые, жидкие или газообразные), и гетерогенные - многофазные. Происхождение их бывает: протогенетическое, или реликтовое (остаточные твердые фазы, среди которых рос кристалл; ранние образования, захваченные им при росте); сингенетическое (включения растут одновременно с кристаллом); эпигенетическое (образуются в уже сформированных кристаллах). Кристаллические включения могут иметь хорошо выраженные грани (идиоморфные), могут быть округлыми и частично растворёнными либо замещёнными (ксеноморфные) и могут быть нарушенными. Флюидные включения могут состоять из жидкости или газа, занимающих внутренние полости в кристалле. Эти полости иногда ограничены плоскими гранями, отвечающими простым формам с наибольшей ретикулярной плотностью, образующими «отрицательные кристаллы», но чаще жидкие, газовые и газово-жидкие включения имеют неправильную форму. Визуально состав жидкости определить нелегко, но это могут быть вода, двуокись углерода или остаток первоначального материнского раствора, в котором рос кристалл. Часто встречаются двухфазные включения с пузырьком газа в жидкости, и весьма редко - две несмешивающиеся жидкости. Газовые включения могут находиться в кристалле как таковые, либо образовывать пузырьки в жидких включениях; может также присутствовать и третья фаза - твёрдые кристаллические частицы в жидких включениях.
     Реликтовые включения представляют собой зёрна и кристаллы более ранних минералов, которые играли роль механических препятствий при росте кристалла, т.е. это механические примеси. Иногда они в виде присыпок или «пыли» садятся на обращённые кверху грани кристалла, сверху на них нарастают новые частицы - так образуются «фантомы», когда зоны скоплений инородных частиц маркируют зоны роста кристаллов. Каждый такой «налет» отвечает смене условий кристаллизации. Широко распространён в природе кварц с обильными включениями игольчатых кристаллов рутила ("волосатик") и чёрного турмалина, волокнистые разновидности актинолита и тремолита (биссолит) нередко образуют хаотичные включения в кристаллах горного хрусталя (т.наз. актинолитовый кварц-волосатик), берилла, топаза и других минералов. Пойкилитовые кристаллы и метасомы - это частные случаи реликтовых включений.
     Сингенетические (первичные) включения - это захваченные частички среды, в которой рос кристалл. Они могут быть твердыми, жидкими, газообразными. Они бывают гомогенными, т.е. состоящими только из одной фазы, или гетерогенными, состоящими из нескольких фаз. Группы и скопления сингенетических точечных включений могут образоваться в кинетическом режиме при загрязнении поверхности примесями за счёт адсорбции в условиях пониженных пересыщений. Сингенетические флюидные площадные включения в кристаллах под гранями могут образоваться в диффузионном режиме кристаллизации при повышенных пересыщениях и недостаточно интенсивном перемешивании. Содержание растворённых газов и минеральных веществ различается как между включениями, так и между объемом раствора и включениями.
     Первичные включения в кристалле фиксируют направления роста его граней, рёбер или вершин, а вторичные - ориентировку трещин, которые всегда пересекаются между собой.
     Эпигенетические включения в кристаллах могут образоваться при залечивании трещин, при монокристаллическом замещении, при усадке и формировании новых кристаллов в ходе твёрдофазового преобразования, при неравномерном скольжении кристалла с возникновением микрополостей. Наиболее часто наблюдаемые в кристаллах эпигенетические включения образуются по трещинам кристалла или при частичном зарастании каналов роста. Обычно они образуются из растворов, проникающих по трещинкам в кристалле после его образования, и консервируются по ходу залечивания трещины. В одном кристалле нередко наблюдается несколько пересекающихся систем залеченных трещин, что свидетельствует о разном времени их образования.
     Метаморфогенные включения не являются представителями минералообразующих сред, но дают информацию об условиях метаморфизма.

     При исследовании включений в алмазах установлено, что находящиеся внутри кристаллов алмаза более мелкие кристаллики алмаза всегда имеют форму острореберных гладкогранных или с пластинчато-ступенчатым строением граней октаэдров. Ни разу не наблюдались включения в форме округлых кристаллов или окта­эдров с округлыми ребрами и треугольными углублениями на гранях. Это косвенно свидетельствует о том, что округлые формы являются вторичными и образуются в процессе растворения алмаза. Находящиеся внутри кристаллов алмаза кристаллики защищены от: растворения и сохраняют свою первоначальную форму роста. Это хорошо подтверждается также такими случаями, когда часть включенного кристаллика обнажается на поверхности кристалла-хозяина; при этом на вскрытой части кристалла вместо острых ребер бывают видны кривогранные поверхности, а на скрытой внутри - наблюдаются совершенные плоские грани, острые вершины и ребра. Все минералы, находящиеся в кимберлитах совместно с алмазами и встречающиеся в них в виде включений (оливин, пироп, хромшпинелид и др.), не имеют обычных для них плоскогранных форм кристаллов, а представлены округлыми неправильными зернами с резорбированной поверхностью, что является результатом: их растворения. Правильные плоскогранные кристаллы этих минералов наблюдаются только во включениях в самих алмазах, предохранивших их от влияния процесса растворения.

