27.12.2020

Халцедон


Структура. Халцедон встречается в виде корочек с неправильно-округлой, почковидной или бородавчатой поверхностью (фиг. 91). Он образует также натечные массы в полостях, сталактиты, переходящие постепенно в гроздьевидные и неправильные пластообразные скопления. Халцедон наблюдается и в виде отдельных почкообразных неправильных или округлых желваков, образованных либо конкреционным путем, либо в результате выветривания пород, в которых существовали полости, выполненные халцедоном. Иногда он слагает шлакоподобные массы, а также мелкие прожилочки или цемент в горных породах. Обычно же халцедон слагает жеоды и выполняет мнидалекаменные пустоты в измененных основных изверженных породах; эти включения халцедона часто пустотелые, и в них может находиться жидкость, закупоренная при кристаллизации (enhydros). Халцедон часто образует инкрустационные псевдоморфозы по другим минералам, особенно по кальциту и флюориту, а также замещает эти и другие минералы и ископаемые раковины. Более широкий смысл, чем халцедон, имеет термин «халцедоновый кремнезем», которым обозначают в основном крустификационные образования и продукты выполнения пустот, представленные любой тонкозернистой разновидностью кварца с волокнистой микроструктурой. Этот термин применяют к сплошным и желваковым образованиям первично-осадочного или диагенетического происхождения, в том числе к кремнистым породам и кремням, а также скоплениям, возникшим путем замещения известняка и других пород.

В халцедонах видна более или менее четко различимая полосчатость, параллельная внешней поверхности образований или стенкам полости выполнения. Эта полосчатость не всегда видна невооруженным глазом, но ее можно обнаружить под микроскопом в шлифах, ориентированных перпендикулярно внешней поверхности скоплений халцедона, или же она может быть выявлена путем прокрашивания и протравливания.
Халцедон

Оптические свойства. Под микроскопом в халцедоне и его разновидностях обнаруживается волокнистое строение, причем волокна вытянуты перпендикулярно слоистости и внешней поверхности. Отдельные волокна физически неразделимы, и межзерновой материал не виден в шлифах даже при большом увеличении или на поверхностях излому под электронным микроскопом. Волокна имеют различную толщину и длину, обычно несколько микронов в диаметре и до нескольких сотен микронов в длину, но иногда достигают таких размеров, что видны в лупу или даже невооруженным глазом. Волокна образуют параллельные или субпараллельные агрегаты или стяжения, часто сноповидные или радиально-лучистые, а также щепковидные, листоватые или сферолитовые. К этим волокнам под острыми углами прикреплены более мелкие волокна, которые в свою очередь также расщепляются и расходятся. В некоторых прослойках в халцедоне волокна не видны даже при самых больших увеличениях, однако и в этих случаях погасание происходит в параллельном и перпендикулярном полосчатости направлениях Свет, проходящий через шлифы халцедона, вырезанные параллельно волокнистости, становится плоскополяризованным.

Волокна обычно вытянуты в направлении, перпендикулярном оси с, причем осью волокна служит [1120] или реже [1010], на что указывают рентгенограммы волокон; эти волокна имеют отрицательное оптическое удлинение. Реже осью волокон служит {0001], и тогда удлинение их положительное. Иногда наблюдается косое погасание, обычно с небольшими углами; в разновидности с углом погасания около 30° удлинение волокон, вероятно, совпадает с гранью ромбоэдра. В одном и том же образце волокна могут быть вытянуты Jto различным кристаллографическим направлениям. Такие агрегаты часто имеют двуосный характер, причем величина угла 2 V колеблется и обычно он положителен. Соседние волокна или соседние стяжения волокон, в каждом из которых погасание прямое, погасают неодновременно (так как волокна обычно расположены перпендикулярно поверхности или слоям, которые сами по себе искривлены). Такие волокна также могут быть спирально скручены вдоль оси удлинения, что обусловливает периодическое изменение двупреломления в направлении удлинения волокна. Эта особенность строения, видимо очень часто проявляющаяся у халцедонового кремнезема, присуща макроскопическим ограненным кристаллам кварца, скрученным вокруг оси удлинения а. Двупреломление (кажущееся) волокон большей частью составляет, 0,005—0,008, т. е. меньше, чем двупреломление крупнокристаллического кварца, а кажущееся светопреломление также довольно низко. Показатель Ne большей частью нельзя измерить точно; наименьшая из замеренных величин равна 1,538. Показатель No обычно колеблется в пределах 1,530—1,539 и чаще всего равен 1,534, иногда же у довольно крупнозернистого материала достигает 1,544. У обычного кварца No равен 1,5442, а Ne — 1,5533 (натриевый свет). Некоторые данные по измерению показателей преломления халцедона приведены в табл. 28. Показатели преломления уменьшаются при дегидратации халцедонов.

