Распространение кварца
Нa долю кремния приходится 27,7% веса земной коры, после кислорода это наиболее распространенный элемент. Основная масса кремния находится в связанном состоянии в силикатах, преимущественно полевых шпатах — главнейших минералах земной коры, а также в пироксенах и амфиболах. Остальная часть кремния существует в виде SiO2. Содержание этой формы кремния в литосфере в целом оценивается в 12%. В основном окисел кремния представлен кварцем изверженных пород. Другие полиморфные разновидности SiО2 более редки, причем среди них несколько большим распространением пользуются тридимит и кристобалит, ассоциирующий с опалом.
В природе кварц встречается в чрезвычайно многообразных формах, но здесь по этому вопросу можно привести лишь немногочисленные общие сведения. Прежде всего кварц — важный породообразующий минерал, присутствующий в качестве характерного компонента во многих изверженных, метаморфических и осадочных породах. Кварц — главный минерал песчаников и кварцитов, а в неконсолидированном состоянии — песков и галечников. Весьма распространен он в виде сплошных зернистых агрегатов, слагающих жилы и дайкоподобные тела, и представляет собой характерный нерудный минерал рудных месторождений гидротермального происхождения. Большая часть образцов; интересных с точки зрения кристаллографии, была обнаружена в пустотах жильных месторождений различных типов. В изобилии присутствует кварц в гранитных пегматитах, часто слагая здесь сплошные крупные массы в центральном ядре. В больших количествах он отлагается иногда в зернистой или микрокристаллической форме из метеорных вод или восходящих гидротермальных растворов в качестве продукта замещения ранее существовавших пород, особенно вблизи жил или других каналов циркуляции растворов. Вторичный кварц отлагается в пустотах песчаников, известняков и других осадочных пород, образуя жеоды с халцедоном или друзами кристаллов; аналогичные формы выделения кварца имеются в базальтах и других изверженных породах. Вторичное дорастание зерен кварца в песчаниках, которое происходит в результате отложения кварца в кристаллографической связи с первичным обломочным зерном (округлые очертания которого можно видеть в шлифах), — важный фактор при цементации таких пород. Вторичный кварц в пластах каменной соли, вероятно; образуется в результате разложения глинистого материала под воздействием HCl, высвобождающейся при гидролизе MgCl2. Кроме того, вторичный кварц проявляется в каменных углях и слагает конкрециевидные массы или образует отдельные кристаллы в гипсовых отложениях. В метеоритах свободный кремнезем представлен главным образом тридимитом, но иногда в них присутствует и кварц. Микрокристаллические разновидности кварца обычно отлагаются из низкотемпературных гидротермальных растворов, а также поверхностных или близповерхностных вадозовых вод в условиях обычных температур и давлений. Скопления микрокристаллического кварца образуются также при диагенезе и метаморфизме низкой ступени осадков за счет опалового кремнезема биохимического происхождения. Распространение микрокристаллических разновидностей кварца, в том числе халцедона, агата, кремня и др., более детально рассматривается в разд. «Тонкозернистые разновидности» (кварца).
Кристаллы кварца достаточно больших размеров, пригодные для технических целей и в качестве музейных образцов, встречаются довольно редко. Некоторые месторождения высококачественного горного хрусталя уже упоминались выше.
Традиционная сырьевая база горного хрусталя остров Мадагаскар. Торговый экспорт горного хрусталя во Францию начался в XVII в., однако еще в IX; и X вв. арабы поставляли с северной части острова горный хрусталь в Индию, Европу и, вероятно, в Китай. В большинстве случаев этот хрусталь использовался в поделочных целях. За период 1909—1921 гг. добыча прозрачного кварца составила 33 т. Кристаллы горного хрусталя встречаются в погребах, приуроченных к кварцитам, а также — в значительно меньшей степени — в пегматитах (в основном, дымчатый кварц). Ранее разрабатывались аллювиальные и элювиальные месторождения. Мадагаскарский горный хрусталь представлен необыкновенно крупными и чистыми кристаллами, среди которых обычны индивиды весом в сотни фунтов.
