Что такое шкала Мооса: таблицы твердости и плотности минералов, суть простого метода

Плотность пород

Минералоги выясняют вид камня по плотности и твердости. На раскопках залежей используют второй способ, предложенный Ф. Моосом.

Разновидность камня выясняют последовательной оценкой его твердости, блеска, поверхности разлома, окраса, цвета черты (минерального порошка), других качеств.

Плотность камня ― это соотношение его веса с массой воды такого же объема. Определяется в лабораториях гидростатическим взвешиванием либо погружением в тяжелую воду (насыщенная жидкость HgI2BaI2).

Плотность оценивают по 20-балльной шкале. Камни с показателем 1 и 2 всегда лежат в поверхностных слоях, а со значением выше 10 располагаются в глубине залежей. К последним относят алмаз, сапфировый и рубиновый корунд, другие драгоценные минералы.

Твердость камня ― это степень его сопротивляемости к механическим повреждениям. Для выяснения найденный минерал царапают, сжимают или давят на небольшую площадь.

От чего зависит твердость:

• спайность кристаллов;
• внутренняя целостность минерала;
• процент кварца;
• вид вторичных примесей;
• происхождение камня (как он формировался).

Менее твердые те камни, у которых слабее спаяны кристаллы, больше неплотных примесей, есть внутри трещины или иные дефекты. По методу Мооса оценивают примерную спайность, видовую принадлежность, долговечность самоцвета.

При сравнении показателей относительной шкалы Мооса с найденными минералами геологи понимают, каким способом лучше разрабатывать породу. Ювелиры по этим же значениям подбирают инструменты для шлифовки и огранки. Продавцы и покупатели самоцветов определяют его подлинность, долговечность и способы ухода.

Виды по происхождению и составу

Список органических образований

В каждой классификации присутствует подразделение камней и минералов по происхождению. Существуют органические, эндогенные, экзогенные и метаморфические образования. Друг от друга они отличаются составом, плотностью, оттенками, сроком формирования и другими характеристиками.

К органическим камням относят окаменелости различных видов, когда-то бывшие живыми организмами либо возникшие в результате биологических процессов. Представители группы имеют следующие названия:

• аммонит;
• перламутр;
• коралл;
• жемчуг;
• янтарь;
• слоновая кость;
• гагат;
• белемнит (или чертов палец);
• окаменелое дерево.

Каждый из них имеет уникальную историю происхождения и свойства. Для образования части камней, бывших когда-то частью живого мира, потребовалось несколько тысячелетий. Однако многие способны сформироваться в течение 7–10 лет.

Камни эндогенного происхождения

Эндогенный процесс проходит в недрах земной поверхности. Камни формируются из силикатного огненно-жидкого расплава, который называется магмой. Представителей группы множество, но не каждый используется в ювелирном деле. Зачастую выбор специалистов падает на кварц, который представлен на фото. Он отличается твердостью, устойчивостью к воде и щелочам.

Экзогенные образования

Экзогенный процесс характерен поверхности земной коры, добывают породы на суше и в море. Для формирования кристаллов необходимо выветривание, после чего появляется сразу несколько групп: гидрослюда, каолинит, галит, опал, сильвин. Некоторые являются результатом жизнедеятельности морских обитателей и растительных организмов. Все экзогенные образования имеют отличные от других минералов свойства. Они относительно мягкие, не переносят контакта с водой и кислотами.

Метаморфические минералы

Формирование метаморфических видов минералов происходит под воздействием определенных факторов в земной коре. Для одних требуются высокие температуры и перепады давления, для других – магматические газы или воды. Для начала процесса необходимы ранее образовавшиеся экзогенные образцы. В результате метаморфического формирования минералы становятся прочнее и приобретают высокую плотность.

Что такое шкала твердости по Моосу

Фридрих Моос разработал 10-балльную шкалу твердости разных пород. В нее включил 10 минералов эталонной прочности. Чем ниже показатель, тем менее долговечен самоцвет, легче способ его добычи, огранки, трудоемкость работы.

