Плотность пород

Минералоги выясняют вид камня по плотности и твердости. На раскопках залежей используют второй способ, предложенный Ф. Моосом.

Плотность камня ― это соотношение его веса с массой воды такого же объема. Определяется в лабораториях гидростатическим взвешиванием либо погружением в тяжелую воду (насыщенная жидкость HgI2BaI2).

Плотность оценивают по 20-балльной шкале. Камни с показателем 1 и 2 всегда лежат в поверхностных слоях, а со значением выше 10 располагаются в глубине залежей. К последним относят алмаз, сапфировый и рубиновый корунд, другие драгоценные минералы.

Твердость камня ― это степень его сопротивляемости к механическим повреждениям. Для выяснения найденный минерал царапают, сжимают или давят на небольшую площадь.

От чего зависит твердость:

  • спайность кристаллов;
  • внутренняя целостность минерала;
  • процент кварца;
  • вид вторичных примесей;
  • происхождение камня (как он формировался).

Менее твердые те камни, у которых слабее спаяны кристаллы, больше неплотных примесей, есть внутри трещины или иные дефекты. По методу Мооса оценивают примерную спайность, видовую принадлежность, долговечность самоцвета.

При сравнении показателей относительной шкалы Мооса с найденными минералами геологи понимают, каким способом лучше разрабатывать породу. Ювелиры по этим же значениям подбирают инструменты для шлифовки и огранки. Продавцы и покупатели самоцветов определяют его подлинность, долговечность и способы ухода.

Создание и предназначение шкалы Мооса в современной практике

Эта система была создана в начале XIX века немецким геологом, минерологом и изобретателем того времени, Фридрихом Моосом. С тех пор в геологии для определения показателя твёрдости было создано ещё много схожих методик, включая метод Кнупа, Бринеля, Виккерса и Роквела.

Минералы шкалы Мооса, определяемые по твёрдости, распределены в соответствии с относительным целочисленным сравнении. Эта сравнительная характеристика основана на устойчивости образца к царапанию. Существуют популярные методы, которые используют в качестве сравнительной характеристики устойчивость к вдавливанию.

В этих исследовательских методах в качестве инструмента испытания используется индентор, вдавливающийся в исследуемый кусок минеральной породы. При этом производятся доскональные замеры силового показателя давления. Полученные показатели размеров и глубины выемки с учётом силы давления позволяют рассчитать показатели твёрдости.

Но в подобных методах измерения для испытаний используют самые разные технические приспособления и способы расчёта. Поэтому прямое сравнение полученных показателей для различных минералов в различных условиях несопоставимы друг с другом напрямую.

Таким образом, шкала Мооса получила более широкое распространение – сама методика более проста и дешева в плане реализации и более доступна для понимания. С другой стороны, такой тип измерений не способен обеспечить высочайшую степень точности. Тем не менее, она актуальна среди современных геологов, работающих в полевых условиях.

Её часто используют для первичного определения типа минеральных пород при исследовании полученных образцов на месте, когда проведение более сложных тестов затруднительно или невозможно. Именно поэтому результаты измерения твёрдости по шкале Мооса принято называть относительными.

Что такое шкала твердости по Моосу

Фридрих Моос разработал 10-балльную шкалу твердости разных пород. В нее включил 10 минералов эталонной прочности. Чем ниже показатель, тем менее долговечен самоцвет, легче способ его добычи, огранки, трудоемкость работы.

Эталонные образцы Балл по предложению Фридриха Мооса
Алмаз 10 (наивысший)
Корунды (сапфир, рубин, наждак, прочие) 9
Топаз 8
Кварц 7
Полевые шпаты 6
Апатит 5
Плавиковый шпат, флюорит 4
Известняки, кальциты 3
Каменная соль, гипс 2
Тальк 1

Этими самоцветами проверяют плотность кристаллов. Если они не повреждают поверхность, значит, исследуемый экземпляр либо тверже, либо идентичен эталонному образцу.

Предлагаем ознакомиться  Алмаз искусственный: название, производство

Есть самоцветы с промежуточной прочностью, не вошедшие в шкалу Мооса. Показатель записывают дробным или десятичным числом.

