vật lý của khoáng vật
3.1. Hình thái của khoáng vật 1 Hình thái đơn tinh thể khoáng vật.
3.1.1. Hình thái đơn tinh thể khoáng vật.
3.1.1.1. Hình thái tinh thể khoáng vật:
a- Sự tạo mầm vμ hình dạng của tinh thể
Các tinh thể khoáng vật có những thuộc tính đặc tr−ng về cấu trúc bên trong vμ
hình dạng bên ngoμi. Trong phần 1, chúng ta đã xem xét hình dạng đơn tinh thể ở những tinh hệ khác nhau đ−ợc hình thμnh trong điều kiện phát triển lý t−ởng. Trong phần nμy chúng ta sẽ xem xét các tinh thể có hình dạng vμ gắn kết với nhau nh− thế nμo trong thực tế.
Sự đông tụ thμnh mầm tinh thể vμ sự lớn lên của tinh thể th−ờng bắt đầu khi hμm l−ợng các nguyên tố hình thμnh nên tinh thể đạt đến một ng−ỡng quá bão hoμ nμo đó. Mức độ nμy có thể đạt tới do sự bốc hơi của các dung môi ví dụ nh− n−ớc tại các đầm hồ, vũng vịnh chứa n−ớc biển, kết quả lμ các khoáng vật nh− halit, sinvil, thạch cao đ−ợc kết tinh. Một con đ−ờng khác lμ sự nguội lạnh của các chất lỏng hoặc các dung thể magma chẳng hạn nh− các tinh thể băng tuyết đ−ợc hình thμnh khi nhiệt độ của n−ớc giảm xuống d−ới OoC hoặc các khoáng vật olivin, pyroxen, feldspat… đ−ợc hình thμnh khi magma nguội lạnh.
Các mầm tinh thể có thể tiếp tục lớn lên nếu sự quá bão hoμ tiếp tục đ−ợc duy trì. Sự tăng tr−ởng của tinh thể dẫn đến các hình thái khác nhau của tinh thể đ−ợc thể hiện bằng sự kết hợp riêng biệt các dạng tinh thể vμ các kiểu tập hợp thể hiện điều kiện nhiệt động hình thμnh tinh thể. Nếu tinh thể có các bề mặt đa diện vμ các góc hoμn chỉnh, các tinh thể nμy đ−ợc gọi lμ tinh thể tự hình (euhedral-hình 3.1). Ng−ợc lại nếu tinh thể có các bề mặt lồi lõm nh− đã thể hiện trong đa số các đá thì đ−ợc gọi lμ tha hình (anhedral). Tinh thể tự hình không chỉ mọc trong các vị trí có không gian tự do ví dụ nh− trong các dung dịch hay trong các dung thể (loại nμy đ−ợc gọi lμ các ban tinh- phenocryst) mμ còn có ở trong các đá biến chất, nơi mμ các tinh thể với các mặt có thể nhận biết đ−ợc có thể lớn lên bằng cách thay thế những khoáng vật đã có tr−ớc, ví dụ nh− granat, storolit, amphibon… Các tinh thể tự hình loại nμy đ−ợc gọi lμ ban trạng (porphyroblast).
Hình 3.1. Các dạng tự hình của tinh thể canxit: a- mặt thoi 3 ph−ơng (10ĩ4), b- hình ghép kết hợp giữa mặt thang lệch 3 ph−ơng (2134) vμ mặt thoi 3 ph−ơng (10ĩ4), c- hình ghép giữa
Đôi khi các tinh thể phát triển thμnh những đơn tinh lý t−ởng với kích th−ớc lớn với hình dạng đặc tr−ng bên ngoμi, nh−ng trong đa số tr−ờng hợp các tinh thể lớn lên cạnh nhau với hình thái vμ dạng tập hợp phụ thuộc vμo tỷ lệ tạo mầm, vμo số l−ợng mầm vμ vμo tỷ lệ tăng tr−ởng. Tất cả những yếu tố đó lμ kết quả của những chỉ số phức tạp, bao gồm nhiệt độ, thμnh phần hóa học, hμm l−ợng tạp chất, các khuyết tật trong cấu trúc tinh thể… Trong đa số tr−ờng hợp những t−ơng quan nμy vẫn còn ch−a đ−ợc biết rõ.
