Введение
Группа филосиликатных минералов
Серпентиновая подгруппа (часть каолиново-серпентиновой группы в категории филосиликатов) – это зеленоватые, коричневатые или пятнистые минералы, обычно встречающиеся в серпентинитах. Они используются как источник магния и асбеста, а также в качестве декоративного камня. Название происходит от зеленоватого цвета и гладкой или чешуйчатой поверхности, от латинского слова *serpentinus*, означающего «змеиный камень». Серпентиновая подгруппа представляет собой набор распространенных породообразующих гидратированных магниево-железистых филосиликатных минералов, образующихся в результате метаморфизма минералов, содержащихся в мафических и ультрамафических породах. Они могут содержать незначительные количества других элементов, включая хром, марганец, кобальт или никель. В минералогии и геммологии под названием «серпентин» могут подразумеваться любые из 20 разновидностей, принадлежащих к серпентиновой подгруппе. Из-за примесей эти разновидности не всегда легко различить, и обычно разграничения не проводятся. Существует три важных минеральных полиморфа серпентина: антигорит, лизардит и хризотил. Серпентиновые минералы являются полиморфными, то есть имеют одинаковые химические формулы, но атомы расположены в различных структурах, или кристаллических решетках. Хризотил, обладающий волокнистым строением, является одним из полиморфов серпентина и одним из наиболее важных минералов асбеста. Другие полиморфы в серпентиновой подгруппе могут иметь пластинчатое строение. Антигорит и лизардит – полиморфы с пластинчатым строением. Многие виды серпентина использовались для изготовления ювелирных изделий и резьбы по твердым породам, иногда под названием «ложный нефрит» или «тетонский нефрит».
Свойства и структура
Большинство серпентинов непрозрачны или полупрозрачны, легкие (удельный вес от 2,2 до 2,9), мягкие (твердость 2,5–4), неплавкие и подверженные воздействию кислот. Все они микрокристаллические и массивные по строению, никогда не встречаются в виде отдельных кристаллов. Блеск может быть стеклянным, шелковистым или жирным. Окраска варьируется от белого до серого, от желтого до зеленого, от коричневого до черного и часто пятнистая или прожилковая. Многие из них срастаются с другими минералами, такими как кальцит и доломит. Основной структурной единицей серпентина является полярный слой толщиной 0,72 нм. Октаэдрический лист, богатый магнием, плотно связан с одной стороны с одним тетраэдрическим силикатным листом, независимо от того, что боковые размеры решетки октаэдрического листа на 3–5% больше. Второй уровень структуры, организованный в различные виды серпентина, частично формируется для компенсации внутрислойного напряжения, вызванного этим размерным несоответствием. Хорошая компенсация приводит к почти постоянной кривизне слоя, при этом больший октаэдрический лист расположен на выпуклой стороне. Однако такая кривизна ослабляет водородные связи между слоями. Водородные связи стремятся поддерживать плоские слои, но это конкурирует с необходимостью компенсации несоответствия. В результате слои локально либо изогнуты, либо плоские. Антигорит, лизардит и хризотил имеют одинаковый химический состав, но их различная кривизна слоев приводит к ламеллярным агломератам антигорита и лизардита и к волокнистым удлиненным минеральным частицам хризотила.
Возникновение
Серпентинные минералы широко распространены во многих геологических системах, где возможно гидротермальное изменение ультрамафических пород, как в наземных (океанический гидротермализм, зоны субдукции и зоны разломов сдвига), так и во внеземных средах. Процесс изменения мафических минералов в минералы серпентиновой группы называется серпентинизацией. Серпентинные минералы часто образуются в результате гидратации богатых оливином ультрамафических пород при относительно низких температурах (0–~600 °C). Химическая реакция превращает оливин в серпентин. Они также могут образовываться при метаморфических изменениях перидотита и пироксена. Серпентины также могут псевдоморфно замещать другие силикаты магния. Неполная степень изменения приводит к широкому разнообразию физических свойств серпентинов. Антигорит – полиморф серпентина, который наиболее часто образуется при метаморфизме влажных ультрамафических пород и стабилен при самых высоких температурах – до глубин порядка 30 км и более. В отличие от него, лизардит и хризотил обычно образуются вблизи поверхности Земли и разрушаются при относительно низких температурах, вероятно, значительно ниже. Предполагается, что хризотил никогда не является стабильным по отношению к другим двум полиморфам серпентина. Образцы океанической коры и верхней мантии из океанических бассейнов подтверждают, что ультрамафические породы там обычно содержат значительное количество серпентина. Антигорит содержит воду в своей структуре, примерно 13% по массе. Следовательно, антигорит может играть важную роль в транспортировке воды в недра Земли в зонах субдукции и в последующем высвобождении воды для образования магмы в островных дугах, при этом часть воды может переноситься на еще большую глубину. Встречается по всему миру, значительные местонахождения включают Новую Каледонию, Канаду (Квебек), США (северная Калифорния, Род-Айленд, Коннектикут, Массачусетс, Мэриленд и южная Пенсильвания), Афганистан, Великобританию (полуостров Лизард в Корнуолле), Ирландию, Грецию (Фессалия), Китай, Россию (Уральские горы), Францию, Корею, Австрию (Штирия и Каринтия), Индию (Ассам и Манипур), Мьянму (Бирму), Новую Зеландию, Норвегию и Италию.
Применение
Серпентины находят применение в промышленности для различных целей, таких как железнодорожный балласт, строительные материалы, а асбестовидные разновидности – в качестве тепло- и электроизоляции (хризотиловый асбест). Содержание асбеста может высвобождаться в воздух при разработке месторождений серпентина и при его использовании в качестве дорожного покрытия, создавая долгосрочную угрозу для здоровья при вдыхании. Асбест из серпентина также может присутствовать в небольших концентрациях в источниках водоснабжения в результате естественного выветривания, однако полностью доказанной опасности для здоровья, связанной с его использованием или употреблением, пока не выявлено, хотя Агентство по охране окружающей среды США (EPA) указывает на повышенный риск развития доброкачественных кишечных полипов. В естественном состоянии некоторые формы серпентина взаимодействуют с углекислым газом и высвобождают кислород в атмосферу. Наиболее привлекательные и прочные сорта (включая все антигориты) называются "благородными" или "драгоценными" серпентинами и широко используются в качестве драгоценных камней и для изготовления декоративных резных изделий. Город Бхера в исторической провинции Пенджаб на Индийском субконтиненте на протяжении веков славился обработкой относительно чистой формы зеленого серпентина, добываемого в афганских каменоломнях, в ювелирные изделия, чаши, декоративные рукояти мечей и ножей. Он легко поддается обработке, хорошо полируется и, по мнению многих, обладает приятной, слегка жирной текстурой. Менее ценные серпентиновые руды различной твердости и прозрачности иногда окрашиваются для имитации нефрита.
Гимнит
Гимнит — аморфная форма антигорита. Он был впервые обнаружен в горах Бэр-Хиллз в штате Мэриленд и назван по греческому слову «gymnos», означающему «обнажённый» или «голый».
Государственная эмблема
В 1965 году законодательное собрание штата Калифорния объявило минерал серпентин "официальной государственной породой и литологическим символом".