Также определяют линейную твердость. Нагрузку на самоцвет делают по траектории одной условной линии пролегания. То есть механически влияют на исследуемую поверхность вдоль, поперек или вглубь кристалла. Значения сверяют не по Моосу, а с абсолютной шкалой.

Показатели шкалы линейной прочности:

  • алмаз ― 1500;
  • корунд ― 400;
  • топаз ― 200;
  • кварц ― 100;
  • ортоклаз, полевой шпат ― 72;
  • апатит ― 48;
  • флюорит ― 21;
  • кальцит ― 9;
  • гипс ― 3;
  • тальк ― 1.

Для полевых условий нет принципиальных отличий между шкалами. Алмазы не повреждаются никаким материалом. На тальке и гипсе остаются следы от ногтя. Корунды царапают топаз. Кварц оставляет следы на оконном стекле. Флюорит и апатит проверяют ножом, а кальцит ― медной пластиной или монетой.

Плотность разрабатываемой породы выполняют карандашами Мооса. Это набор 10 эталонных камней. Образцовый минерал с заостренным краем для удобства закреплен в металлическом стержне. Каждый карандаш промаркирован от 1 до 10 в соответствии с твердостью по шкале Мооса (от талька «1» до алмаза «10»).

Особенность работы заключена в механическом воздействии карандаша на исследуемую породу. Камень с высшей твердостью всегда оцарапает образец с меньшей и не повредит самоцвет с более высоким показателем.

Пример 1. Образец с маркировкой «9» повредит самоцветы с плотностью ниже 9 (от топаза до талька). Испытуемый камень кладут на ровную поверхность цельной стороной вверх и с силой царапают эталоном твердости. Если кристалл сохранит целостность, он либо принадлежит к корундам (сапфир или рубин), либо относится к алмазам. Последний не поцарапается ни одним из карандашей.

Шкала твёрдости минералов: определение прочности по Моосу

Пример 2. Испытуемый камень царапают поочередно карандашами с возрастающей нумерацией. Начинают с номера «1», «2» или «3». Твердость определяют по эталонному образцу, который не поцарапал породу.

Другие методы определения твердости минералов

Часто требуется определить тип минерала в полевых условиях, то есть при отсутствии специальных лабораторных условий и соответствующих инструментов. Для этих целей геологу достаточно воспользоваться шкалой Мооса и несколько простых подручных средств, способных царапать.

Материал Степень твёрдости
Карандаш 1
Соль поваренная 2
Монета (медь) 3
Гвоздь 4-4,5
Стекло 5
Нож – стальные напильники 5,5-6,5
Режущий инструмент из закалённой стали 7 – 7
Наждачная бумага 8
Обратная проба (образец способен царапать/резать стекло) 9-10

В практических целях могут пригодиться и знания о том, что ногтем можно оставить царапину на гипсовой поверхности и образцах, которых уступают по твёрдости гипсу. Твёрдость стального ножа приближена к природному кварцу – им можно без проблем царапать стекло.

Некоторые разновидности драгкамней по показателю твёрдости приближены к кварцу. Кроме того, из можно отличить внешне от изделий из стекла, воспользовавшись напильником.

Если прочностной показатель для камня составляет не менее 7 баллов по Моосу, на практике это означает, что он не способен царапать кварц, равно как и кварц не способен поцарапать этот камень.

В этой системе измерения твёрдости минералов присутствуют и промежуточные значения, например, 6,5, 7,5 и т.п. Если взять хирозоберилл, то он относится к 8,5 степени твёрдости. По сути, это значит, что эталон способен царапать топаз примерно так же, как его способен царапать корунд. А вот гранат пироп немногим твёрже кварца (7), но немного уступает по этому показателю бериллу (7,5). Тем не менее, его твёрдость также обозначается числом 7,5.

Это достаточно распространённая порода, с которой сталкивались многие в повседневной жизни. Это вещество используется в качестве присыпки детской. Тальком покрывают внутреннюю часть велосипедных шин и хозяйских резиновых перчаток.

