Эволюция без отбора: Автоэволюция формы и функции - Лима-де-Фариа А.
ISBN 5-03-001929-4
Скачать (прямая ссылка):
Эволюция минералов
Об эволюции минералов предпочитают не говорить, потому что обычно их рассматривают как инертные или статичные структуры, образовавшиеся на заре существования Земли. Однако у минералов, как и у химических элементов, был свой путь эволюции. Они представляют собой химические соединения— твердые тела, образованные с помощью природных процессов, как правило неорганические и имеющие кристаллическое строение.
1. При образовании минералов в природных условиях также преобладали упорядоченность и простота построения. Число известных типов минералов составляет примерно 3000, но все их разнообразные кристаллические формы являются вариантами семи основных кристаллографических систем: кубической, тригональной, гексагональной, тетрагональной, ромбической, моноклинной и триклинной. При этом кубическая система служит основой всех остальных (рис. 8.1).
2. Исходя из этих семи систем выведены 230 возможных пространственных групп симметрии, основанных на расположении атомов. Существуют и другие способы описания кристаллов, основанные на магнитных моментах или других свойствах, но число видов периодических структур всегда конечно.
Так же ограничено и число порядков симметрии вращения. Оно может равняться 1, 2, 3, 4 или 6. Иногда в одном кристалле имеются оси симметрии разных порядков, но никогда не встречается симметрия пятого или седьмого порядка, наблюдаемая у растений и у беспозвоночных.
4. Существуют закономерности, определяющие слоистость структуры минералов; в настоящее время они изучаются в нескольких лабораториях. Эти закономерности отражают упорядоченный характер образования слоев и укладки их в стопки, указывают на геометрическую простоту их упаковки, выявляют типы симметрии и позволяют оцепить минимальную энергию решетки (Lima-de-Faria, 1978, 1983). Тем не менее мы еще далеки от понимания детального механизма эволюции минералов.
Изоморфизм в эволюции минералов
Подобие форм у минералов еще не означает, что одинаков их химический состав. Например, к минералам с кристаллами тригональной системы принадлежат бруцит (Mg(OH)2), кальцит (СаСОз), сидерит (FeC03), кварц (Si02), турмалин (А19[(ОН)4-(B03)3Si60i8]) и ряд других. Кристаллы той же системы могут образовывать также оксиды, карбонаты и силикаты (Medenbach, Sussieck-Fornefeld, 1983). Еще больше совпадают структуры у других минералов. Апатит, пироморфит и миметизит образуют гексагональные призмы. Вивианит, эритрин и аннабергнт всегда образуют идентичные моноклинные кристаллы. Сначала считали, что идентичность формы является результатом неупорядоченных процессов, так как подобные минералы совершенно различны по химическому составу, но вскоре выяснилось, что такое предположение ошибочно. Изучение минералов одинаковой формы показало, что при различии состава у них есть общие особенности молекулярной структуры. Так, из химических формул вивианита и эритрина — соот-
Орторомбическая Орторомбическая Орторомбическая Орторомбическая
(Р) (С} П} ^ (F)
сЛ yV cS^GS^Q ог9: дЯ
Моноклинная (Р) Моноклинная (С} Триклинная (р)
ТриГональная (R)
ТриГональная и гексагональная
(С или Р)
Кубическая (Р)
Кубическая (!)
Кубическая (F)
Тетрагональная (F)
Тетрагональная {/}
X
ветственно Fe3(P04)2-8H20 н Соз^эС^Ь’вНгО— видно, что у эритрина железо замещено кобальтом, а фосфор — мышьяком. Следовательно, идентичность кристаллических структур при различном химическом составе является результатом не случайного процесса, а выражением глубоко скрытого сходства на молекулярном или атомном уровнях. Митчерлих (Mitscher-lich, 1819) назвал это явление изоморфизмом.
Анализ свойств минералов приводит к поучительному выводу: тождественность или подобие формы при казалось бы разнородности структуры не случайны, а обусловлены физикохимическим сходством, скрытым на более глубоком уровне и потому нелегко распознаваемым.
Система Оси Минимальная симметрия
1. Триклинная ai ^аг^аз Нет
ft гзЬ V
2. Моноклинная Одна ось 2-го порядка (вдоль
90° а2)
3. Орторомбиче- 3i 3 Три оси 2-го порядка (вдоль
ская 90° аь аг, аз)
4. Тетрагональная ai = a2=^a3 Одна ось 4-го порядка (вдоль
а=р=ч=90° а3)
5. Тригональная SL\ = &2--- Зз Одна ось 3-го порядка (вдоль
ct=P='Y=?t=90o а3)
6. Гексагональная ai=a2=^a3 Одна ось 6-го порядка (вдоль
а=р=90°; "f= 120° а3)
7. Кубическая &l --- 3.2 --- ti 3 Четыре оси 3-го порядка
