|
обновление: 2009. 09. 22 |
Б.З. Кантор
Об идеях и фактах. Три сюжета о кварце
Каково значение и границы информации о минералах, которую могут собрать любители? Где грань между любительскими наблюдениями и профессиональными исследованиями? На апрельской встрече в московском Клубе друзей минералогии Борис Зиновьевич Кантор поделился своими соображениями обо всем этом на примере трех сюжетов о кварце, иллюстрируя их собственными фотографиями и рисунками.
© Б.З.Кантор, текст, иллюстрации, 2005
Об идеях и фактах
Сюжет 1: Параллельные срастания кварца
Сюжет 2: Халцедоновые псевдосталактиты
Сюжет 3: Расщепленные кристаллы кварца
Об идеях и фактах. Я – любитель и в прошлом коллекционер минералов. От профессиональной минералогии далек, зарплату всю жизнь получал за другое. Специального образования не имею, “методиками” не владею, микрозонда и гониометра в глаза не видел, рентгеновский анализатор даже не знаю толком, как называется. Мой покойный учитель Виктор Иванович Степанов привил мне свой интерес к онтогеническим наблюдениям, так что наряду с образцами красивыми в общепринятом смысле, “смотрибельными”, собирал и всяческую “морфологию”, особенно расщепленные кристаллы, двойники, псевдосталактиты, скелетные формы и пр.
Существует ли грань между любительской и профессиональной работой? Лет двести назад ее по существу не было. Минералогию еще не делили четко на любительскую и профессиональную. Например, И.-В. Гете, отнюдь не будучи минералогом-профессионалом, оставил после себя не только замечательную коллекцию, но и интереснейшие заметки о минералах. Но затем развитие естественных наук потребовало более глубокой специализации, паяльную трубочку сменила сложная и дорогая аппаратура коллективного пользования, требующего специальной квалификации. Профессионал может быть и любителем, но обратное не всегда верно: для профессиональной работы в минералогии недостаточно просто любить минералы. Думаю, что самоучка – тоже еще не профессионал.
Тем не менее любители минералов и сегодня могли бы откликнуться на призыв, которым два столетия назад Луи Бюффон напутствовал натуралистов: “Собирайте, собирайте факты для того, чтобы получить идею!” “Собирая факты”, то есть наблюдая минералы в поле и в собственной коллекции, любитель становится натуралистом и может набрести на интересную и плодотворную “идею”. Как это происходит? И что такое факт и идея? Факт – это констатация явления, итог наблюдения. Когда фактов накоплено достаточно, можно позволить себе обобщение и догадку – “идею”. Идея – это гипотеза, попытка объяснения фактов, подсказанная, естественно, самими фактами. Конечно, не без участия доли воображения. Мне кажется, это и есть ценный итог любительских наблюдений. Бывает, что этот итог и закрывает проблему. Но чаще всего далее следует собственно “наука”, то есть законченная и доказанная теория, а ее творит из идеи уже профессионал. Разумеется, если об идее ему известно и она его заинтересовала. Теории и доказательства – в компетенции профессионалов. Такое у нас разделение труда.
Теперь хочу все это проиллюстрировать примерами из собственной практики. Извините, придется “якать”: больше сослаться не на кого, все мы размышляем в одиночку, а уж потом обсуждаем сообща то, что напридумывали.
Параллельные срастания кварца. Начну с простейшего случая. Одно время среди коллекционеров моего поколения были популярны роскошные друзы и сростки кварца из месторождений Алданского нагорья в Якутии. Мне довелось видеть их немало в собраниях тамошних геологов и некоторых “продвинутых” коллекционеров. Но никто из них, сколько знаю, не интересовался, почему у этих кварцев так часты параллельные срастания? Меня самого это занимало, хотелось побывать в том далеком краю, но не было возможности. Так что старался посмотреть побольше образцов где только можно. Наконец попался на глаза образец, который годился в подсказки, и были принесены соответствующие жертвы, чтобы выменять его (в те времена купля-продажа минералов еще почти не практиковалась, даже как бы считалась зазорной). Вы видите этот кварц на фото 1_1.
Фото 1_1. Кварц. Алдан, Якутия, РФ. Высота образца 18 см.
