Камни и минералы содержат ценные подсказки о том, как на протяжении миллиардов лет формировалась и развивалась наша планета Земля. Но в чём разница между ними?
По сути, горные породы представляют собой агрегаты двух и более минералов. Минералы же представляют собой твёрдые тела, которые, за некоторыми исключениями, такими как алмазы, не содержат углерода и расположены в упорядоченной, повторяющейся «кристаллической структуре».
«Минералы — это, по сути, строительные блоки горных пород, — рассказала Live Science Эрика Андерсон (Erika Anderson), почётный куратор минералогии и петрологии в Хантерианском музее Университета Глазго в Шотландии. — Это похоже на атомы в молекуле, поэтому минералы — это атомы.»
По данным Геологической службы США (USGS), каждый тип минерала имеет уникальную кристаллическую структуру, которая определяется его химическим составом и определяет набор физических свойств, таких как твёрдость, цвет или магнетизм. Например, галит — природная форма хлорида натрия (NaCl), из которого изготавливают поваренную соль, — представляет собой мягкий минерал, образующий прозрачные кристаллические фрагменты кубической формы. Различные минералы, такие как арагонит (CaCO3) и кальцит (CaCO3), могут иметь одинаковый химический состав, но их кристаллическая структура и физические свойства различаются в зависимости от того, как каждый из них образовался.
«Для каждого минерала существует определённый способ, как эти атомы связываются между собой, — сказала Андерсон. — Некоторые минералы содержат точно такие же элементы, но они связаны по-разному, что делает их различными минералами.»
По словам Андерсон, хорошим примером минерала является кварц, который встречается по всему миру и в различных породах, таких как гранит и кварцит. Кварц состоит из химических элементов кремния и кислорода и имеет химическую формулу (SiO2). В чистом виде минерал бесцветен, но примеси могут либо сделать кристаллы кварца непрозрачными, либо окрасить их в розовый, фиолетовый, жёлтый или коричневый цвет.
По состоянию на май 2024 года Международная минералогическая ассоциация — научный орган, ответственный за идентификацию, одобрение и наименование минералов, — перечислила 6050 видов минералов. Эксперты различают минералы на основе их кристаллической структуры, то есть особого способа расположения их атомов или элементов.
В то время как некоторые минералы, такие как галит, имеют относительно простую кристаллическую структуру, другие могут содержать 10 и более элементов, например хомяковит и георгбарсановит.
«Мы постоянно открываем новые минералы, потому что исследуем территории, где могут быть условия, о которых мы не знали», — сказала Андерсон.
Круговорот/цикл горных пород
Существует три основных типа горных пород — изверженные, осадочные и метаморфические — с различным минеральным составом в зависимости от места и способа их образования.
Изверженные породы образуются при застывании магмы как глубоко внутри Земли, так и на поверхности после вулканического извержения. Как указал Ричард Бевинс (Richard Bevins), почётный профессор геологических наук в Университете Аберистуит в Великобритании, в интервью Live Science по электронной почте:
«В этих породах содержится ограниченное количество минералов, которые кристаллизуются, так называемые общие минералы, образующие породы, включая полевой шпат, оливин, пироксен, слюду, кварц и амфибол.»
Изверженные породы могут подвергаться высокой температуре и давлению, или воздействию жидкостей, которые изменяют их минеральный состав. Когда их минеральный состав изменяется, породы считаются метаморфическими, примерами которых являются филлит, сланец, кварцит и мрамор. Изверженные и метаморфические породы на поверхности Земли неизбежно эродируются и разрушаются под воздействием ветра и воды. Образующиеся фрагменты транспортируются и образуют отложения, которые затвердевают в новые породы, называемые осадочными.
«Осадочные породы в основном состоят из минералов, присутствующих в породах, которые эродировались для образования осадка», — сказал Бевинс.
В общем, процесс, посредством которого горные породы постоянно перерабатываются и трансформируются геологическими процессами, известен как цикл горных пород.
Некоторые породы являются мономинеральными, то есть содержат только один минерал. Например, известняк представляет собой осадочную горную породу, состоящую исключительно из минерала кальцита (CaCO3). Ледниковый лёд также представляет собой разновидность горной породы, состоящей из кристаллов воды.
В 2014 году учёные предложили назвать новый тип породы, образовавшейся в результате пластикового загрязнения, — пластигломерат. Команда обнаружила, что пластик, засоряющий пляж на Гавайях, расплавился и склеил естественные отложения, образовав камнеподобные комки. По словам исследователей, как и привычные камни, эти пластигломераты могут навсегда остаться в геологической летописи и стать тем фрагментом истории Земли, во время которого мы сейчас с вами и живём.