Халцедон по своим оптическим свойствам отличается от обычного кварца, что обусловлено главным образом более или менее плохой ориентированностью агрегатов волокон. На оптические свойства влияют также механические натяжения взаимно сросшихся зерен в агрегатах. Низкие показатели преломления частично вызваны наличием пор или трубчатых каналов, заполненных водой или пустотелых. Кроме того, предполагалось, что волокла халцедона заключены в опаловую массу, вследствие чего халцедоны в общем имеют более низкое светопреломление и двупреломление; однако наличие опала еще не доказано и представляется маловероятным. Халцедоновый тип GeO2 (полиморфная модификация вещества, изоструктурного с кварцем) получен гидротермальным путем в виде веерообразных агрегатов волокон; этот материал имеет меньшие кажущиеся показатели преломления и меньшее двупреломленне, чем крупные кристаллы GeO2 (для кристаллов: No=1,697, Ne=1,724; для волокон: No=1,633, Ne=1,653, удлинение волокон большей частью положительное и лишь в некоторых случаях отрицательное). На основании аномального отклонения оптических свойств халцедона от свойств кварца, в особенности кажущейся двуосности, были выделены различные типы волокнистых разновидностей. Предполагалось также, что большая часть типов халцедона представляет собой разновидности двуосного вещества, отличающегося по своей природе от кварца; обычно им приписывалась ромбическая симметрия. Однако рентгеноструктурные анализы кварцина, лютецина и псевдохалцедонита показали, что эти вещества и все другие изученные халцедоны дают порошкограммы, идентичные порошкограмме кварца. Рентгено-структурные исследования показали также, что так называемый люссатит (люссатин) является волокнистой разновидностью кристобалита.

Ореолы и оторочки крупноволокнистого или перистого кварца встречаются вокруг порфиробластов в сланцеватых метаморфических породах в местах ослабленного давления, например около кристаллов пирита в аспидных сланцах.

Физические свойства. Халцедон легко раскалывается в направлении, поперечном полосчатости, и параллельно удлинению волокон; при этом образуется неровный или занозистый излом с довольно хорошо выраженным восковым блеском. Можно получить излом и параллельно слоистости. Халцедон хорошо полируется и приобретает слабый восковой или полустеклянный блеск. Халцедоны, как правило, полупрозрачные до прозрачных или мутные; причем отдельные слои халцедона в одном образце часто различаются по степени прозрачности. Окраска собственно халцедона всегда довольно бледная; обычно встречаются камни серых, серовато-голубых, молочно-голубых, бледно-голубых, серовато-зеленых, зеленовато-голубых, желтоватых или бледно-желтовато-бурых оттенков, а также серовато-белые до светлых молочно-белых и почти бесцветных. Гораздо реже встречаются халцедоны интенсивных или темных голубоватозеленых или желтых цветов, а также розоватой или красноватой окраски. Часто наблюдается голубоватый отлив в отраженном свете и бледно-красновато-бурый оттенок в толстых срезах в проходящем свете, которые обусловлены оптическим явлением, называемым светорассеянием Тиндаля. Это явление также наблюдается у кремней, голубого кварца и опала. Голубая окраска некоторых халцедонов при прокаливании может исчезать. Окраска халцедонов большей частью равномерна или лишь слегка изменяется от слоя к слою. По мере того как полосчатость становится более четкой, особенно с появлением прослоев бурого и красновато-бурого цвета, обычно перемежающихся с прослоями менее прозрачного молочно-белого или белого халцедона, халцедон постепенно переходит в разновидность, именуемую агатом, хотя граница между этими двумя выделяемыми разновидностями неопределенна. Другие разновидности халцедона возникают также за счет окрашивания различными примесями. К бурым и красноватым камням, окрашенным дисперсными окислами железа, относятся разновидности, называемые сарде-ром и карнеолом, и частично полосчатые агаты. Зеленая разновидность—хризопраз—окрашена примесью никеля.

