Шкала твёрдости минералов: определение прочности по Моосу

Шкала твердости минералов или минералогическая шкала Мооса составлена на основании эталонных образцов по степени относительной твердости от 1 до10. Качественный порядковый показатель прочностной стойкости минералов, включённых в эту шкалу, выявляется путём царапания. Механическая способность более твёрдых материалов наносить царапины на более мягкие породы определяет относительную твёрдость минералов того или иного типа.

10 минеральных элементов Мооса представлены в качестве эталонных образцов и упорядочены в порядке возрастания, что позволяет наглядно определить, какой минерал твёрже. Так, например, тальк занимает первую позицию в таблице и считается наиболее мягким среди прочих представленных на шкале. По другую сторону расположился алмаз, который по критерию «прочность минерала» занимает самую вершину, то есть 10-ую позицию по шкале Мооса и не имеет аналогов в природе по этому показателю.

Создание и предназначение шкалы Мооса в современной практике

Эта система была создана в начале XIX века немецким геологом, минерологом и изобретателем того времени, Фридрихом Моосом. С тех пор в геологии для определения показателя твёрдости было создано ещё много схожих методик, включая метод Кнупа, Бринеля, Виккерса и Роквела.

Минералы шкалы Мооса, определяемые по твёрдости, распределены в соответствии с относительным целочисленным сравнении. Эта сравнительная характеристика основана на устойчивости образца к царапанию. Существуют популярные методы, которые используют в качестве сравнительной характеристики устойчивость к вдавливанию.

В этих исследовательских методах в качестве инструмента испытания используется индентор, вдавливающийся в исследуемый кусок минеральной породы. При этом производятся доскональные замеры силового показателя давления. Полученные показатели размеров и глубины выемки с учётом силы давления позволяют рассчитать показатели твёрдости.

Но в подобных методах измерения для испытаний используют самые разные технические приспособления и способы расчёта. Поэтому прямое сравнение полученных показателей для различных минералов в различных условиях несопоставимы друг с другом напрямую.

Таким образом, шкала Мооса получила более широкое распространение – сама методика более проста и дешева в плане реализации и более доступна для понимания. С другой стороны, такой тип измерений не способен обеспечить высочайшую степень точности. Тем не менее, она актуальна среди современных геологов, работающих в полевых условиях.

Её часто используют для первичного определения типа минеральных пород при исследовании полученных образцов на месте, когда проведение более сложных тестов затруднительно или невозможно. Именно поэтому результаты измерения твёрдости по шкале Мооса принято называть относительными.

Как определить твёрдость минералов, используя шкалу Мооса?

Часто требуется определить тип минерала в полевых условиях, то есть при отсутствии специальных лабораторных условий и соответствующих инструментов. Для этих целей геологу достаточно воспользоваться шкалой Мооса и несколько простых подручных средств, способных царапать.

К примеру, при помощи карманного ножа можно определить, относится ли образец к числу менее или более твердых минеральных пород, значение которых по Моосу переваливает за 5-6. Вот таблица некоторых подручных предметов и степени их твёрдости, которые могут помочь в определении относительной твёрдости, а, соответственно, и типа минерала:

В практических целях могут пригодиться и знания о том, что ногтем можно оставить царапину на гипсовой поверхности и образцах, которых уступают по твёрдости гипсу. Твёрдость стального ножа приближена к природному кварцу – им можно без проблем царапать стекло.

Некоторые разновидности драгкамней по показателю твёрдости приближены к кварцу. Кроме того, из можно отличить внешне от изделий из стекла, воспользовавшись напильником.

Если прочностной показатель для камня составляет не менее 7 баллов по Моосу, на практике это означает, что он не способен царапать кварц, равно как и кварц не способен поцарапать этот камень.

В этой системе измерения твёрдости минералов присутствуют и промежуточные значения, например, 6,5, 7,5 и т.п. Если взять хирозоберилл, то он относится к 8,5 степени твёрдости. По сути, это значит, что эталон способен царапать топаз примерно так же, как его способен царапать корунд. А вот гранат пироп немногим твёрже кварца (7), но немного уступает по этому показателю бериллу (7,5). Тем не менее, его твёрдость также обозначается числом 7,5.

Подробно о каждом основном минерале, представленном на шкале Мооса

Тальк

Это достаточно распространённая порода, с которой сталкивались многие в повседневной жизни. Это вещество используется в качестве присыпки детской. Тальком покрывают внутреннюю часть велосипедных шин и хозяйских резиновых перчаток.