В настоящее время прозрачный кварц, пригодный в качестве оптического и пьезоэлектрического сырья, добывают главным образом в Бразилии, в штатах Мннас-Жеранс, Гояс и Баня. Здесь горный хрусталь связан с глубоко выветрелыми жилами, трубками и карманами в кремнистых докембрийских осадочных породах, причем коренные месторождения сопровождаются остаточными и аллювиальными. Жилы почти полностью выполнены крупнокристаллическим молочно-белым или серым кварцем, но содержат занорыши с кристаллами горного хрусталя на стейках или центральные полости с гребенчатой инкрустацией из пьезокварца. На бразильских месторождениях нередко встречаются крупные кристаллы весом от нескольких сот фунтов до 1 т, но большая часть пьезокварцевого сырья представлена мелкими кристаллами или чистыми головками относительно крупных кристаллов. Обычно пьезокварцевое сырье составляет лишь небольшую долю процента от общей массы жильного материала. Пьезокварц формировался в процессе выполнения трещин и пустот, причем перенос кремнезема осуществлялся водными растворами при низких и умеренных температурах. С горным хрусталем ассоциируют единичные минералы, которые к тому же редко встречаются. Бразильские месторождения известны уже в течение более столетня и с тех пор являются непрерывным источником оптического кварца, В период второй мировой войны эти месторождения интенсивно эксплуатировались в целях получения пьезокварцевого сырья. С 1910 по 1945 г. из Бразилии было экспортировано около 33 млн. фунтов кондиционного кристаллосырья.
В небольших масштабах добыча промышленного хрусталя производится в Африке, Швейцарии, Австралии, Колумбии, Японии, Бирме, России и в некоторых других странах. В США очень небольшое количество кондиционного пьезокварца вместе с красивыми образцами кристаллов было получено из многочисленных мелких месторождении гор Уошито в западной части Арканзаса. Кварц присутствует здесь в гидротермальных жилах и их сериях, очевидно сформировавшихся при относительно низких температурах и давлениях и приуроченных к песчаникам, глинистым сланцам и кремнистым породам палеозойского возраста. В подчиненных количествах с кварцем ассоциируют кальцит, адуляр, глинистые минералы, хлорит, сульфиды и брукит. Основную массу кристаллов составляют кристаллы весом 200—300 г, однако были найдены индивиды весом до 600 фунтов. В арканзасском горном хрустале очень часто проявляются бразильские двойники. Кристаллы кварца здесь в большинстве случаев водяно-прозрачны и имеют резко выраженный бриллиантовый блеск в отличие от тусклой дымчатой окраски бразильского кварца. Реже арканзасский кварц слегка дымчатый, желтовато-коричневый или в нем проявляются фантомы, возникшие за счет пленок хлорита. Весьма незначительные проявления пьезокварца обнаружены в Виргинии, Северной Каролине, Калифорнии и Айдахо.
Жилы альпийского типа, в классическом проявлении известные в Швейцарии и обнаруженные также в России и во многих других районах земного шара, — важный источник хороших кристаллов кварца. Эти жилы, для которых характерно присутствие актинолита, хлорита, эпидота, мусковита, адуляра, сфена, гематита, магнетита, рутила, флюорита, монацита и т. д., часто представленных в пустотах хорошо образованными кристаллами, обычно приурочены к метаморфическим породам. Подобные условия их проявления позволяют считать, что генезис альпийских жил связан с деятельностью растворов, вызывающих метаморфизм магматических тел. Компоненты, входящие в состав минералов жил, в основном извлекаются в процессе изменения непосредственно вмещающих трещины пород. Опубликовано монографическое описание кристаллов кварца швейцарских месторождений. В метаморфических породах присутствуют также жилы, выполненные агрегатом сплошного зернистого кварца.