Халцедон характеризуется большей или меньшей пористостью, причем изолированные поры, или, чаще, тончайшие трубочки и нитевидные пустоты, расположены параллельно волокнистости. Величина пористости варьирует в различных слоях или зонах и минимальна в белых или молочно-белых прослоях. Некоторые камни прилипают к языку или быстро вбирают воду иногда со слабым шипящим звуком или с образованием пузырьков на увлажненной поверхности. Наличие пористости в халцедонах и его разновидностях, включая агат, позволяет искусственно окрашивать эти камни.

Твердость халцедона несколько варьирует; она меньше, чем у крупнокристаллического кварца, и обычно составляет 6,5. Удельный вес халцедона 2,57—2,64, а его колебания зависят от количества и состава примесей, пористости и содержания воды.

Химизм. Халцедон содержит 90—99% SiO2. причем наиболее высокие содержания кремнезема характерны для светлоокрашенных и молочно-белых разновидностей. Помимо кремнезема, в состав халцедона входят H2O и переменные количества Fe2O2, Al2O2 и других примесей. Относительно высокое содержание Fe2O3 наблюдается в бурых и красновато-бурых разновидностях халцедона. В табл. 29 приведены некоторые из немногих имеющихся в литературе химических анализов тонкозернистых разновидностей кремнезема. Вода в халцедоне — не кристаллизационная, а удерживается капиллярными и адсорбционными силами. Изучение халцедона методом инфракрасной спектрометрии показывает, что в нем имеется также группа (ОН). Гидроксил (ОН) может замещать кислород в тетраэдрах SiO4, расположенных в деформированных и неупорядоченных участках между соседними смыкающимися волокнами. Гидроксил также может входить во внутреннюю структуру волокон; подобные замещения установлены в крупнокристаллическом кварце. Значительная часть воды теряется при высушивании халцедона при комнатной температуре или при нагревании до температуры около 100°С. Считают, что вода находится в открытых связанных между собой каналах или промежутках между волокнами. Эти каналы имеют микроскопические или субмикроскопические размеры. Молекулярная вода может также находиться в закрытых порах, в этом случае она выделяется только при более высоких температурах порядка 350—800° вместе со связанной в виде (ОН) водой. Потеря воды сопровождается понижением показателя преломления и удельного веса. В процессе дегидратации при низких температурах уменьшение показателя преломления No обычно не превышает 0,005.


Щелочные раствори легко выносят большие количества кремнезема из халцедона и его разновидностей. Это послужило обоснованием гипотезы, впервые высказанной в 1833 г., что халцедон в промежутках между волокнами кварца содержит опал, который легко выщелачивается (опал полностью растворяется в щелочных растворах). Отдельные слои халцедона имеют различную и характерную для них устойчивость к растворению. Слои с относительно низким показателем преломления растворяются быстрее. Было установлено, что в горячей воде или водяном паре эти различия выражены менее резко. Высокая способность халцедонового кремнезема к химическим реакциям со щелочами вызывает порчу бетона, сделанного на основе портланд-цемента с наполнителем из кремня или кремнистой породи. Однако прямые доказательства присутствия в халцедоне опала в качестве обычного компонента отсутствуют. Данные рентгеновского изучения халцедона свидетельствуют о присутствии только кварца. Наличие в халцедоне значительных количеств кристобалита — главного компонента опала — или аморфного кремнезема дифракционными данными не подтверждается. На электронно-микроскопических фотографиях видна пористая структура халцедона, но не обнаруживается никакого материала в этих порах. Большая растворимость халцедона в щелочах вызвана главным образом большей пористостью микрокристаллического агрегата, обладающего огромной удельной поверхностью. Согласно одной из точек зрения, высокая растворимость халцедона объясняется большей реактивностью кремнезема в деформированных нарушенных зонах в местах соединения соседних волокон. Однако надо отметить, что опал и халцедон в природе часто встречаются вместе или образуют смеси. В природе встречается халцедон, образовавшийся в результате фазового превращения или перекристаллизации крнстобалита.