Здесь все ясно. Происхождение параллельного сростка выдает светлая полоса, пересекающая сросток в его нижней части. Это не что иное, как реликт монокристаллического блока, обломка жильного кварца, возникшего, по-видимому, в результате тектонической подвижки. Затем условия для роста продолжились или возобновились, и блок стал дорастать в обе стороны отдельными кристаллами-индивидами. Поскольку исходный блок был монокристаллическим, эти индивиды образовали параллельные группы.
Добавить к этому практически нечего. Пожалуй, лишь замечание, что термин “сросток” для такой параллельной группы не вполне корректен. Так или иначе, окончательный результат получился простым, однозначным и доступным любому наблюдателю, кто не ленится всего лишь “накапливать факты”, пока не встретится подсказка. И едва ли можно его упрекнуть, что слишком много на себя берет. Вопрос в данном случае исчерпан. Но так бывает далеко не всегда.
Халцедоновые псевдосталактиты. А вот пример задачи, не решаемой столь же однозначно на основе одних простых наблюдений. К тому же результат этих наблюдений затрагивает проблему более общую и болезненную, вызывающую ожесточенные споры. Речь о двухвековой и до сих пор не раскрытой тайне образования агатов, где наша “идея”, к сожалению, в состоянии лишь поставить новые вопросы. Начать приходится немного издалека.
Псевдосталактиты известны для гётита, малахита, пирита, халцедона и многих других минералов. Халцедоновые псевдосталактиты на агатовых месторождениях достаточно обычны, но чаще всего они невыразительны и особого внимания не привлекают. Совсем другое дело – псевдосталактиты из полостных агатовых жеод Старой Ситни в окрестностях г. Ступино (Московская обл.). Им-то уж никак не откажешь в выразительности! Это хорошо знают московские любители и коллекционеры. На обнажение в лесном овраге под Старой Ситней мы с В.И. Степановым набрели весной 1968 г. Совершенно нетронутое, оно давало интереснейший и эффектный материал, пока через три года его не стерла с лица земли нахлынувшая толпа любителей красивых полировок. Важные образцы поступали также из Сергеевского агатового месторождения в Приморском крае, по сообщениям печати тоже в конце концов уничтоженного поделушниками. Агаты из Старой Ситни – низкотемпературные, залегают в карбоновых известняках, тогда как Сергеевские – “горячие”, происходят из шаровых лав. Разница в физико-химических условиях образования огромная. Несмотря на это, оба приводят к одной и той же “идее”.
Фотографии (2_1, 2_2 и 2_3) дают представление об образцах.
Фото 2_1. Халцедон. Старая Ситня, Подмосковье, РФ. Длина псевдосталактитов до 6 см.
Фото 2_2. Халцедон. Старая Ситня, Подмосковье, РФ. Длина псевдосталактитов до 8 см.
Фото 2_3. Халцедон. Сергеевское месторождение, Приморье, РФ. Развернутая длина псевдосталактитов до 12 см.
При всех внешних различиях, общее у них одно: соседние псевдосталактиты расположены в жеоде не как попало, а “ансамблями”, будучи изогнуты согласно, то есть одинаково и в одном направлении. Факт загадочный: причина упорядочения не очевидна. И интересный: здесь чувствуется некая драгоценная идея.
Вопрос: Может быть, влияние силы тяжести?
Б.З.: Это-то было бы проще всего, но фото 2_2 и 2_3 такую версию исключают. Будь Ваша интерпретация верна, псевдосталактиты составляли бы единый ансамбль: все были бы прямыми или, по крайней мере, располагались бы одинаково в пределах одной жеоды и соседних с ней. Так тоже бывает, но отнюдь не всегда, и этого достаточно, чтобы отвергнуть решающее влияние гравитации. А на фото 2_2 пучки псевдосталактитов и вовсе направлены навстречу друг другу с противоположных стенок жеоды да еще как бы закручены по спирали, причем в одну и ту же сторону.
Время напомнить, что псевдосталактит образуется в два этапа. Сначала в результате осмотических процессов возникает эластичная, податливая к внешним воздействиям нитевидная мембранная трубочка. Затем она постепенно обрастает агрегатом данного минерала и превращается в псевдосталактит [1]. Халцедоновый псевдосталактит тверд и звенит от щелчка пальцем, как камертон.