b- Tập tính của tinh thể:
Trong điều kiện tr−ởng thμnh hoμn hảo, tinh thể khoáng vật lμ những khối đa diện đ−ợc giới hạn bởi các mặt (hoặc hình đơn). Hình dạng bên ngoμi vμ sự kết hợp của các dạng hình đơn đặc tr−ng tinh thể của từng loại khoáng vật. Mỗi khoáng vật có những hình dạng tinh thể đặc tr−ng của mình. Hình dạng đặc tr−ng đó chịu ảnh h−ởng của môi tr−ờng xunh quanh nh− nhiệt độ, áp suất, thμnh phần, số l−ợng mầm tinh thể…vμ đặc biệt lμ cấu trúc của khoáng vật đó (hình 3.2). Tính chất nμy đ−ợc gọi lμ tập tính hay thói quen (habit) của tinh thể khoáng vật.
Hình 3.2: Các dạng tinh thể (tập tính) của fluorit ở mỏ Mikhalkovo deposit, Rhodope Mountain, Bulgaria, phụ thuộc vμo nhiệt độ, pH, nồng độ Ca/CO2 của dung dịch vμ độ bão hoμ
(số liệu của B. Zidarova et al. 1978, B. Zidarova, 1989).
Tập tính của tinh thể khoáng vật phụ thuộc vμo cấu trúc đ−ợc thể hiện ở bảng 3.1. VD: Pyrit: th−ờng kết tinh ở tinh hệ lập ph−ơng vμ tinh thể có dạng lập ph−ơng hoặc 12 mặt ngũ giác (hình 3.3a).
- Biotit - 6 ph−ơng vμ th−ờng có tấm -vẩy 6 ph−ơng (hình 3.3b)
- Tuamalin - 3 ph−ơng vμ th−ờng có dạng lăng trụ 3 ph−ơng (hình 3.3c) - Crisotil asbet - 3 nghiêng vμ th−ờng có dạng sợi (hình 3.3d).
Hình dạng tinh thể phụ thuộc vμo môi tr−ờng xung quanh, cụ thể lμ nguồn cung cấp vật liệu vμ không gian phát triển (hình 3.4a vμ 3.4b)
Căn cứ vμo sự phát triển của tinh thể theo 3 chiều trong không gian (hình 3.3) ng−ời ta chia ra:
- Dạng đẳng th−ớc: Tinh thể phát triển đều theo 3 ph−ơng. (a = b = c) VD: Granat, pyrit, manhetit (8 mặt)
____________________________________________________________ 75
a-Dạng lập ph−ơng của Pyrit b-Dạng tấm của Biotit
c-Dạng lăng trụ 3 ph−ơng của Turmalin d-Dạng sợi của crisotil atbet Hình 3.3: Một số hình dạng tinh thể của các khoáng vật
Bảng 3.1: Quan hệ giữa cấu trúc vμ tập tính của tinh thể khoáng vật
Khoáng vật Tinh hệ Tỷ số giữa các
thông số ô mạng
Tập tính
Manhetit Lập ph−ơng 1,0 Đẳng th−ớc
Graphit Sáu ph−ơng 2,7 Tấm
Rutin Bốn ph−ơng 0,6 Lăng trụ
Lơxit Bốn ph−ơng 1,1 Đẳng th−ớc
Stibnit Thoi 0,3 Lăng trụ
Biotit Một ngiêng 1,7 Tấm
Octocla Một nghiêng 0,9 Khối
Disten Ba nghiêng 0,7 Dẹt kéo dμi
Volastonit Ba nghiêng 0,9 Khối
Hình 3.4a: Tinh thể phát triển với những tốc độ khác nhau theo những ph−ơng khác nhau.
Hình 3.4b: Hiệu ứng tỷ lệ tăng tr−ởng đến hình dạng cuối cùng của tinh thể. L−u ý rằng mặt tăng tr−ởng nhanh sẽ dần bị mất đi: a-mặt tăng tr−ởng chậm p vμ
sẽ lấn dần mặt tăng tr−ởng nhanh m, b- mặt p vμ s bị mặt m lớn chậm hơn lấn át hoμn toμn.
VD: Muscovit, hematit, graphit.
- Dạng kim que: Tinh thể phát triển theo 1 ph−ơng (a = b << c). VD: Tuamalin, tremolit, gơtit, asbet.