Его относят к первому номеру по шкале Мооса, поскольку на этой породе можно оставить след даже ногтем. При этом ни один последующий образец невозможно поцарапать тальковой породой. По твёрдости он аналогичен графиту.

Этот эталон широко используется в травматологии для наложения фиксирующих повязок при переломах конечностей. Нередко гипсовый материал используют для заливки форм при изготовлении фасадов зданий.

Предлагаем ознакомиться  Камень красно коричневого цвета

Его также можно поцарапать ногтем, но он уже более прочен, чем тальк и способен царапать тальковый эталон. За счёт этого гипс и получил вторую ступень по Моосу.

Кальцит

Говоря химическим языком, это карбонат кальция или углекислая кальциевая соль. В сфере геологии этот минерал относят к классу породообразующих. Кальцит находят в составе мела, мергелей, а также известняковых пород. Мрамор состоит преимущественно из кальцита.

Он способен наносить отчётливые царапины на гипсовых поверхностях. Сам же минерал царапается при помощи медной монеты. Аналогичную степень твёрдости по Моосу имеют металлы серебра и золота.

Флюорит

По сути, это плавиковый шпат, который был назван флюоритом на латыни, что в переводе означает «текучий». Нередко его используют в металлургической промышленности при плавке шлаков. Плавиковая ли фтористоводородная кислота унаследовала своё название именно от этого минерала. Эта кислота способна растворять стекло.

В природе встречается в различных цветовых вариациях, включая зелёный, жёлтый, красный, фиолетово-серый и синий оттенки. Существуют и редкие бесцветные кристаллы флюорита, на основе которых изготавливают линзы. Такие линзы достаточно легко поддаются обработке, поскольку сам минерал без проблем царапается при помощи стекла или ножа.

Апатит

Апатит относится к классу фосфатов. Ранее геологи достаточно часто путали его с бериллом или турмалином, ввиду вариативности его внешнего вида. Однако по Моосу вычислить его и отличить достаточно просто – он расположен на пятой ступени твёрдости и в отличие от флюорита достаточно сложно царапается при помощи стекла или ножа.

Его часто используют в производстве фосфорных удобрений, а также фосфорной кислоты. В геологической практике обнаружено достаточно немного апатитовых месторождений. Наиболее крупные точки его добычи – Кольский полуостров и Хибинское, расположенные на территории РФ.

Ортоклаз

Подобно кальциту, ортоклаз считается достаточно распространённым породообразующим минеральным образцом, принадлежащим к классу силикатов (подкласс «полевые шпаты»). По сути это полевой шпат калиевой природы.

Гранит, габбро и другие твердые породы

Царапается ортоклаз при помощи напильника – лезвие обычного ножа едва ли сможет оставить на нём царапины.

Химики называют его диоксидом кремния, а геологи относят к числу самых распространённых минералов, добываемых из земной коры. Его масса составляет более 60% всей земной коры. По сути, это обычный песок.

Также в природе он встречается в виде горного хрусталя, агата, аметиста, кошачьего глаза, цитрина, тигрового глаза и т.п. Способен немного царапать стекло и достаточно твёрд, потому для его обработки используется преимущественно алмаз.

Эталон занимает восьмую ступень прочности и способен царапать не только стекло, но также кварц. Это полудрагоценный камень, получивший своё название в честь места, где был обнаружен впервые – острова Топазиос, расположенного в Красном море.

В зависимости от местности, где добывают топаз, он может отличаться цветовой гаммой и иметь преобладание фиолетово-красных, голубоватых, желтоватых и нежно-голубых оттенков.

Гранит, габбро и другие твердые породы

Корунд

Очень твёрдый минерал, уступающий в этом показатели лишь алмазу. С его помощью можно обрабатывать практически любые породы. Он же сам поддаётся обработке лишь при помощи алмаза.

Сапфир и рубин, представляющие собой драгоценные камни, также являются корундами. В природе встречаются корунды алого, зелёного и фиолетового цвета. Такие камни называют аметистами и изумрудами. Жёлтые кристаллы получили название падпараджа, а прозрачные – восточный алмаз или лейкосапфир.

