Двойники

 

Помимо одиночных кристаллов минералы могут встречаться в виде двойников, сростков из двух или более кристаллов или их агрегатов.

Двойники - закономерные срастания двух или более кристаллов  одного вещества по определенным законам симметрии, т.е. кристаллы связаны между собой осью или плоскостью симметрии, которой нет в одиночном кристалле.

Поэтому двойники часто гораздо симметричнее одиночного кристалла. Если взаимная ориентировка кристаллов незакономерна (неправильна), то образуются кристаллические срастания или агрегаты, которые иногда путают с двойниками.

Законы двойникования часто имеют названия, в которых отражена либо характерная форма двойника ("железный крест", "ласточкин хвост" и т.д.), либо какое-нибудь географическое название местности, где впервые были найдены двойники такого типа (японские двойники кварца, бавенские двойники полевого шпата и т.д.), либо название минерала, для которого характерно двойникование по данному закону (шпинелевый закон). Многие из главных породообразующих минералов - ортоклаз, микроклин, плагиоклаз и кальцит - встречаются чаще всего в виде двойников. Для некоторых минералов двойники более распространены, чем несдвойникованные кристаллы или зерна.

 

Двойник гипса.  Lake Gilles Gypsum Deposit, Corunna Station, Iron Knob, Middleback Range,

Eyre Peninsula, South Australia, Australia. Фото Geofvan Horn

 

Японский двойник кварца. Mundo Nuevo Mine, Mundo Nuevo, Huamachuco,

Sanchez Carrion Province, La Libertad Department, Peru. Фото Christof Schafer

 

 

Двойники минералов бывают двух основных типов.

Двойники первого рода (двойники отражения)  - один индивид может быть выведен из другого путём отражения в двойниковой плоскости.

 

Кальцит. Elmwood mine, Carthage, Central Tennessee Ba-F-Pb-Zn District,

Smith Co., Tennessee, USA. Фото  Rob Lavinsky

 

Двойники второго рода (двойники вращения)- один индивид может быт выведен из другого  поворотом на 180 градусов вокруг двойниковой оси.

 

                                                                Гипс.  Red River Floodway, Winnipeg, Manitoba, Canada. Фото Mario Miglioni

 

По облику различают двойники срастания и двойники прорастания

 

Двойники киновари. Никитовка. Образец из коллекции музея

 

 В первом случае кристаллы лишь соприкасаются и как бы полностью отделены друг от друга плоскостью срастания, во втором индивиды словно взаимно проникают друг в друга. В последнем случае характер их срастания - сложная извилистая поверхность.  Для двойников срастания часто характерно изменение габитуса ("внешнего вида") кристаллов и они выделяются не только размерами, но и своей уплощенной  формой.

 

Двойник киновари.  Fenghuang  Co., Xiangxi  Autonomous Prefecture, Hunan Province,

China. Фото Tony Рeterson

 

Двойник марказита. Bílina coal mine, Bílina (Bilin). Ustí Region,

Bohemia (Böhmen; Boehmen), Czech Republic. Quebul  Fine minerals

 

По числу двойникующихся индивидов выделяют двойники, тройники, четверники, шестерники, восьмерники и полисинтетические двойники.

 

Шестерник кубанита.  Thompson Mine (Thompson T-1 Mine; Thompson Open pit),

Moab-Setting Lakes area, Thompson Nickel Belt, Manitoba, Canada. Фото Cindy Hasler

 

Вот что пишет В. А. Слетов на своем сайте по поводу двойников последнего типа:

"Полисинтетические двойники представляют собой параллельные срастания нескольких (иногда множества) параллельных друг другу пластинок минерала, находящихся друг относительно друга в перевернутом положении (наподобие ладоней, сложенных пальцами к запястью). Срастание может состоять как из двух или нескольких кристаллов, так и из пачек множества тонких пластинок. У некоторых минералов, в частности, у плагиоклазов, эти пластинки имеют макроскопическую ширину, и с плоскостями их срастания связан характерный оптический эффект - иризация". Полисинтетические двойники также отмечаются  у сфалерита, бурнотита и некоторых других минералов.

