Гранат – один из самых разнообразных минералов на планете

Гранат – минерал, представленный обширной категорией минеральных смесей пары изоморфных рядов. Общая формула для всех образцов – R3R2[SiO₄]3. Если разложить её более подробно, то каждая R представляет собой тот или иной тип химического элемента, в зависимости от разновидности граната: Ca/Mg/Mn/Fe | Al/Fe/Cr [SiO₄]3.

Как правило, минералы этой группы встречаются в составе изометричных кристаллических формаций, включая тетрагонтриоктаэдры, ромбододекаэдры и их сочетания. Периодически они встречаются в виде зернистых масс. Также этот минерал из гранатов называют гранатитом. Примечательно, что у граната есть несколько старорусских синонимов: вениса, якут, червец, гаматикус.

Особенности химического состава и другие базовые характеристики

В минералах этой категории Fe²⁺ и Mg способны неограниченно заменять друг друга. Также для них характерен бесконечный молекулярный изоморфизм уваровита и гроссуляра/андрадита, пиропа и альмандина/спессартина.

Промежуточные комбинации между группами грандитов и пиральспитов можно встретить крайне редко. Абсолютная изоморфная совместимость перечисленных комбинаций возможна лишь в благоприятных условиях, которые могут возникать в процессе синтеза либо метаморфического минерального формирования.

Ионные радиусы катионов напрямую влияют на формирование изоморфных смесей среди гранатов. Так, например, совместимость между гроссуляром и спессартином разрывается за счёт различия ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ по размерам (в частности это касается восьмерных координаций).

В зависимости от расположения гранатов в той или иной зоне месторождения гранатов могут иметь место различия в содержании Si, Fe, Mn, Ca, Mg в их составе. В процессе кристаллизации гранат может содержать He, который был растворён в магматических формациях. В минералах пегматитного строения содержится больше He, чем в их аналогах из скарнов.

Химический состав гранатов во многом зависит от категории, вмещающей породы. Так Соболев выделил 37 парагенетических вариаций, а Трёгер – всего 28 по тому же признаку. Содержание железа в одних и тех же гранатовых образцах может быть различной (в пределах 57-78%). Это также связано с различным местонахождением и разными условиями формирования (прежде всего со степенью давления).

Высокотемпературные керамические пегматиты имеют более низкий показатель железистости, а низкотемпературные редкометальные – более высокий, соответственно. Показатель железистости в этом случае напрямую зависит от аналогичного показателя для сосуществующих с гранатом минералов. Химический состав гранатового минерала и концентрация в нём отдельных элементов зависит от ассоциации с теми или иными минералами.

Можно разделить минералы этой группы в соответствии с характером изоморфных замещений на два основных типа:

• Уграндиты (Al, Fe, Cr) Ca
• Пиральспиты (Mg, Fe, Mn) Ca

К числу непрерывных рядов можно отнести альмандин – спессартин, пироп – альмандин, андрадит – уваровит, гроссуляр – андрадит. Абсолютная изоморфная совместимость между гранатов алюминиевого и кальциевого рядов не обнаружена.

Структурная характеристика

Гранат имеет сингонию кубического типа в гексоктаэдрическом проявлении природной симметрии. Структура гранатовых образцов представлена изолированными между собой группами SiO₄ с винтовым расположением вдоль оси четвёртого порядка. За счёт этого габитус кристалла обретает тетрагонтриоктаэдрическими и ромбододекаэдрическими признаками. При этом ромбододекаэдрический вид преобладает для кальциевых рядов, а для алюминиевых преобладание наблюдается на уровне тетрагонтриоктаэдрического габитуса. Предположительно это обусловлено изменением соотношения между трёх- и двухвалентными катионами.

Природные свойства и форма нахождения

Черта граната имеет светлый, часто белый, окрас. Камни отличаются стеклянным, жирным блеском, порой сравнимым с отблеском алмазных пород (шорломит, андрадит). Преломление света в кристалле может увеличиваться в зависимости от количества FeO, TiO₂ и Fe₂O₃ в его составе.