Халцедон и другие микроволокнистые или тонкозернистые типы кремнезема при нагревании, проходя через точку инверсии низкотемпературной модификации в высокотемпературную, не дают резкого или измеримого термического эффекта. Дифференциальные напряжения в мозаичном сростке волокон и зерен приводят к тому, что выделение тепла при инверсии происходит в пределах значительного температурного интервала. Дробление материала до частиц размером в несколько микронов или даже меньше приводит к появлению измеримых термических эффектов»

Синтез. Сферолитовый халцедон был получен экспериментально в результате нагревания три температуре 80° «аморфной кремнекислоты» с вольфрамовокислым калием и водой в герметической бомбе в течение 144 дней. Халцедон был синтезирован также несколькими другими способами: путем воздействия раствора карбоната натрия на обсидиан при температуре 320—360°; посредством нагревания кварцевого стекла в воде при 400°; путем нагревания до 400° воды из горячих источников Пломбьер, Франция, которые содержат в растворе щелочные силикаты, в герметическом стеклянном сосуде, находившемся в стальной бомбе, в течение 2 дней. Халцедон с типичной волокнистой структурой, а также кристобалит синтезированы при нагревании трубки кварцевого стекла в слабощелочных водных растворах при 400° и давлении 340 атм. При этом стекло подвергалось зональной девитрификации с образованием зон кристобалита, китита и халцедона или более крупнозернистого волокнистого кварца. В кислых растворах никаких изменений стекла не наблюдалось. Волокнистая разновидность GeO2, аналогичная халцедону, также синтезирована в гидротермальных условиях.

Распространение. Халцедон встречается в разнообразной геологической обстановке, но в общем можно считать, что он отлагается при относительно низких температурах и давлениях. Обычный халцедон, светлой окраски и не имеющий заметной полосчатости, отлагается на последних этапах гидротермальной деятельности или является продуктом изменения кислых и основных изверженных пород, туфов и. брекчий. Он также образуется в приповерхностных гипогенных гидротермальных жилах и в зонах выветривания и циркуляции метеорных вод. Особенно обычен халцедон в форме корок, жилок и продуктов выполнения полостей в измененных основных излившихся породах. Халцедон встречается здесь вместе с цеолитами, карбонатами, хлоритами и продуктами изменения типа селадонита. Благодаря своей химической устойчивости и прочности тонкозернистые разновидности кварца образуют также обломочные или остаточные месторождения. Многие промышленно важные месторождения халцедона и его разновидностей относятся именно к этому типу.

Среди многочисленных хорошо известных местонахождений халцедона можно назвать следующие. В Трестиени, Трансильвания, в риолитах встречаются жилки и жеоды, а иногда кубические псевдоморфозы по флюориту светло- или темно-голубого халцедона. Во Франции во многих местах Парижского бассейна конкреции халцедона встречаются в гипсах и мраморах и накапливаются в некоторых почвах, а также в базальтах Пюи-де-Дом Центрального плато. В больших количествах прекрасные образцы халцедонов встречаются на цеолитовых месторождениях Фарерских островов и во многих местах в области развития деканских траппов в Индии. Значительные скопления халцедона известны на месторождениях агата Уругвая и штата Риу-Гранди-ду-Сул, Бразилия; на Кубе, особенно близ Мадруга в провинции Гавана; в зоне Панамского канала, а также во многих местах Панамы, главным образом в вулканических пеплах. Многочисленные местонахождения халцедона известны в лавах по берегам залива Фанди в Новой Шотландии. В США прекрасные псевдоморфозы халцедона по кораллам к губкам встречаются в заливе Тампа, округ Хилсборо, штат Флорида. Эти псевдоморфозы обычно полые и с внутренней стороны покрыты тонкими почковидными корками халцедона. Халцедон вместе с агатом и другими разновидностями микрокристаллического кварца в изобилии встречается в ассоциации с кислыми изверженными породами и вулканическими пеплами в центральном Орегоне, особенно в округе Крук, а также в виде окатанных галек в реках и на пляжах побережья Тихого океана и на полуострове Олимпик в штате Вашингтон. Халцедон в больших количествах известен в ряде мест округа Суитуотер в штате Вайоминг; в гравийных отложениях реки Пеллоустон в штате Монтана; на большой территории в округе Кастер в штате Южная Дакота. Халцедоны, окрашенные в различные оттенки красного или оранжевого цвета рассеянной киноварью или содержащие пятнистые скопления этого минерала, встречаются в округе Най в штате Невада; в округе Джефферсон в штате Орегон; близ Мортона в округе Льюис в штате Вашингтон; на руднике «Нью-Альмаден» в округе Санта-Клара и в округе Сан-Бернардино, Калифорния, и во многих других местах. Эти халцедоны имеют обычно тусклый блеск и почти непрозрачны, но иногда встречаются прозрачные разновидности.