Ясно, что форму свою псевдосталактит мог получить только на первой стадии, а далее она лишь жестко консервировалась нарастающим халцедоном. Иными словами, вопрос об упорядоченном, “согласном” расположении псевдосталактитов сводится к вопросу о согласном формировании мембранных трубок.
Вообще говоря, каждая трубка в отдельности может изгибаться под действием внутреннего осмотического давления. Но в данных, достаточно типичных, примерах изгибание происходило “хором”, коллективно, а значит, следует предположить некое общее внешнее воздействие.
Тут приходится призвать на помощь воображение. Не знаю, как вам, а мне приходят на ум водоросли в проточном водоеме: подчиняясь течению, они вытягиваются вдоль него и согласно друг с другом. То есть я хочу сказать, что и через агатовую камеру – будущую жеоду протекала некая жидкость и заставляла податливые мембранные трубки располагаться вдоль течения и повторять путь потока (очевидно, очень медленного) со всеми его поворотами. Вы видите какие-нибудь другие варианты? Было бы крайне интересно обсудить. Но лично у меня их нет.
В литературе мне пока не встречались упоминания о влиянии протекающей через полость жидкости на форму волокнистых индивидов. Но в самом-то явлении ничего экстраординарного, видимо, нет. Например, в Дашкесане (Азербайджан) мы однажды вскрыли маленький погреб с магнетитом и гранатом и обнаружили там вот такой “завитой” течением раствора агрегат актинолит-биссолита (фото 2_4).
Фото 2_4. Актинолит-биссолит, поле ок. 4 см. Дашкесан, Азербайджан.
Так что допустим, что мое предположение все-таки верно. Правда, оно относится, строго говоря, лишь к стадии мембранных трубок. И что это была за жидкость? Наверно, тот самый раствор, что доставлял в полость строительный материал – кремнезем. Но все-таки быть в этом абсолютно уверенным нельзя, требуется дополнительное подтверждение.
Но недаром же мы в Старой Ситне три года бегали от поделушников! Эти три года форы дали нам самые разные вещественные свидетельства, в том числе и свидетельства протекания питающих растворов через камеру в процессе образования самих агатовых тел, уже после формирования мембранных трубок. Предлагаю взглянуть на фото 2_5.
Фото 2_5. Халцедон. Фрагмент жеоды из Старой Ситни, ширина 11 см.
В этом фрагменте агатовой жеоды хорошо видны слои: сначала на стенках полости отложился бурый халцедон, затем на нем – беловатый кварцин и в заключение – мелкие кристаллики кварца. Это нормальная последовательность, наблюдаемая в Старой Ситне. Но в данном случае наружный слой халцедона выстилает весь фрагмент, тогда как кварцин и кварц имеются только в одной, на фото нижней, части, а вверху отсутствуют. Этот факт нельзя объяснить иначе, чем протеканием питающего раствора. Представляется, что дело было так. Раствор поступал в жеоду через канал в верхней левой части и в силу особенностей формы жеоды быстрее тек внизу, поэтому главным образом там и отлагал принесенный с собой строительный материал. Наверху раствор застаивался и обеднялся, материала не хватало, и слой халцедона остался “лысым”. Отработавший раствор покидал жеоду через канал в середине вверху. (Не забудем, кстати, что подобные каналы имеются во всех агатах.) В общем, по расположению и рисунку слоев можно реставрировать течение! Его направление помечено стрелками. Таким образом, строение жеоды указывает на то, что в нижней ее части происходило более интенсивное, чем в верхней, обновление раствора, а это можно объяснить только его течением.
Итак, в Старой Ситне мы получили два ряда независимых свидетельств того, что, с одной стороны, псевдосталактиты и с другой – стенки жеод образовались из протекавших через агатовые камеры растворов. Природа этого раствора не имеет прямого отношения к нашей теме, она рассмотрена, в частности, в обстоятельной статье P.J. Heaney [2]. В данном случае нас интересует только поведение этого раствора: был он подвижен или нет. Наблюденные факты говорят в пользу первого.
Но ведь псевдосталактиты и стенки агатовой жеоды составляют одно целое (рис. 2_6), каждый слой псевдосталактита – это продолжение слоя стенки, а значит, они отлагались одновременно. Иными словами, агаты образовались с участием проточных растворов.