Таблица твердости минералов:

Этими самоцветами проверяют плотность кристаллов. Если они не повреждают поверхность, значит, исследуемый экземпляр либо тверже, либо идентичен эталонному образцу.

Есть самоцветы с промежуточной прочностью, не вошедшие в шкалу Мооса. Показатель записывают дробным или десятичным числом.

Также определяют линейную твердость. Нагрузку на самоцвет делают по траектории одной условной линии пролегания. То есть механически влияют на исследуемую поверхность вдоль, поперек или вглубь кристалла. Значения сверяют не по Моосу, а с абсолютной шкалой.

Показатели шкалы линейной прочности:

• алмаз ― 1500;
• корунд ― 400;
• топаз ― 200;
• кварц ― 100;
• ортоклаз, полевой шпат ― 72;
• апатит ― 48;
• флюорит ― 21;
• кальцит ― 9;
• гипс ― 3;
• тальк ― 1.

Для полевых условий нет принципиальных отличий между шкалами. Алмазы не повреждаются никаким материалом. На тальке и гипсе остаются следы от ногтя. Корунды царапают топаз. Кварц оставляет следы на оконном стекле. Флюорит и апатит проверяют ножом, а кальцит ― медной пластиной или монетой.

Принцип работы со шкалой

Плотность разрабатываемой породы выполняют карандашами Мооса. Это набор 10 эталонных камней. Образцовый минерал с заостренным краем для удобства закреплен в металлическом стержне. Каждый карандаш промаркирован от 1 до 10 в соответствии с твердостью по шкале Мооса (от талька «1» до алмаза «10»).

Особенность работы заключена в механическом воздействии карандаша на исследуемую породу. Камень с высшей твердостью всегда оцарапает образец с меньшей и не повредит самоцвет с более высоким показателем.

Пример 1. Образец с маркировкой «9» повредит самоцветы с плотностью ниже 9 (от топаза до талька). Испытуемый камень кладут на ровную поверхность цельной стороной вверх и с силой царапают эталоном твердости. Если кристалл сохранит целостность, он либо принадлежит к корундам (сапфир или рубин), либо относится к алмазам. Последний не поцарапается ни одним из карандашей.

Пример 2. Испытуемый камень царапают поочередно карандашами с возрастающей нумерацией. Начинают с номера «1», «2» или «3». Твердость определяют по эталонному образцу, который не поцарапал породу.

Что представляет собой соль

Химическая формула этого вещества выглядит следующим образом: NaCl. По-другому поваренную соль называют также хлористым натрием или каменной солью. В измельченном виде этот пищевой продукт представляет собой бесцветные кристаллы. Последние при этом могут иметь разные размеры. В любом случае в массе соль имеет белый цвет.

Основной особенностью хлористого натрия, как известно, является характерный вкус. В быту и в пищевой промышленности поваренная соль может добавляться в самые разные продукты. Как выяснили ученые, хлористый натрий является веществом, без которого жизнедеятельность человека невозможна вообще.

Классификация природных камней по твердости

Твердость эталонных минералов указана в таблице Мооса. Видовую принадлежность образцов с одинаковым показателем отличают по внешности и физико-химическим свойствам.

У алмаза наивысший балл «10», его невозможно ничем оцарапать. Сапфировым и рубиновым корундам присвоен маркер «9». Обрабатываются только алмазным инструментом.

Если самоцвет можно просверлить сверлом по бетону, это александрит, хризоберилл и другие породы с показателем менее 8,5 баллов. Повреждение стальным гвоздем указывает на возможную принадлежность к породам ниже кварца с маркером «7».

Нож из углеродистой стали не повредит ортоклаз, но оцарапает монацит, малахит, слюду и прочие минералы с показателем менее 5,5. Принадлежность к кальциту проверяют ребром медной монеты. Гипс и тальк ― самые мягкие породы. Они царапаются ногтем.