 

Двойник сфалерита. San Giovanni Mine, Punta della Torre, Iglesias, Carbonia-Iglesias Province,

Sardinia, Italy. Фото Gianfranco Ciccolini

 

Если же плоскости срастания совсем  не параллельны, то возникают коленчатые или циклические двойники- например,  двойниковые срастания плагиоклаза - лабрадора - битовнита в форме манчжурского  ореха "еж"  из базальтов и  лапиллиевых туфов базальтов Камчатки.

 

Кристалл-лапилль. Вулкан Толбачик. Образец из коллекции музея. 

 

Двойники кристаллов могут образовываться:

.        в процессе роста (например, при срастании двух или более кристаллических индивидов на стадии их зарождения),

·         при фазовых превращениях (когда меняются условия роста кристаллов, например давление и температура),

·         при механическом воздействии извне, в том числе под действием электрических разрядов.

Существуют три наиболее важных фактора - предпосылки двойникования.

1. Фактор структуры- в данной кристаллической постройке найдется одна или  несколько кристаллографических плоскостей, как правило с простыми индексами, которые могут с минимальными искажениями геометрии прилегающих к ней координационных полиэдров служить плоскостью двойникования (иногда она называется пограничным слоем или двойниковым швом).  Грубо говоря, есть определенные минералы, построенные таким образом, что из них легко получаются двойники.

 

Двойник кальцита.  Crevoladossola quarry, Crevoladossola, Ossola Valley,

Verbano-Cusio-Ossola Province, Piedmont, Italy. Фото Enrico Bonacino

 

2. Химический фактор - наличие в химической системе, в которой растет данный кристалл, химических элементов, подходящих по кристаллохимическим параметрам (заряд, радиус, поляризуемость...,) для специфических позиций вблизи и на плоскости пограничного слоя. Например, Baи Srблизки по своим "размерам", находятся в одном столбце Периодической Системы  Д. И. Менделеева и ведут себя в природе сходным образом (например, вместе "путешествуют", растворяются, "заменяют" друг друга в структуре минерала). Иногда эту роль играют химические элементы, входящие в структуру монокристалла, чаще элементы - примеси. Этот фактор часто решающий.  Двойники из химически чистых веществ, скажем в лаборатории, будут кристаллизоваться хуже, чем из тех же веществ, но в природе, где по выражению В. И. Вернадского,  ".... в каждой пылинке, в каждой капле росы.... можно найти практически все элементы Периодической системы...", все дело в их концентрации.

3. Фактор физико-химических параметров роста кристалла. Ростовые двойники обычно возникают при кинетическом режиме кристаллизации (это когда подвод вещества к поверхности роста кристалла очень быстрый). Выявлена связь между ярко  выраженной секториальностью (например, мы видим в кристалле разноокрашенные зонки) и сильным ростовым двойникованием.

Поговорим подробнее о некоторых типах двойников.

 

Кальцит. Северный Урал. Шахта "Красная Шапочка". Образец из коллекции музея.

 

Двойники роста называются первичными двойниками. Они обычно образуются на ранних этапах кристаллизации, при срастании двух и более кристаллических индивидов на стадии их зарождения.  Почему они так называются?? Дело в том, что в процессе роста, особенно при раннем образовании зародышей кристаллов,  в условиях пересыщения раствора или расплава, атомы (или ионы) могут занимать положения, соответствующие различным ориентациям индивидов в двойнике; эти исходные ориентации могут сохраняться при последующем росте кристаллов. Двойники роста легко отличить от двойников другого типа. Двойниковые пластинки у них обычно правильной формы, толстые, следуют через весь кристалл, в отличие от двойников полиморфных превращений и двойников деформации.