Рис. 2_6. Строение агатовой жеоды с псевдосталактитом.
Эта “гипотеза протекания” высказывалась и раньше, но всякий раз она натыкалась на неустранимое препятствие, стоило лишь заглянуть за пределы агатовой камеры. Ну хорошо, питающие растворы протекали через камеру, втекали и вытекали через каналы… Но как они канализировались во вмещающей породе? Возникает соблазн отмахнуться от всего этого, приняв, что никакого течения вовсе не было, что растворы были поровыми и застойными, а материал проникал в агатовую камеру только посредством диффузии в жидкой среде по порам вмещающей породы. Такого взгляда придерживался мэтр нашей минералогии А.А.Годовиков [3], ныне “теорию проникновения” развивает в Германии М.Ландмессер [4]. Наши результаты заставляют усомниться в правоте этого преобладающего ныне взгляда в довольно болезненной, хотя и вяло текущей, дискуссии по проблеме образования агатов…
Мы с вами обсудили факты и навеянную ими идею. Она интересна. И все же она не более чем предположение, гипотеза, а ведь гипотезу надо еще доказать! А что происходило во вмещающей породе, нам по-прежнему неизвестно и непонятно. Лишь сведя все концы с концами, можно что-то объяснить в двухвековой загадке агатов.
Но здесь следует уступить место минералогам-профессионалам. Как бы ни была привлекательна и изящна найденная “идея”, рассуждения, выходящие за рамки компетенции любителя, – не более чем профанация и пустое фантазирование. Правда, и в минералогии с доказательствами обычно непросто. Минералогам, а вместе с ними и нам с вами, чаще приходится довольствоваться более или менее правдоподобными спекулятивными предположениями.
В общем, как в анекдоте: “я вопрос поставил, а вы решайте…”
Расщепленные кристаллы кварца. Рассмотрим две распространенные формы ростового расщепления кристаллов кварца: “пучки” (фото 3_01) и “снопы” (фото 3_02).
Фото 3_01. Расщепленный кристалл кварца – “пучок”. Высота 8 см. Дашкесан, Азербайджан.
Фото 3_02. Расщепленный кристалл кварца – “сноп”. Длина 12 см. Дашкесан, Азербайджан.
Это именно расщепленные кристаллы, а не сростки. В этом легко убедиться, рассматривая образцы с торца вдоль продольной оси: шестиугольники поперечных сечений подобны между собой и стороны их соответственно параллельны [1].
Коллекционеры такие образцы обожают, и больше всего сноповидные кристаллы. Но как раз снопы-то обычно попадаются гораздо реже пучков, хотя с точки зрения феномена расщепления разницы между ними нет. Дело тут просто в законе больших чисел. Ведь пучок – это кристалл, расщепленный только с одного конца, потому что другим концом он крепился к матрице (подложке), а сноп расщеплен с обоих концов, потому что оба они были при акте расщепления свободны. Снопы попадаются реже пучков по той же причине, по которой двухголовые кристаллы свободного роста попадаются реже одноголовых. Для того, чтобы у растущего кристалла оба конца были свободны, он должен располагаться вдоль матрицы (подложки), то есть занимать на ней “лежачее” или близкое к нему положение (рис. 3_03).
Рис. 3_03.
Во всех остальных случаях “нижний” конец кристалла “заблокирован” матрицей, и при расщеплении может развиться только пучок. В тех образцах, где сосуществуют обе формы, видно, что пучки стоят, а снопы лежат или наклонны (фото 3_04).
Допустим, кристаллический зародыш оседает на матрицу. Ясно, что вероятность занять одно какое-либо положение, скажем, лежачее, гораздо меньше вероятности всех остальных положений. Несложный расчет показывает, что среди расщепленных кристаллов кварца доля снопов должна составлять всего 5 – 6%, что обычно и наблюдается в действительности.
Сноповидные и пучковидные формы широко распространены среди природных кристаллов столбчатого облика. Сноповидные кристаллы особенно характерны для стильбита, прежнее название которого “десмин” и означает сноп. На фото 3_05 сноп стильбита “лежит” на друзе кристаллов гейландита.