Первое место по распространённости занимают метасоматические контактовые гранаты, то есть те, которые образовались из кислой магмы в карбонатных породах, включая известняк и доломиты. Причём их формирование, как очевидно, происходило в условиях высоких температур.

Часто в местах добычи можно встретить сплошные гранитовые массы, представленные андрадитами и гроссулярами, а также в составе силикатных скарнов наподобие эпидота, актинолита, гельвина, геденбергита, хлоритов, волластонита и диопсида. Рудные минералы также содержатся в составе андрадитовых скранов.

Более редкими считаются гранатовые месторождения кисломагматического типа, в основании которых преобладает метаморфическая порода, включая хлоритово-роговообманковые породы, а также гнейсы и амфиболиты.

В составе кристаллических амфиболовых, тальковых, хлоритовых и слюдяных сланцев гранат присутствует в виде новообразований различных форм. При этом их состав зависит от состава окружающей горной породы. Так, например, если речь идёт о метаморфических породах, обогащённых железом и алюминием, на их основе образуются пиропы (магнезиальноземистые породы), известковистые гроссуляры и альмандины.

Крупные гранатовые кристаллы (свыше 1 сантиметра в диаметре) часто встречаются включения сланцеобразованных минеральных пород. Преобладающим можно назвать парагенезис с кварцем, биотитом, мусковитом, дистеном, магнетитом, рутилом, графитом и пр.

Что касается уваровит и прочие гранаты, обогащённые хромом, их можно часто наблюдать в форме кристаллов, сочетающихся с хромшпинелидами и хлоритами хрома внутри пустот-трещин. По преимуществу встречаются в изверженных породах и в составе хромистых железняков.

При выветривании гранат проявляет высокую стойкость в плане химической целостности, переходя в россыпи. Тем не менее, гранатовые минералы железистого типа в процессе интенсивного выветривания склонны к разложению с образованием бурого железняка, по форме напоминающего железные шляпы. Ещё больше подвержен разрушению марганцовистый гранат – при этом он образует марганцевый гидроокисл, как побочный продукт.

Согласно шкале Мооса гранат расположен между отметками 6,5 – 7,5 по степени твёрдости. К более твёрдым образцам можно отнести такие его разности, как спессартин, пироп и альмандин с твёрдостью в 7-7,5 единиц. Наблюдается отсутствие несовершенной спайность по {110}, а излом гранатов имеет неровную структуру.

Нередко в природе можно встретить кристаллы искажённых форм – за счёт неравномерного развития кристаллической структуры формируются уплощённые, по преимуществу чечевицеобразные и дипирамидальные кристаллики. Они вытягиваются по оси 4-го порядка.

Часто встречаются образцы с параллельной штриховкой по отношению наиболее протяжённой диагонали. На гранях может наблюдаться и штрихование в параллельном отношении к рёбрам. На отдельных гранях можно наблюдать ступенчатые наросты, а также признаки формирования в процессе травления. В зависимости от происхождения граната различается характер ступеней. Так в породах осадочного типа можно встретить гранаты с поверхностью наподобие черепицы.

Цветовая гамма гранатовых минеральных пород достаточно разнообразна. Крайне редко в природе встречаются прозрачные, бесцветные кристаллы. Гранат ярко-зелёного цвета содержит в составе хром, чем и обусловлен такой уникальный окрас. При небольшом количестве хрома кристаллы граната окрашиваются в красный цвет.

Примечательны образцы демантоидов, представленные прозрачным андрадитом (который, к слову, тоже бывает зелёного цвета). Однако какую-то строгую закономерность окраски гранатовых минералов в соответствии с их составом выявить достаточно сложно.

Морфологические признаки (внешний вид, двойники и пр.)