Двойники полиморфных (фазовых) превращений обычно развиты в виде веретенообразных сетчатых срастаний, часто пересекающихся. В некоторых работах их называют трансформационными. В некотором смысле этот термин даже более подходящий.  Дело в том, что полиморфизмом называется явление существования двух веществ с одинаковым химическим составом, но с разной структурой. В разных структурах одного и того же вещества по-разному распределяются в пространстве атомы химических элементов. Обычно один тип распределения атомов соответствует определенной температуре и давлению, точнее, определенному диапазону температуры и давления. При других значениях этих величин возникает уже другая структура и соответственно вещество с другими свойствами (типичный пример графит и алмаз, оба состоящие из углерода).  Например,  дофинейские двойники кварца относятся к трансформационным.  В чем суть данного явления подробно написано в книге {1}, мы же на нем останавливаться не будем. Скажем лишь, что наличие или отсутствие двойников играет, в частности,  громадное значение при производстве сложного оборудования. К примеру, было установлено, что возможно исключить образование дофинейских двойников в кварцевых осцилляторах если многократно проводить их соответствующую температурную обработку при строго определенных термодинамических (например, определенное давление и температура) условиях.

Двойники деформации развиты в виде пластинок примерно одинаковой ширины, которые часто пересекаются, выклиниваются, часто сопровождаются изгибами и частичной перекристаллизацией. Пластинки деформации нередко проходят через несколько соседних зёрен. Если в исходных кристаллах были посторонние включения, то  они деформируются вместе с кристаллами - хозяевами.

            Двойники скольжения часто можно обнаружить у кальцита; наиболее часто такое двойникование встречается в метаморфизованных известняках. В случае доломита двойникование наиболее распространено в породах, подвергшихся метаморфизму тоже. Двойник и скольжения иногда проявляются и в сфалерите.  Обычно подобные двойники возникают под действием направленного давления. Примеры - двойники скольжения антимонита, самородной серы, сподумена и пр.

            Двойники скольжения в кальците легко получить искусственным путем, если подвергать деформациям кусок крупнозернистого известняка или мрамора, а также если надавить, например, лезвием ножа на спайную плоскость (по ромбоэдру этого минерала).

Подавляющее большинство ростовых двойников характеризуется наличием входящих углов на сложной поверхности сростка. Входящие углы - места наиболее благоприятные для роста кристаллов. По этой причине в друзах кристаллов двойники роста выделяются своими крупными размерами. Таковы, например, японские двойники кварца. По этой же причине двойники роста кварца и кальцита нередко имеют уплощенную форму.

 

Гипс. Гигантский кристалл. Chotel Czerwony, Busko County, Swiętokrzyskie,

Poland. Фото Jakub Jirasek

 

Первичные двойники (двойники роста) и двойники полиморфных превращений идеформаций в природе довольно легко отличить друг от друга макроскопически, используя данную таблицу:

Таблица 1. Признаки первичных и механических двойников.

 

Двойники роста

(первичные двойники)

Механические двойники

(деформационные)

Особенности облика двойниковых сростков

При прочих равных условиях двойник имеет большие размеры, чем монокристалл

 

Двойники часто удлинены параллельно двойниковой оси

 

Особенности "формы" двойников

Двойники иногда имеют грани, не наблюдающиеся на монокристаллах. Обычно эти грани не лежат у границы двойника.

 

Двойники в общем менее богаты гранями, чем монокристаллы.

 

Частота двойников

Двойниковые пластинки часто отсутствуют в других зернах и шлифе.

Почти повсеместное нахождение двойников в месторождении.

Распределение двойниковых пластинок

Двойники обычно простые, а если полисинтетические, то двойниковые пластинки немногочисленны.