3_05 Стильбит на друзе гейландита. Длина 7 см. Эвенкия, Ср. Сибирь.
Что касается сноповидных кристаллов кварца, то в силу упомянутой причины это своего рода коллекционерская экзотика. Но на Дашкесанском железорудном месторождении сноповидные кристаллы кварца встречаются значительно чаще, чем в других местах. В этом я убедился, бывая в Дашкесане и проведя на рудниках много времени. Эта загадка долго меня интриговала.
Но вот как-то раз попала на глаза статья Г.Г. Леммлейна о скрученных кварцах, “гвинделях” [2]. Леммлейн полагал, что характерная ориентировка гвинделей на матрице обусловлена прирастанием к матрице одним из концов полярной оси. Как же я забыл о полярных осях у кварца! Не в них ли дело?
Полярными осями обладают многие кристаллы, и это действительно влияет на их ориентировку в полостях. Взять, к примеру, турмалин. Замечено, что в занорышах гранитных пегматитов кристаллы турмалина выставляются преимущественно “аналогичными” концами, иногда отмеченными торцевой гранью моноэдра (фото 3_06 и 3_07). На противоположном конце кристалла такой грани нет.
Фото 3_06. Кристалл шерла, высота 4 см. Гилгит, Пакистан.
Фото 3_07. Дравит. Вост. Саян, юг Сибири, РФ. Высота 4,5 см.
У турмалина полярная ось совпадает с продольной осью кристалла, а у кварца она перпендикулярна продольной оси. Наличие полярной оси говорит о том, что на обоих ее концах свойства кристалла в чем-то противоположны. Это могут быть свойства электрические, магнитные, поверхностные и т.д. Кстати, этим обусловлено широчайшее применение кварца как пьезоэлектрика, без которого не было бы большей части современной электроники, в том числе и “кварцевых” часов, что на руке у вас и у меня. Но в данном случае важны не конкретные свойства, а именно их противоположность по концам полярной оси. Для наглядности можно пометить эти концы “+” и “-”.
Но кварц – он ведь “и в Африке кварц”, а упомянутая аномалия замечена только в Дашкесане. Очевидно, дело в особенностях как кристалла, так и матрицы, на которой он вырос. Можно предполагать, что если матрица “пассивна”, то есть не обладает свойствами, допускающими избирательное взаимодействие с разнополярными сторонами кристалла, то зародыши кварца распределяются по ней случайным образом и соотношение пучков и снопов отвечает обычной статистике (рис. 3_08 слева).
Рис. 3_08.
То есть наличие полярных осей само по себе еще ничего не меняет. Другое дело, если матрица “активна”. Тогда она оказывает на оседающие на нее зародыши ориентирующее воздействие: притягивает к себе кристаллик одним из концов полярной оси и таким образом как бы опрокидывает его в лежачее положение (рис. 3_08 справа). В условиях расщепленного роста сноповидная форма получает благодаря этому известное преимущество. На рис. 3_08 “активная” матрица для наглядности помечена значками +, а притягиваемый конец полярной оси – тоже для наглядности знаком - . В действительности это взаимодействие может быть как электростатическим, так и каким-нибудь другим – суть не в этом, а в самой возможности взаимодействия. Кстати, и Г.Г. Леммлейн вопрос о природе взаимодействия оставил в стороне.
Но все это не более чем умозрительные рассуждения, и нужно было выяснить, могли ли существовать условия для такого взаимодействия в Дашкесане. Подчеркиваю: не “существовали ли”, а “могли ли существовать”. Почувствуйте разницу.
Рассматривая образцы в сильную лупу или под бинокуляром, можно заметить, что кристаллы кварца нарастали непосредственно на грани октаэдров и ромбододекаэдров магнетита. Таким образом, в процессе минералообразования предшественником кристаллов кварца в Дашкесане чаще всего был магнетит. А магнетит обладает, по крайней мере, выраженными магнитными и электрическими свойствами [3]. Такая матрица как раз и могла бы быть “активной”. И с точки зрения поставленной проблемы (“могли ли существовать”) мне, как любителю в роли натуралиста, этого было достаточно.