Его относят к первому номеру по шкале Мооса, поскольку на этой породе можно оставить след даже ногтем. При этом ни один последующий образец невозможно поцарапать тальковой породой. По твёрдости он аналогичен графиту.

Гипс

Этот эталон широко используется в травматологии для наложения фиксирующих повязок при переломах конечностей. Нередко гипсовый материал используют для заливки форм при изготовлении фасадов зданий.

Его также можно поцарапать ногтем, но он уже более прочен, чем тальк и способен царапать тальковый эталон. За счёт этого гипс и получил вторую ступень по Моосу.

Кальцит

Говоря химическим языком, это карбонат кальция или углекислая кальциевая соль. В сфере геологии этот минерал относят к классу породообразующих. Кальцит находят в составе мела, мергелей, а также известняковых пород. Мрамор состоит преимущественно из кальцита.

Он способен наносить отчётливые царапины на гипсовых поверхностях. Сам же минерал царапается при помощи медной монеты. Аналогичную степень твёрдости по Моосу имеют металлы серебра и золота.

Флюорит

По сути, это плавиковый шпат, который был назван флюоритом на латыни, что в переводе означает «текучий». Нередко его используют в металлургической промышленности при плавке шлаков. Плавиковая ли фтористоводородная кислота унаследовала своё название именно от этого минерала. Эта кислота способна растворять стекло.

В природе встречается в различных цветовых вариациях, включая зелёный, жёлтый, красный, фиолетово-серый и синий оттенки. Существуют и редкие бесцветные кристаллы флюорита, на основе которых изготавливают линзы. Такие линзы достаточно легко поддаются обработке, поскольку сам минерал без проблем царапается при помощи стекла или ножа.

Апатит

Апатит относится к классу фосфатов. Ранее геологи достаточно часто путали его с бериллом или турмалином, ввиду вариативности его внешнего вида. Однако по Моосу вычислить его и отличить достаточно просто – он расположен на пятой ступени твёрдости и в отличие от флюорита достаточно сложно царапается при помощи стекла или ножа.

Его часто используют в производстве фосфорных удобрений, а также фосфорной кислоты. В геологической практике обнаружено достаточно немного апатитовых месторождений. Наиболее крупные точки его добычи – Кольский полуостров и Хибинское, расположенные на территории РФ.

Ортоклаз

Подобно кальциту, ортоклаз считается достаточно распространённым породообразующим минеральным образцом, принадлежащим к классу силикатов (подкласс «полевые шпаты»). По сути это полевой шпат калиевой природы.

Царапается ортоклаз при помощи напильника – лезвие обычного ножа едва ли сможет оставить на нём царапины.

Кварц

Химики называют его диоксидом кремния, а геологи относят к числу самых распространённых минералов, добываемых из земной коры. Его масса составляет более 60% всей земной коры. По сути, это обычный песок.

Также в природе он встречается в виде горного хрусталя, агата, аметиста, кошачьего глаза, цитрина, тигрового глаза и т.п. Способен немного царапать стекло и достаточно твёрд, потому для его обработки используется преимущественно алмаз.

Топаз

Эталон занимает восьмую ступень прочности и способен царапать не только стекло, но также кварц. Это полудрагоценный камень, получивший своё название в честь места, где был обнаружен впервые – острова Топазиос, расположенного в Красном море.

В зависимости от местности, где добывают топаз, он может отличаться цветовой гаммой и иметь преобладание фиолетово-красных, голубоватых, желтоватых и нежно-голубых оттенков.

Корунд

Очень твёрдый минерал, уступающий в этом показатели лишь алмазу. С его помощью можно обрабатывать практически любые породы. Он же сам поддаётся обработке лишь при помощи алмаза.

Сапфир и рубин, представляющие собой драгоценные камни, также являются корундами. В природе встречаются корунды алого, зелёного и фиолетового цвета. Такие камни называют аметистами и изумрудами. Жёлтые кристаллы получили название падпараджа, а прозрачные – восточный алмаз или лейкосапфир.

Алмаз

Представляет собой венец шкалы твёрдости Мооса и более чем в 1500 раз твёрже талька. Никакая друга минеральная порода не способна оставить на нём отметину. Алмазом, как известно, можно не просто царапать, но и резать стекло. По своей химической формуле это один и тот же элемент, что и графит, только иной аллотропной формы.