Двойниковые пластинки многочисленны

 

Процессы двойникования обычно охватывают весь кристалл

Двойниковые платстинки часто не проходят через весь кристалл

Двойниковые пластинки часто проходят через весь кристалл или зерно

Тонкие и толстые двойниковые пластинки располагаются и оканчиваются независимо друг от друга

 

Форма двойниковых пластинок

Простые двойники обычно имеют равные части

 

Двойниковые пластинки обычно толстые

Двойниковые пластинки обычно тонкие

Толщина двойниковых пластинок в зерен колеблется в очень широких пределах

Толщина двойниковых пластинок примерно одинакова в пределах каждой системы их или в пределах зерна

Двойниковые пластинки часто резко меняют свои очертания, образуя ступенчатые границы

Двойниковые пластинки  обычно четкие, правильные, без ступенек.

Отношения к деформациям

Не обладает приуроченностью к участкам деформаций в минералах

Приурочены к участкам деформаций в минералах

При изгибе кристалла не меняют своей толщины

При изгибе кристалла часто меняют свою толщину

 

Концы двойниковых пластинок иногда срезаны трещинками, представляющими конечный результат деформации

Прочие признаки

На границе двойников иногда имеются первичные включения

Часто зависят в своем расположении от первичных двойников роста

Взаимоотношение границ двойников с зональностью кристалла такое же, как и с его внешним огранением

Чем меньше размеры зерен, тем сложнее в них образование полисинтетических двойников

 

 

Ниже приведены некоторые примеры двойников в мире минералогии. Для удобства восприятия минералы приведены по кристаллографическому принципу  в соответствии с их сингониями.

Триклинная сингония.

Полевые шпаты группы плагиоклазов могут служить хорошим примером для демонстрации двойникования в триклинных кристаллах.

Альбитовый закон. Присутствие таких двойников легко обнаружить по густой штриховке на плоскостях спайности большинства образцов минералов плагиоклазового ряда. Плоскость срастания параллельна второму направлению совершенной спайности полевых шпатов.

В случае с периклиновым законом двойникование также приводит к образованию пластинчатых двойников; плоскость срастания в этом случае иная. На ориентацию этого сечения сильно влияет состав плагиоклаза. Такое пластинчатое двойникование чаще всего наблюдается макроскопически, в виде серии тонких штрихов на одной из плоскостей спайности. Эти два типа двойников наиболее типичны для плагиоклазов. Они могут встречаться совместно, а также сопровождаться третьим типом двойникования - простыми двойниками по карлсбадскому, бавенскому или манебахскому законам.

В микроклине одновременное двойникование по альбитовому и периклиновому законам приводит к образованию двух полисинтетических серий двойниковых пластинок, пересекающихся почти под прямым углом и создающих решетчатые структуры, которые иногда видны в сечениях микроклина. Эта особенность  ярко видна под поляризационным микроскопом, а также может быть иногда обнаружена на кристаллических гранях при помощи хорошей лупы. Например, в гранитах, использующихся в облицовке некоторых зданий или метро.

Моноклинная сингония. Гипс, пироксен и роговая обманка обычно образуют простые двойники срастания. В случае с гипсом такие двойники даже получили собственное название - "ласточкин хвост".

 

Гипс. Двойник "Ласточкин хвост". Крым, Керченский п-овЭлькеджи-Элинское

(= Пташкинское) м-ние гипса. Образец из коллекции музея.

 

Пироксен очень часто встречается в виде пластинчатых двойников, приводящих к шероховатости вертикальных граней, а также к отдельности. Такое пластинчатое двойникование может вызываться сдвиговыми деформациями.

 

Двойник титанита.  Alchuri (Alchori; Aschudi), Shigar Valley, Skardu District, Baltistan,

Gilgit-Baltistan (Northern Areas), Pakistan. Фото Rudy Bolona

 

Двойник сфена(титанита). Auernig, Mallnitz, Ankogel group, Hohe Tauern,

Carinthia, Austria. Фото Rudolf Hasler

 

Кристаллы ортоклаза могут двойниковаться по нескольким законам - карлсбадскому, бавенскому, манебахскому и т.д.