Итак, можно допустить, что аномальное распространение в Дашкесане сноповидных кристаллов кварца связано с конкретной последовательностью кристаллизации: кварц вслед за магнетитом. Благодаря этому стало возможным взаимодействие кристаллических зародышей с матрицей.
На фото 3_09 сноп кварца лежит на друзовой корке кристаллов магнетита; правда, самой корки не видно, так как она скрыта более поздним эпидотом, а удалять его только для того, чтобы показать магнетит, не хотелось, так что поверьте на слово. Удалось найти и более явное подтверждение догадки: очень крупный, около 15 см по ребру октаэдра, хотя плохо сохранившийся кристалл магнетита. Все наросшие на него кристаллы кварца лежат и расщеплены в снопы (фото 3_10).
3_10 Сноповидные кристаллы, длиной до 4 см, на грани кристалла магнетита,. Дашкесан, Азербайджан.
Высказанное предположение объясняет и относительно широкое распространение в Дашкесане крестообразных японских двойников кварца – они также могут развиться только из лежачих кристаллов (фото 3_11 и 3_12).
3_11 Японский двойник кварца с расщеплением по двойниковому шву, 2,5 см. Дашкесан, Азербайджан.
3_12 Крестообразный японский двойник, 1,2 см. Дашкесан, Азербайджан.
Кстати, на японские двойники в Дашкесане вообще почему-то не обращали внимания. Как-то раз в образце меньше ладони (кварц + эпидот на магнетите) я насчитал шесть (!) японских двойников.
Подведем итог. Любитель своей цели достиг. Однако в отличие от предыдущих примеров результат отнюдь не однозначен. Причину явления он предположил, но не доказал; притом не исключена и возможность других предположений. Если же взаимодействие матрицы с зародышами в самом деле имело место, то природа его неизвестна. Со стороны любителя спекуляции на эти темы были бы, в общем-то, “дурным тоном”. Потому что решать эти вопросы нужно не путем фантазирования, а на основе новых фактов, добывать которые – дело специальных технологий, выходящих за рамки возможностей собственно любителя. Это нужно предоставить профессионалу с профессиональными научными инструментами. Впрочем, и профессионалу, конечно, не отказано быть любителем минералов.
В рамках нашей беседы чрезвычайно важно подчеркнуть, что мы намеренно не вникаем в существо взаимодействия. Любителю-натуралисту, “собирающему факты”, достаточно того, что это взаимодействие – какова бы ни была его природа – возможно. Остальное – дело не любителей, а специалистов – минералогов или геофизиков. Таково, как мне кажется, разделение труда.
Подписи к иллюстрациям:
1_1 Кварц, высота образца 18 см. Алданское нагорье
2_1 Халцедон. Старая Ситня, длина псевдосталактитов до 6 см
2_2 Халцедон. Старая Ситня, длина псевдосталактитов до 8 см
2_3 Халцедон. Сергеевское месторождение, развернутая длина псевдосталактитов до 12 см
2_4 Актинолит-биссолит, поле ок. 4 см. Дашкесан
2_5 Фрагмент жеоды из Старой Ситни, ширина 11 см
2_6 Строение агатовой жеоды с псевдосталактитом
3_01 Расщепленный кристалл кварца – “пучок”. Высота 8 см. Дашкесан, Азербайджан
3_02 Расщепленный кристалл кварца – “сноп”. Длина 12 см. Дашкесан, Азербайджан
3_03
3_04 Пучки стоячие, снопы лежачие. Ширина 10 см. Дашкесан
3_05 Стильбит на друзе гейландита. Длина 7 см. Эвенкийский н.о.
3_06 Кристалл шерла, высота 4 см. Гилгит, Пакистан
3_07 Дравит, Восточный Саян. Высота 4,5 см
3_08
3_09 Сноповидный кристалл, 4 см, в лежачем положении на корке кристаллов магнетита (замаскированы наросшим вокруг эпидотом). Дашкесан
3_10 Сноповидные кристаллы, длиной до 4 см, на грани кристалла магнетита,. Дашкесан
3_11 Японский двойник кварца с расщеплением по двойниковому шву, 2,5 см. Дашкесан
3_12 Крестообразный японский двойник, 1,2 см. Дашкесан
|
© Б.З.Кантор, текст, иллюстрации, 2005-2007.