+ Phân loại hình dạng của tinh thể:
Hình 3.5. Một số dạng phát triển của tinh thể khoáng vật: a-c: dạng đẳng th−ớc (a pyrit, b- sphalerit, c-hematit đẳng th−ớc); d-g: dạng kéo dμi (d-corindon, e-canxit, f-hematit kim que; g-antimonit kim que; h-J: các tinh thể dạng tấm (h-octocla, i-muscovit, j-hematit dạng vẩy)
+ Kích th−ớc tinh thể:
Các tinh thể có những kích th−ớc rất khác nhau.
- Có những tinh thể kích th−ớc khổng lồ. VD: Tinh thể spodumen Li Al [Si2O6] ở Nam Đacota. Kích th−ớc 1 x 14m nặng 100 tấn. Tinh thể microclin kích th−ớc 10 x 10 m (Nauy). Tinh thể muscovit 6m2 ở ấn Độ.
Hình 3.6: Tinh thể thạch anh nặng hơn 1,5 tấn
- Có loại tinh thể kích th−ớc rất nhỏ mắt th−ờng không phát hiện đ−ợc mμ phải dùng kính hiển vi điện tử (hình 3.7). VD: kaolinit, gipxit...
____________________________________________________________ 77
Ng−ời ta phân chia kích th−ớc tinh thể t−ơng đối theo 3 bậc sau: - KT lớn: (> 10mm)
- TB: (1 - 10 mm) - Nhỏ: (< 1mm)
Hình 3.7. ảnh HV Điện tử khoáng vật kaolinit, phóng đại 10.000 lần
3.1.1.2. Các vết chạm trổ trên bề mặt tinh thể.
Thông th−ờng trên bề mặt các tinh thể th−ờng không bằng phẳng mμ chúng hay có những vết khía hoặc vết xâm thực (chạm trổ) đối với 1 số khoáng vật đó cũng lμ dấu hiệu nhận biết hoặc qua đó có thể suy đoán môi tr−ờng vμ khoáng vật đã từng tồn tại. VD: - Vết chạm trổ trên bề mặt tinh thể thạch anh, ha lit, kim c−ơng (hình 3.).
a b
Hình 3.8: Vết trạm trổ trên bề mặt tinh thể halit (a) vμ kim c−ơng (b)
- Vết khía trên bề mặt tinh thể pirit, thạch anh, corindon, tuamalin.
Đến nay nguồn gốc của vết khía vẫn ch−a rõ rμng có thể vết khía do các mặt ghép song tinh hay kết hợp nhiều mặt nhỏ khi tinh thể tr−ởng thμnh.
Hình 3.9a: Những bề mặt dạng sọc (Striated) lμ trung gian giữa hai bề mặt kế tiếp bên
cạnh
Hình 3.9b: Vết chạm trổ trên bề mặt của thạch anh, turmalin, pyrit do hiện t−ợng phát
triển bề mặt dạng sọc gây nên
3.1.2. Hình thái của tập hợp khoáng vật.
3.1.2.1. Hiện t−ợng mọc ghép.
Đây lμ hiện t−ợng 2 hoặc nhiều đơn tinh thể phát triển 1 cách có quy luật cạnh nhau. Ng−ời ta chú ý đến mọc ghép song tinh vμ epitasi.
+ Mọc ghép epitasi: lμ phát triển có quy luật của 1 tinh thể của 1 khoáng vật nμy lên 1 khoáng vật khác khi lấy nó lμm nền. Mặt mọc ghép lμ mặt có các thông số ô mạng bằng nhau.
VD: Mọc ghép Tetraedrit Cu10Cu2S[Sb3S4] (có lớp đối xứng lμ 3Li44L36P) Chancopyrit CuFeS2 (có lớp đối xứng lμ Li4 2L22P ) Hai tinh thể nμy mọc ghép lên nhau khi trụ Li4 của chancopirit ≡ 1 trong 3 trục Li4 của tetraedrit (hiếm gặp).
+ Song tinh: (đã đề cập ở phần cấu trúc khoáng vật) Đó lμ hiện t−ợng 2 đơn tinh thể mọc cạnh nhau vμ có chung 1 mặt ghép vμ chúng đối xứng với nhau qua mặt ghép đó. Theo Dialov mặt ghép song tinh trùng mặt có mật độ nút mạng cao nhất (hình 3.10)
a b c
Hình 3.10: Song tinh của storolit (a), canxit (b) vμ của thạch anh (c)
Nguyên nhân song tinh có thể do 2 tinh thể cùng phát triển song song, do biến đổi đa hình, do tác động cơ học... lên một khoáng vật, ví dụ: song tinh đuôi én của thạch cao, song tinh chữ thập của storolit...