Довольно обычна окремнелая древесина часто с халцедоновой микроструктурой, иногда она ярко окрашена, имеет тонкозернистую структуру и связана постепенными переходами с разновидностями халцедона, обычно называемыми яшмой. Хорошо известны местонахождения окаменелой древесины в США в Национальном парке Петрифид-Форест близ Холбрука в Аризоне; в Пеллоустонском национальном парке в штате Вайоминг; в округе Киттитас в штате Вашингтон; близ Идена в округе Суитуотер в штате Вайоминг. В хорошем образце окаменелого дерева сохраняется не только внешняя форма, но и характерная структура ствола (кора, древесина и сердцевина) с кольцами роста и сердцевинными лучами, и даже структура клетчатки, так что при микроскопических исследованиях часто можно определить видовую принадлежность этой древесины. Окаменелая древесина может быть представлена целиком халцедоновым (или опаловым) кремнеземом или же целиком или частично микрозернистым кварцем, Иногда внутренняя часть каждой клетки занята одним зерном кварца, не имеющим собственных граней. Древесина могла подвергнуться окаменению после частичного разложения, сопровождавшегося нарушением формы и структуры, или после транспортировки, в процессе которой внешние части были удалены абразией. Однако внутренние особенности структуры, и даже ходы червей, обычно сохраняются. Были обнаружены полые отверстия от древесных стволов, сгоревших при попадании в горячую лаву или вулканический пепел. Эти полости инкрустированы халцедоном или корками кристаллов бесцветного кварца или аметиста. Окремнелая древесина обычно ассоциирует с вулканическим пеплом — веществом, которое быстро изменяется с выделением кремнезема.

Иризирующий, или радужный, агат. Иногда встречаются халцедон и агат, обладающие эффектом иризации, или способностью разлагать белый цвет на цвета спектра. Цвета спектра возникают в халцедоне благодаря его периодической структуре, которая действует на свет как дифракционная решетка. В поперечном сечении эта структура имеет вид полос одинаковой толщины, число которых может достигать 17 000 в 1 дюйме. Полосы перпендикулярны длине волокон которые вытянуты в направлении [1120] или по другому горизонтальному направлению, и протягиваются через соседние волокна в пределах достаточно обширной площади. В отдельном образце расстояние между полосами может изменяться. Чередующиеся полосы имеют несколько различающиеся показатели преломления. Дифракционные эффекты лучше всего видны в пластинках толщиной около 1 мм, вырезанных перпендикулярно полосчатости (параллельно длине волокон).

Иризирующие агаты известны по крайней мере с XVIII в. (Irischalcedonius; Regenbogenchalcedon). Происхождение игры цветов, на которую обратил внимание Маркс в 1827 г., впервые было объяснено Брюстером. Брюстер наблюдал три порядка отражений от агата с числом полос до 17000 в 1 дюйме, разлагавшего свет с выделением спектральной линии D. Однако природа периодической структуры, обнаруженной Брюстером и другими исследователями, остается неясной. Можно отметить, что в скрещенных николях в проходящем свете в шлифах видны правильно чередующиеся светлые и темные полосы, расположенные под прямым углом к длине волокна, т. е. волокна в направлении их длины погасают и просветляются. Это указывает на то, что волокна скручены. Темные полосы соответствуют положениям, при которых оптическая ось волокна параллельна направлению света. В том случае, когда все соседние волокна находятся в одной фазе скручивания, перпендикулярно удлинению волокон возникает периодическое плоскостное изменение показателя преломления, которое может явиться причиной дифракционных эффектов. В халцедоне со скрученными волокнами в тех местах, где соседние волокна несколько различаются по фазе, возникает муаровая картина или погасание зигзагом.