Перечень самоцветов с промежуточным показателем:

По шкале Мооса образцы делят на мягкие, средние и твердые минералы. К первой группе относят графит, гипс, тальк, киноварь, слюду и прочие камни с баллом ниже трех. Ко второму классу принадлежат породы с показателем 3–6. Остальные считаются самыми прочными. Плотностью драгоценных самоцветов называют значение от 8. Это топаз, сапфир, рубин, алмаз.

К просмотру обзор по теме:

Основные физические свойства минералов

Рассмотрим основные параметры, по которым определяются главные физиологические качества минералов.

Блеск

Это светоотражающая способность горной породы. В науке нет строгого определения такому понятию как блеск. Например, пирит и галенит, непрозрачные минералы, имеющие ярко выраженный металлический блеск, так как хорошо отражают свет.

Существуют горные породы с полиметаллическим блеском – переходным от металлического к неметаллическому.

Минералы с неметаллическим блеском – прозрачные или окрашенные в различные оттенки.

Спайность

Этот параметр определяется качествами кристаллической решетки и крепостью сцепления элементов внутри нее. Существует несколько видов спайности:

• весьма совершенную – минерализированную породу можно легко расщепить на раздельные пластинки со сверкающими, гладкими поверхностями;
• совершенную – расщепление происходит после легкого удара, от которого порода рассыпается на небольшие кусочки с блестящими, ровными гранями;
• среднюю – минерал при механическом воздействии образует не только прямые плоскости, но и изломы с неровными краями;
• весьма несовершенную – полное отсутствие спайности в минерале.

Цвет

Этот показатель обусловлен наличием примесей в минерале или его химическим составом. На сегодняшний день не совсем понятно, почему у самоцветов появляется та либо иная расцветка, таким образом, как один и тот же химический компонент окрашивает различные минералы в различные оттенки. Например, хром делает изумруд зеленоватым, а рубин ярко-красным.

Плотность

Это удельный вес минерала. Плотность – соотношение массы к объему (г/см3), чем плотнее структура горной породы, тем она тяжелее.

Твердость

Это степень сопротивляемости минерала к проникновению в его структуру инородного предмета. Основная масса минерализованных пород обладает твердостью от 2 до 6. наиболее твердые – это силикаты и оксиды безводные. Изучение и дальнейшее описание свойств минералов необходимо для максимально эффективного их использования человеком.

Что такое самоцветы, каких они бывают видов?

Самоцветами принято считать прозрачные и непрозрачные минералы или горные породы. Они делятся на три категории: драгоценные, полудрагоценные и поделочные. Большинство произошло в результате деятельности вулканов и образования горной складчатости. Они впитали в себя силу четырех земных стихий и тысячелетиями ждали часа, когда попадут в руки людей.

Название «самоцветы» не относится к научным терминам. Оно применялось на Урале с XVIII века и получило практическое применение в XX веке благодаря трудам минералога А.Е. Ферсмана. Согласно классификации, выведенной профессором, самоцветы – это прозрачные камни из категории драгоценных и поделочных. Все непрозрачные минералы и породы он отнес к «цветным камням».

Любая классификация самородков по цвету, прозрачности, стоимости, применению условна. В зависимости от качества один и тот же минерал может быть отнесен к категории драгоценных и поделочных камней.

Драгоценные камни

К драгоценным относят изящно ограненные или отшлифованные минералы, которые отличаются редкостью, долговечностью и эффектным внешним видом. Их вес измеряют в каратах, а стоимость определяют по таким критериям, как чистота (отсутствие примесей), уникальность и спрос.

Самые известные самородки:

• бриллиант (ограненный алмаз) (твердость по Моосу — 10 из 10);
• корунды рубин, синий сапфир (твердость — 9);
• хризоберилл, александрит (твердость — 8);
• бериллы аквамарин, изумруд, воробьевит (твердость — 7,5-8);
• шпинель (твердость — 7,5-8).