Представляет собой венец шкалы твёрдости Мооса и более чем в 1500 раз твёрже талька. Никакая друга минеральная порода не способна оставить на нём отметину. Алмазом, как известно, можно не просто царапать, но и резать стекло. По своей химической формуле это один и тот же элемент, что и графит, только иной аллотропной формы.

Предлагаем ознакомиться  Черный сапфир: магические и лечебные свойства, кому подходит

Прочность также определяют иными способами. Испытания не по шкале Мооса проводят в лабораторных или полевых условиях.

Профессор Михаил Протодьяконов разделил породы по степени крепости. Метод принципиально отличается от предложенного Моосом. Определяют по трудоемкости при их разработке. По результатам устанавливают категорию плотности.

Шкала Протодьяконова:

  • коэффициент крепости 20 (высшая степень) ― кварциты, базальт;
  • 15 и 10 (крепкие) ― кремнистый сланец, кварцевый порфир, другие гранитные породы, прочные песчаники, рудные минералы;
  • 8 (крепкие) ― колчеданы, доломит, мрамор;
  • 3–6 (средние) ― сланцевые породы;
  • 1–2 (мягкие) ― гипс, мел, известняк, соль, глина.

Другой метод разработал Джеймс Талмедж. Минерал царапают иглой под нагрузкой. Прочность определяют по глубине борозды со сверкой по шкале. Это, как и у Мооса, неточный способ: на разных плоскостях или направлениях цифры нередко отличаются.

Плотность выясняют и методом полировки с последующей оценкой поверхности под световой полоской Кальба. Мягкие места немного углубляются в сравнении с твердыми зернами.

Спайку минералов также проверяют микротвердомером. Алмазным острием под нагрузкой давят на камень, затем измеряют глубину отпечатка. Это немного похоже на определение по шкале Мооса.

Ф. Моос разработал удобную шкалу определения твердости минералов в полевых условиях. Но более тщательное изучение камней проводят в лабораториях по методам других исследователей.

А что вы думаете о шкале Фридриха Мооса? Удобно ли вам пользоваться его методом? Пишите отзывы, комментируйте статью и делитесь информацией в соцсетях. Всего доброго.

Классификация природных камней по твердости

Твердость эталонных минералов указана в таблице Мооса. Видовую принадлежность образцов с одинаковым показателем отличают по внешности и физико-химическим свойствам.

Если самоцвет можно просверлить сверлом по бетону, это александрит, хризоберилл и другие породы с показателем менее 8,5 баллов. Повреждение стальным гвоздем указывает на возможную принадлежность к породам ниже кварца с маркером «7».

Нож из углеродистой стали не повредит ортоклаз, но оцарапает монацит, малахит, слюду и прочие минералы с показателем менее 5,5. Принадлежность к кальциту проверяют ребром медной монеты. Гипс и тальк ― самые мягкие породы. Они царапаются ногтем.

Минералы вне шкалы Мооса Десятичный показатель Дробное значение
Муассанит 9,5 9 ½
Неполированный керамогранит, холтит, александрит, хризоберилл 8,5 8 ½
Вольфрам, ганит, аквамарин, шпинель, изумруд, пейнит, берилл От 7,5 От 7 ½
Циркон, сапфирин, андалузит 7,5 7 ½
Альмандин, данбурит, турмалин, борацит, кордиерит До 7,5 До 7 ½
Кремний, гранит, жадеит, яшма 6,5 6 ½
Монацит 5,5 5 ½
Малахит, халькопирит, доломит 3,5 3 ½
Киноварь, янтарь, висмут, хлорит, слюда 2,5 2 ½
Графит 1,5 1 ½

https://www.youtube.com/watch?v=0gWHQY1e9dw

По шкале Мооса образцы делят на мягкие, средние и твердые минералы. К первой группе относят графит, гипс, тальк, киноварь, слюду и прочие камни с баллом ниже трех. Ко второму классу принадлежат породы с показателем 3–6. Остальные считаются самыми прочными. Плотностью драгоценных самоцветов называют значение от 8. Это топаз, сапфир, рубин, алмаз.