T−ơng tự có tam tinh, tứ tinh...
3.1.2.2. Hình thái tập hợp của khoáng vật kết tinh:
* Tập hợp dạng hạt:
Đây lμ tập hợp phổ biến nhất trong khoáng vật, tập hợp nμy bao gồm các hạt tinh thể nằm hỗn độn cạnh nhau (hình 3.11).
Phân loại theo cỡ hạt ng−ời ta chia ra:
____________________________________________________________ 79
- Tập hợp hạt trung: Cỡ hạt > 5-1mm - Tập hợp hạt nhỏ: Cỡ hạt < 1mm Theo hình dạng hạt chia ra:
- Tập hợp hạt đẳng th−ớc; Tập hợp vẩy (mica, grafit...); Kim que: tuamalin, đisten; phong toả: tremolit, gơtit; sợi: thạch cao, át bét. (xem hình 3.11 a, b, c, d, e)
Theo hình thái không rõ rμng còn có tập hợp đặc xít, đất. * Một số tập hợp đặc biệt:
+ Tinh đám: Tập hợp các tinh thể của cùng 1 khoáng vật mọc vuông góc với 1 bề mặt vμ song song với nhau. VD: tập hợp của tinh thể thạch anh, aragonit, berin, fluorit...
+ Cμnh cây: do sự phát triển không đồng đều của các mặt tinh thể (đỉnh phát triển nhanh hơn) tạo nên. VD: Tập hợp của psilomelan.
3.2.1.2.3. Tập hợp của các khoáng vật dạng keo.
Các khoáng vật dạng keo do thμnh tạo trong những môi tr−ờng khác biệt (n−ớc) nên có những tập hợp riêng biệt của mình:
+ Tập hợp kết hạch:
Thμnh tạo bằng cách lắng đọng vật chất keo xunh quanh một nhân kết tinh (hoặc vật cứng) tạo nên những vμnh đồng tâm (có thể khác nhau về thμnh phần; mầu sắc) từ trong ra ngoμi. chúng th−ờng có dạng cầu hoặc elipxoit. Các khoáng vật th−ờng có tập hợp dạng kết hạch: siderit, pirit, canxit, gơtit...
+ Tập hợp trứng cá: giống nh− kết hạch nh−ng có kích th−ớc nhỏ hơn. Trong tr−ờng hợp không có nhân (trung tâm kết tinh) đ−ợc gọi lμ tập hợp dạng hạt đậu.
+ Tình tiết: Hình dạng giống kết hạch nh−ng ph−ơng thức ng−ợc lại: vật chất đ−ợc lắng đọng trong các hang hốc vμ lấp đầy dẫn từ ngoμi vμo trong.
+ Tập hợp chung nhũ: thμnh tạo do dung dịch thực hoặc keo bị mất n−ớc. Đặc biệt phổ biến với đá vôi vμ hydroxyt Fe, Mn. Tuỳ theo hình dạng có tên gọi: cột đá, vú đá, chuông đá,... Ngoμi ra còn các tập hợp khác nh− chùm nho, thận....
Các khoáng vật th−ờng có dạng tập hợp chung nhũ: Canxit, aragonit, pirit, gơtit, hematit, psilomelan.
Hình 3.11a: Tập hợp dạng hạt của Garnet Hình 3.11b: Tập hợp dạng phóng toả của
Hình 3.11c: Tập hợp dạng bó của anthophilite
Hình 3.11d: Tập hợp dạng sợi của crizotil asbet
Hình 3.11e: Tập hợp dạng đất của montmorilonite-Haloysite
Hình 3.11g: Tập hợp dạng thận của uraninite
Hình 3.11h: Tập hợp tinh đám của aragonite Hình 3.11k: Tập hợp dạng kết hạch của
malachite
Hình 3.11: Hình thái đơn tinh thể vμ hình thái tập hợp của một số khoáng vật
Hình 3.12: Quá trình phát tiển của tinh thể đều cả hai phía (a), vμ lệch về một phía (b) vμ
____________________________________________________________ 81