 

Бавенский двойник.  Baveno, Verbano-Cusio-Ossola Province, Piedmont, Italy

 

Микроклин.  Kashale, Konso, Sidamo-Borana Province, Ethiopia . Фото Rock Сurrier

 

Ромбическая сингония.

Для всех минералов группы арагонита характерно двойникование с двойниковой плоскостью, приводящее к образованию контактных или, реже, взаимопрорастающих двойников, имеющих циклическое строение  (с двумя или более чередующимися индивидами), или же полисинтетических. В двойниках циклического типа проявляется псевдогексагональная симметрия, поэтому арагонит иногда по ошибке относят к гексагональной сингонии. Контактовые двойники, как простые, так и циклически повторяющиеся, обнаружены также в марказите и арсенопирите.

 

Двойник арсенопирита.  Osogovo Mts, Kyustendil Oblast, Bulgaria. Quebul Fine Minerals

 

Двойники марказита.  Fayerweather Quarry (Stockholm Quarry, Tiffany Construction Div, Edward Kraemer and Sons Inc.),

Pepin Co., Wisconsin, USA. Фото William Cordi

 

Ставролит обычно образует перекрещенные кристаллы, которые относятся к типу взаимопрорастающих. Индивиды таких двойников образуют почти идеальный крест. В некоторых случаях, когда двойниковая плоскость другая, то двойник напоминает ножки козел для пилки дров, причем индивиды образуют угол около 60 градусов. Кстати, подобные образцы ставролита являются чуть ли не визитной карточкой России на  минералогических выставках по всему Миру.

 

Ставролит. Semiostrov'e, Keivy Mountains, Kola Peninsula, Murmanskaja Oblast.

Northern Region, Russia. Фото Bolker Betz.

 

Двойники ставролита.  Fanzeres, Gondomar, Porto District, Portugal. Фото Rui Nunes

 

В качестве еще одного примера может служить гемиморфит.

Тригональная и гексагональная сингония

Выше уже говорилось, что двойникование характерно для кальцита и кварца.

Три типа двойников весьма обычны для кварца.

Бразильские (оптические) двойники.В них срастаются правые и левые индивиды кварца, причем наблюдается их взаимное прорастание, но индивиды обычно разделяются плоскими поверхностями. Сложное двойникование такого типа делает кварц абсолютно непригодным для оптических и электронно-технических целей. Оно легко устанавливается с помощью петрографического микроскопа.

 

Бразильский двойник кварца. Mount Malosa, Zomba District, Malawi. Фото A. Recnik

 

Дофинейские (электрические) двойникис двойниковой плоскостью, связывающей правый и левый индивиды; поверхность раздела индивидов весьма неправильна. В дофинейских двойниках характерная для кристаллов кварца горизонтальная штриховка на гранях призм пересекается неправильной линией, указывающей на положение границы раздела двух индивидов. Грани положительного ромбоэдра (это одна из кристаллографических форм из которых построен кристалл кварца) одного из индивидов в дофинейском двойнике совпадают с гранями отрицательного ромбоэдра (а это - другая простая форма, из которой построен кристалл кварца)  другого индивида; при этом на большей части граней ромбоэдра образуется неправильная линия, разделяющая две части двойника.  В случае если хорошо развиты грани тригонального трапецоэдра, правые и левые его формы при двойниковании повторяются и образуются 12 граней, напоминающих гексагональный трапецоэдр. Этот тип двойникования также делает кристаллы непригодными для электротехнических целей, так как индивиды обладают противоположно направленными осями симметрии в двух индивидах. Этот факт нельзя установить с помощью микроскопа, так как индивиды ориентированы оптически одинаково. Он выявляется путем наблюдения с точечным источником света фигур травления после воздействия на кварц плавиковой кислотой или двойным фторидом аммония.

Японские двойники. Контактные двойники этого типа состоят из двух индивидов, оси симметрии которых пересекаются под углом 84 градуса 33 минуты, а одна пара призматических граней является общей для обеих частей двойника. Данный закон двойникования получил свое название благодаря широкому распространению двойников данного типа в Японии, на известном месторождении в провинции Каи.