Помимо вышеназванных хрусталеносных провинций, можно упомянуть лишь немногие районы, в которых обнаружены хорошие кристаллы горного хрусталя. Прекрасные друзы бесцветного кварца встречены в кварцевых жилах Ла-Гардетт близ Бурд'Уазан, Дофине, Франция; друзообразные щетки кристаллов поперечником до 5 футов и более, среди которых присутствовали грозди прекрасных бесцветных кристаллов, найдены в жилах Арканзаса. Превосходные друзы кварца раньше находили па свинцовом руднике «Эллен-вилл», округ Алстер, Нью-Йорк. Единичные выдающиеся образцы были обнаружены н во многих других местах. Красивые сростки кристаллов, частично с кондиционным пьезосырьем, обнаружены близ Линдога, Онтарио, Канада. Бесцветные кристаллы свободного роста (с пирамидальными окончаниями с обеих сторон), обладающие бриллиантовым блеском, в изобилии встречаются в округе Херкимер, Нью-Йорк (Литл-Фолс, Солсбери, Мндлвнлл, Саратога-Спрингс). Здесь они приурочены к пустотам в доломитах формации Литл-Фолс, а также встречаются в несвязном виде в поверхностных наносах. Такого же типа кварц обнаружен на острове Даймонд и одноименном мысе озера Джордж, округ Уоррен, Ныо-Йорк. Величина «херкимерских алмазов» колеблется от микроскопических размеров до 1 дюйма в поперечнике, однако изредка встречаются пятнистые кристаллы свободного роста с грубой поверхностью весом до 18 фунтов. Такие кристаллы имеют короткопризматический и почти изометричный габитус. Аналогичный кварц, приуроченный к песчаникам и аспидным сланцам, известен в районе Мармарош в северо-восточной Венгрии. Прекрасные прозрачные кристаллы встречаются в пустотах каррарского мрамора в Италии. Хорошо образованный горный хрусталь, иногда в виде сложных форм, присутствует в пустотах гранитов в Бавено, Италия, и близ Штригау, Силезия. Друзы кварца, иногда содержащего рассеянные включения гематита, найдены па железорудных месторождениях Камберленд (Англия), Антверп (округ Джефферсон, Нью-Йорк) и Флауер (округ Сент-Лоуренс, Нью-Йорк). Крупные хорошо образованные кристаллы бесцветного кварца встречаются в заморышах пегматитов, однако в большинстве случаев кварц в пегматитах имеет, дымчатую окраску. Более важные и представляющие интерес месторождения дымчатого кварца, аметиста, розового кварца и других окрашенных его разновидностей упомянуты в разд. «Идиоморфные и крупнокристаллические разновидности». В литературе имеются подробные перечни проявлений хорошо образованных кристаллов кварца.
Нередко встречаются огромные кристаллы кварца. В некоторых районах Бразилии часто находят монокристаллы весом до 5 т, и даже гиганты, весящие до 25 г, не представляют здесь редкости. Вероятно, наиболее крупный известный кристалл был найден в Маньян-Фелипе близ Итапоре, Гояс. Его длина достигает 20 футов, поперечник призмы составляет 5 футов, а вес — свыше 44 г. В этом районе в одном обнажении были обнаружены семь хорошо образованных кристаллов кварца с размерами граней ромбоэдра более 1 м. На одном из месторождений Минас-Жераиса из группы кристаллов кварца общим весом 120 т было получено около 2 т прозрачного кварца. В музее в Бело-Оризите имеется бледно-дымчатый кристалл кварца из месторождения Ариранья, северная часть Теофилу-Отони, Минас-Жераис, имеющий 7 футов длины, U футов в диаметре и весящий более 5 т. Близ Бет-Пак-Дала в Голодной степи, Россия, был обнаружен кристалл молочно-белого кварца длиной 11,5 футов, диаметром 5,25 фута, вес которого оценивался в 14 г. Кристалл кварца из района реки Неройки на приполярном Урале весил около 3700 фунтов. Крупные кристаллы из пегматитов Волыни достигали в длину 9 футов, имели поперечник 5 футов и весили 9—10 т. Эти гигантские кристаллы обычно имеют молочно-белую окраску и испещрены пятнами. Обнаружены, также и очень крупные кристаллы дымчатого кварца.
Широко распространены кристаллы кварца, образующиеся в конкреционных жеодах. Наиболее известный район проявления кварца этого типа — Киакакский регион в Айове, где в известняках миссисипского возраста или в рыхлых наносах во многих местах встречаются жеоды диаметром в несколько футов. Аналогичные образования распространены в Кентукки, Иллинойсе и Миссури. Внешняя часть таких жеод обычно состоит из халцедона. В жеодах из Киакака иногда присутствуют кристаллы кальцита, доломита, галенита, пирита, сфалерита, миллерита, гётита и других минералов, нарастающие на кварце; кроме того, в них присутствуют битумы, глинистое вещество или лимонит.