     При своем росте кристаллы могут проявлять удивительное свойство - по-разному взаимодействовать с посторонним частицам, избирательно отталкивая растущими гранями одни из них и поглощая (всесторонне обрастая) другие - кристаллы одного и того же минерального вида в разных условиях не одинаково относятся к посторонним телам, развиваясь среди полиминерального окружения, кристаллы могут разделять примеси. Если же захват осуществляется периодически, то включения располагаются в кристалле зонально («зональный рост»), и тем самым часто выявляется анатомия кристалла. Растущий минерал захватывает включения разными элементами своего ограничения - в одних случаях всей поверхностью всех граней, в иных же - только некоторыми из граней или только одной из развитых в кристалле кристаллографических форм, в то время как остальными гранями посторонние частицы отталкиваются. В других условиях включения захватываются не гранями, а рёбрами, что объясняется особенностями силового поля вдоль рёбер.
     Способность растущего кристалла отталкивать посторонние частицы обусловлена кристаллизационным давлением - рост кристаллов может сопровождаться возникновением кристаллизационного давления, которое при определенных условиях достигает существенных значений. Кристаллизационное давление может достигать 20 - 40 кгс / см2, зависит от пересыщения, кристаллографической ориентировки относительно препятствия и материала обрастаемого кристаллом препятствия. Кристаллизационным давлением называется максимально возможное при данном пересыщении (или переохлаждении) давление грани на препятствие. Численно оно равно предельному давлению груза на «закрытую» грань площадью 1 см2, при котором прекращается её рост. Кристаллизационное давление приложено только к препятствию и, следовательно, является однофазным.

     В генетическом и эстетическом плане особый интерес представляют случаи совместно-одновременного роста частично захваченных кристаллов-включений  и кристалла-хозяина, при этом строение образующихся агрегатов во многом определяется соотношением относительных скоростей роста. Захваченные кристаллом в качестве включений минералы в дальнейшем могут сохраняться в неизменном виде или (реже) претерпевать изменения - частично или полностью замещаться кристаллом-хозяином (иногда с образованием «теневых» или реликтовых форм), растворяться с образованием наследующих их форму пустот, или псевдоморфно замещаться другими минералами. Часто обильные мелкие включения других минералов придают кристаллам разнообразные не свойственные данному минералу окраски.
     Изучая включения в минералах, минералоги получают информацию об условиях кристаллизации минералов - температуре, давлении, динамике изменений свойств среды, а также о последовательности выделения минералов. Включения - важный источник информации об условиях и механизмах кристаллогенеза и постростовых процессов для минералогических реконструкций, для онтогении и филогении минералов.

Тонко-игольчатый биссолит (разн. актинолита) и кварц с включениями биссолита. Пакистан

Включения кристаллов серы в гипсе, 7 см. Гаурдак, Ср.Азия. Коллекция и фото © В.А.Слётов

Гипс с включениями кристаллов серы_Гаурдакский р-к, Вост.Туркмения. Более 15 см. Минер. музей им. Ферсмана Фото: © А.А.Евсеев

Рутил в кристалле кварца, 6 см. Бразилия. Коллекция и фото © В.Слётов

Рутил, включения в крупных кристаллах кварца ("волосатик"). Бразилия, экспонаты ярмарки "Гемма", 2009 г. Фото © В.Слётов

Гетит, включения совместного роста в бледном аметисте, и красный гематит справа внизу. Бразилия.

Гетит, включения совместного роста в кварце (часто выдаваемые торговцами за какоксенит). Бразилия.

Кварц с включениями турмалина и мусковита. Бразилия. 6-7 см. Гемма-2011. Фото: © А.Евсеев

Включения альмандина в мусковите. 7.3 x 0.1 см. Spruce Pine District, Сев. Каролина, США. Фото: Rob Lavinsky / iRocks.com

Включения лепидокрокита (или гематита, точно не установлено) и хлорита в кварце. Мадагаскар. Микрофото полированного среза

Включения гематита в кварце, формы совместного одновременного роста. Бразилия. Микрофото полированного среза

Включения гематита в кварце, формы совместного одновременного роста кристалла и включений. Бразилия. Полированный срез, поле 7 мм.

Включения актинолита в берилле. Фото © Anthony de Goutiere

Включения биотита в оливине. Фото © Anthony de Goutiere

Лабрадорит с чёрными включениями ильменита, упорядоченными в соответствии со структурой полевого шпата. Мадагаскар. Фото:.sidcuplapminsoc.org.uk

Включения совместного роста халькопирита в кристалле кальцита. Faraday mine, Ontario, Canada

Кристалл берилла в кристалле кварца, избирательно захваченный кварцем при росте. Кара-Оба, Центр. Казахстан. Длина берилла 6 см. Образец: В.А.Криков. Фото: © М.Б.Лейбов, из журн. "Мир камня \ World of Stones", 1994, № 4, с.18

Кристаллы кальцита с включениями малахита. Бисби, Аризона, США. Фото: R.Weller/Cochise College

Включения антраксолита в кристалле кварца. Cong Ly, пров. Хунань, Китай. 3.5 х 2.5 см.

Кварц с двухфазными включениями углеводородов - нефти, битума и природного газа. Белуджистан, Пакистан. Кристалл 1.7 см. Фото: Luciana Barbosa

Дюмортьерит в кварце. Штат Баия, Бразилия /Vaca Morta quarry, Serra da Vereda, Boquira, Bahia  Фото: Jeff Scovil, источник: betweenarockandaheartyplace.blogspot.ru

Пучки расщеплённых игольчатых кристаллов гётита в кварце. Бразилия

Червеобразные включения изогнутых кристаллов зелёного хлорита и других минералов в кварце

Кристалл оливина (перидота) 1.8х1.2 см. с игольчатыми включениями людвигита. Сапат-Гали, Пакистан. Образец и фото: © О. Лопаткин

Кристалл кварца 3 см, с игольчатыми включениями гематита. Плато Шакыр-Тас, р-н пос. Белые Воды у г. Чимкент, Казахстан. Фото: © "Русские минералы" (www.rusmineral.ru)