 

Японский двойник кварца. JLM Claims, Passmore, Slocan Mining Division,

British Columbia, Canada. Фото Kyioschi Kiikuni

 

Известны также эстререльский, сардинский и брейтгауптский закон двойникования кварца.

Тетрагональная сингония. Наиболее типичные примеры двойникования кристаллов этой сингонии наблюдаются для минералов касситерита и рутила. Двойники рутила наиболее сложны и многообразны. Для касситерита весьма обычны как контактовые двойники, так и взаимные прорастания двойниковых индивидов. В рутиле многократное повторяющееся двойникование по одной из плоскостей может привести к образованию "коленчатых кристаллов" или полисинтетических двойников. Повторяющееся двойникование по различным эквивалентным граням одной из простых форм может привести к возникновению сложных шестерников или восьмерников. Двойникование настолько характерно для рутила, что бросающиеся в глаза коленчатые формы столбчатых или тонкопризматических кристаллов используют для диагностики этого минерала.

 

Двойник рутила с корундом. Fazenda do Vadi claim, Diamantina, Jequitinhonha valley,

Minas Gerais, Brazil. Фото A. Recnik

 

Восьмерник рутила. Magnet Cove, Hot Spring Co., Arkansas, USA. Фото  Rock Currier

 

Двойник касситерита.  Horní Slavkov Schlaggenwald, Karlovy Vary Region,

Bohemia Bohmen-Boehmen Czech Republic.  Фото  Rob Lavinsky

 

Кубическая сингония. Двойникование, например, распространено в минералах группы шпинелей, не только в самой шпинели, но и среди других минералов с аналогичной симметрией. Для магнетита, например, типично пластинчатое двойникование, вызывающее штриховку на определенных гранях; по-видимому, эти же двойники приводят и к возникновению отдельности. Галенит образует контактовые или взаимопрорастающие двойники.  Кроме того, наблюдается пластинчатое двойникование, вызывающее образование штриховки, заметной на многих плоскостях спайности.

 

Двойник пирита. Avarela No. 2 quarry, Santa Maria, Obidos, Leiria District, Portugal. Фото Rui Nunes

 

Двойники сфалерита могут быть простыми  контактными или множественными, а также взаимопроникающими или пластинчатыми двойниками скольжения, которые образуются под действием одностороннего давления. Многие из двойников флюорита состоят из взаимопрорастающих  кубов.

Широко известны пиритовые двойники. Два прорастающих друг друга пиритоэдра образуют так называемый железный крест.

 

Двойник пирита. Maibolte Quarry, Dörentrup_Lemgo,  Eastern Westphalia,

North Rhine-Westphalia, Germany.  Фото Giafranco Ciccolini

 

Таким образом, изучение явления двойникования в кристаллах важно, как и для их правильной диагностики, так и в практически целях, на производстве.

http://cryst.geol.msu.ru/appliances/pics/twins.jpg

В данной статье использованы материалы проф. Э .М. Спиридонова, работы Б. З. Кантора и В. А. Слётова и некоторые классические университетские учебники.

Кроме того, рекомендуем ознакомиться со следующей литературой:

1.      Л. Берри, Б. Мейсон, М.Дитрих (1987) Минералогия. Теоретические основы. Описание минералов. Диагностические таблицы, М., Мир, 1987, 592 с.

2.      B. Z. Kantor (2003): Crystal Growths and development: Interpreted from a mineral's present form. Mineralogical Almanac, volume 6, 2003, 138p.

Пожелания по поводу улучшения данной статьи просьба направлять Дмитрию Тонкачееву по адресу: dtonkach@geol.msu.ru

 

 

Двойник шпинели.  Mogok Township, Pyin-Oo-Lwin District,

Mandalay Division, Burma (Myanmar).  Фото Rob Lavinsky


Другие статьи