Полудрагоценные камни

Полудрагоценными называют самородки, которые популярны в ювелирном деле, но не относятся к числу редких, дорогостоящих. Их твердость ниже драгоценных, но по красоте они ничем не уступают, а иногда и превосходят более старших по классу «коллег». Ювелиры ценят их за прозрачность, твердость (6,5-7,5 баллов) и легкость в огранке. Наиболее популярные полудрагоценные самородки:

аметист – синие, синевато-розовые, фиолетовые кварцы (см. фото);

• гранат – кристаллы от красного до темного, почти черного цвета;
• цитрин – кварц лимонно-желтого или медового оттенка;
• топаз – силикат алюминия, представленный множеством оттенков – голубым, розовым, желтым, золотистым;
• хризолит – ортосиликат железа магния, обладающий теплым золотисто-зеленым или холодным изумрудным оттенком.

Поделочные экземпляры

К поделочным относят плохо просвечивающие и непрозрачные образцы самородков, минеральные тела с цветным рисунком.

Наиболее почитаемы мастерами:

• Яшма. Плотные частицы кварца, соединенные с кремнеземом и глиной. Бывает пестрой, однородной, полосчатой. Цвет — бурый, синий, оливковый, зависит от примесей.
• Малахит. Основный карбонат меди с редким изумрудно-зеленым оттенком и узором виде тонких изящных прожилок. Продукт выветривания медных руд, их постоянный спутник.
• Хризопраз. Разновидность кварца и халцедона с примесями никеля. Цвет камня по описанию яблочный, голубовато-зеленый. Встречается в виде мелких зерен.
• Чароит. Цепочный силикат и одноименная горная порода фиолетового, сиреневого, светло-коричневого цвета.
• Халцедон. Тонковолокнистая разновидность кварца. Цвет – от белого до медово-желтого.
• Сердолик. Разновидность халцедона, обладает красным или оранжевым оттенком. Структура волокнистая, состоит из тонких слоев кварца.
• Нефрит. Белый, серый, зеленый амфибол с высокой ударной вязкостью. Образцы с однотонной окраской ценятся выше, чем «облачные», полосатые.

Значения прочности драгоценных минералов

Испытание на твёрдость хорошо подходит для того, чтобы отличить редкие красивые кристаллы от их стеклянных или искусственных имитаций. К драгоценным камням относят природные минералы в естественном или обработанном виде — алмазы (бриллианты), сапфиры (синие), рубины, изумруды, александриты.

В особых условиях выращивают синтетические аналоги драгоценных камней. Стоят такие самоцветы значительно дешевле. Недобросовестные производители из искусственных кристаллов или ювелирного стекла необходимого цвета изготавливают украшения, после чего предлагают их по тем же ценам, что и естественные. Известная имитация — фианит. Он очень похож на бриллиант, но его стоимость несопоставима с натуральными камнями. Выявить подделку путём нахождения твёрдости по Моосу несложно:

• когда у сапфира значение указывается 7, то велика вероятность, что сделан кабошон из кварца;
• если в паспорте на бриллиант показатель прочности — 8,5, а должен быть 10, становится понятно, что этот камень не имеет природного происхождения (у фианита показатель именно 8,5).

Шкала твёрдости Мооса, несмотря на относительность результатов, остаётся основным инструментом в геологических изысканиях. В полевых условиях каждый переносимый на себе килограмм веса на учёте, а для идентификации неизвестного образца породы достаточно простого ножа и стекла.

Сведения о твёрдости минералов в большинстве справочников приводятся в относительных величинах. Абсолютными значениями интересуется узкий круг специалистов. Другое направление преимущественного использования шкалы Мооса — ювелирное дело. Ориентируясь на показатели твёрдости кристаллов, выбирают способ обработки камня, вариант шлифования и нужные для этого станки и инструменты.