В настоящее время геологам известны гранаты, имеющие промежуточные составы. Их можно разделить на несколько отдельных видов (среди которых встречаются и уже упомянутые выше образцы):

• Шорломит – минерал из группы гранатов, богатый титаном, имеющий чёрный окрас и характерный металлический отблеск.
• Гессонит – железистый гроссуляр, отличающийся необычайно красивым и специфичным, красным оттенком.
• Гибшит – содержит фосфор в небольших пропорциях, который частично заменяет кремневую атомарную решётку. Кроме того, эта разность минерала содержит воду, в силу чего относится к классу гидрогранатов, включая гидрогроссуляры.
• Кимцеит – порода, содержащая до 20 процентов ZrO₂.
• Топазолит – андратит желтовато-зелёного оттенка, в химической формуле которого YAI земещена СаSi.
• На следующей паре двойников гранатовых минералов мы остановимся более подробно, поскольку они считаются наиболее ценными среди гранатов.
• Цаворит – впервые был обнаружен в Танзании, неподалёку от национального парка и одноимённой реки Цаво, чем и обязан своим причудливым названием. Это весьма редко встречающийся в природе гранат, представленный в ярко-зелёных расцветках. Его принято относить к прозрачной разновидности гроссуляров. Первые упоминания о нём относятся к концу 60-х годов прошлого века – именно в этот период он был обнаружен и исследован геологом из Британии Бриджем Кемпбэллом, который в тот период работал в Африке. Ему удалось обнаружить эту разновидность граната в гористой местности на территории северо-восточной Танзании. Чаще всего такой минерал встречается в виде кристаллов от 1 до 5 карат. Цаворитовые образцы более пяти карат можно встретить крайне редко, а потому украшения с огранённым цаворитом более 2-х карат очень ценны и считаются настоящей находкой. В целом этот камень прекрасно поддаётся огранке. Ни в одной из Российских широт он не был обнаружен, однако известно о нём у нас достаточно много.
• Демантоид – это тип андрадита, представленный в природе в зеленовато-жёлтом или чисто зелёном, прозрачном виде. Имеет высокую светодисперсию и отчётливый блеск. Демантоиды, обнаруженные в Уральских горах, в большинстве своём богаты асбестоподобными включениями биссолитовых кристаллов жёлто-золотистого или серебристого цвета. Эти включения чаще имеют радиальное расположение и волокнистую структуру. Такие образования либо оставшиеся после их разрушения полые канальцы в породе называют конским хвостом. Описанные включения можно считать не только отличительной характерной чертой демантоидов, но также их драгоценной составляющей. Для геологов и ювелирных мастеров их наличие – очевидный признак натурального происхождения камня. К тому же при грамотной ювелирной обработке из таких пород можно получить особо эффектные и красивые декоративные изделия. В природе также можно встретить демантоиды, визуально напоминающие кошачий глаз за счёт высокой плотности этих включений. Среди гранатов это, пожалуй, наиболее ценный минерал. Внешне от прочих драгкамней его отличают высокие показатели преломления, а также сильная дисперсия.

Сфера применения

Разности с красивым окрасом, преимущественно прозрачные, нашли широкое применение в ювелирном деле в качестве полудрагоценных камней. Хотя в современной практике изготовления украшений они не представляют особо высокой ценности.

Гранатовые образцы с высочайшим показателем твёрдости, включая спессартин, пироп и альмандин, используют как абразивы. Лучше всего в качестве абразивов проявляют себя крупные кристаллические формации в отличие от пород, состоящих из сплошной зернистой массы.

Большая часть гранатовой руды используется повсеместно для изготовления гранатового полотна и бумаги. Они в свою очередь используются для полировки древесины твёрдых пород, таких как красное дерево, клён, орех и дуб. Ещё одна сфера применения таких изделий – шлифование зеркал, полировка целлулоидных, каучуковых предметов, а также изделий из кожи.

Абразивный материал из гранатовых пород получают в процессе особого обогащения. Породы, применимые в промышленности, как правило, содержат свыше 10 процентов крупных кристаллических формаций (более сантиметра в поперечном разрезе).