Исторический очерк. Бесцветный кварц и все его многочисленные разновидности, в том числе аметист и тонкозернистые плотные разновидности, были хорошо известны и широко использовались в период расцвета древней культуры Малой Азии и района Эгейского моря. Этот факт был установлен по находкам крупных коллекций амулетов, выгравированных печатей и каменных четок, бус, украшений и различных бытовых предметов, обнаруженных при археологических раскопках, и частично на основании древнейших описаний.

Названия разновидностей кварца, которые использовались в древности, во многих случаях оставались неизвестными. Описания самых древних исследователей, например Теофраста и Плиния, зачастую неопределенны или двусмысленны, так как в них не упоминаются другие свойства, кроме цвета или устойчивости при прокаливании, которые могли бы однозначно охарактеризовать эти камин. Номенклатура и систематика этих веществ оставались запутанными и в более поздних работах Aгриколы, де Бодта и других авторов описаний драгоценных камней вплоть до конца XVII в. Очевидно, что значение некоторых названий изменялось со временем. Более ясное понимание химических и физических свойств этих веществ с сопутствующим ему уточнением номенклатуры было достигнуто к концу XVIII в. в работах Гаюи, Вернера и других.

Термин «халцедон» имеет долгую и сложную историю, которая еще не полностью выяснена. Следует отметить, что лишь в настоящее время этот термин в его широком значении охватывает сардер, агат, кремень и сходные разновидности с волокнистой микроструктурой. Начиная примерно с XVI в. он применялся лишь к бледноокрашенным или сероватым камням без четко выраженной полосчатости, хотя до XVIII в. использовался редко или переплетался с его ранее бытующими значениями. Название «халцедон» (calcedoine) в старофранцузском языке заимствовано от латинского слова calcedonius, встречающегося в Вульгате в переводе с греческого халнnowv. обозначающего скалу, образующую третью опору Нового Иерусалима, или Небесного города. Названия charcnedonia или carcedonius Плиния, пришедшие из северной Африки через Карфаген, как предполагалось, относились к халцедону, причем термин charchedonia иногда применялся как эквивалент термина халцедон, хотя камни, названные так впервые, судя по описаниям Плиния, представлены каким-то другим минералом.

В конечном счете термин «халцедон» происходит от слова Chalcedon или Calchedon — названия древнего приморского города Вифинии на побережье Мраморного моря. Этот город ошибочно называется Карфагеном в некоторых изданиях книги Теофраста «О камнях» («On Stones»). В древности поблизости от Халцедона (Chalcedon) действовали рудники, и этот город представлял собой рынок сбыта декоративного камня, привозимого сюда из Каппадосии и других мест. Возможно, название халцедон когда-то применялось к украшениям, привозимым из районов, расположенных поблизости от города Халцедона; например, turquoise (бирюза) и другие названия относились к названиям центров торговли этими камнями. Однако не имеется никаких данных относительно того, что около города Халцедона было месторождение минерала, называемого сейчас халцедоном.

Полосчатые и разноцветные разновидности халцедона в древности весьма ценились и многие из них получали специальные названия, причем название onychion (современное оникс, опух), возможно, частично использовалось как общий термин в отношении этих камней, тогда как однородно окрашенные камни имели специальные названия. Бледно окрашенные разновидности халцедона без четко выраженной полосчатости, которые встречались совместно с этими камнями, представляли меньшую ценность. Полагают, что эти халцедоны включены Плинием в раздел описания камней под названием cerachater (от латинского слова сеrа, воск), что указывает на распространенность материала, и leucachates (от греческого слова leucos, белый). Более древнее название «яспис» (iaspis) также несомненно относится к обычному халцедону бледно-желтоватых, зеленоватых и сероватых оттенков.

Агрикола называл халцедонами полосчатые камни. Отождествление значения слов murrhina или murrha с применением их в римскую эпоху для обозначения чашек и сосудов вызывает сомнение. Эти названия относились к обычному халцедону, однако, возможно, также и к белому или окрашенному фарфору или в качестве общего названия к разновидностям халцедона, флюорита и других материалов, используемых для этих целей.





Яндекс.Метрика