Kohle ist ein Sedimentgestein, das bei der Entstehung der Erde entsteht. Kohle ist ein ausgezeichneter Brennstoff. Es wird angenommen, dass dies die älteste Art von Brennstoff ist, die unsere fernen Vorfahren verwendeten.

Wie entsteht Kohle?

Um Kohle zu bilden, wird eine große Menge Pflanzenmaterial benötigt. Und es ist besser, wenn sich die Pflanzen an einem Ort ansammeln und keine Zeit haben, sich vollständig zu zersetzen. Der ideale Ort dafür sind Sümpfe. Das Wasser darin ist sauerstoffarm, was das Leben von Bakterien verhindert.

Pflanzenmaterial sammelt sich in Sümpfen an. Ohne Zeit zur vollständigen Verrottung zu haben, wird es durch nachfolgende Bodenablagerungen verdichtet. So entsteht Torf – der Ausgangsstoff für Kohle. Die folgenden Erdschichten scheinen den Torf im Boden zu versiegeln. Dadurch wird ihm der Sauerstoff und das Wasser vollständig entzogen und es entsteht ein Kohleflöz. Dieser Prozess ist langwierig. So entstanden die meisten modernen Kohlevorkommen im Paläozoikum, also vor mehr als 300 Millionen Jahren.

Eigenschaften und Arten von Kohle

(Braunkohle)

Die chemische Zusammensetzung der Kohle hängt von ihrem Alter ab.

Die jüngste Art ist Braunkohle. Es liegt in einer Tiefe von etwa 1 km. Es ist noch viel Wasser drin – etwa 43 %. Enthält eine große Menge flüchtiger Substanzen. Es entzündet und brennt gut, erzeugt aber wenig Hitze.

Steinkohle ist in dieser Klassifizierung eine Art „Mittelbauer“. Es liegt in Tiefen von bis zu 3 km. Da der Druck in den oberen Schichten größer ist, ist der Wassergehalt in der Kohle geringer – etwa 12 %, flüchtige Stoffe – bis zu 32 %, Kohlenstoff enthält jedoch 75 % bis 95 %. Es ist auch brennbar, brennt aber besser. Und aufgrund der geringen Feuchtigkeitsmenge gibt es mehr Wärme ab.

Anthrazit- eine ältere Rasse. Es liegt in einer Tiefe von etwa 5 km. Es enthält mehr Kohlenstoff und praktisch keine Feuchtigkeit. Anthrazit ist ein fester Brennstoff und entzündet sich nicht gut, aber die spezifische Verbrennungswärme ist mit bis zu 7400 kcal/kg am höchsten.

(Anthrazitkohle)

Anthrazit ist jedoch nicht die letzte Stufe der Umwandlung organischer Stoffe. Unter härteren Bedingungen wandelt sich Kohle in Shuntit um. Bei höheren Temperaturen entsteht Graphit. Und unter ultrahohem Druck verwandelt sich Kohle in Diamant. Alle diese Stoffe – von Pflanzen bis zu Diamanten – bestehen aus Kohlenstoff, nur die molekulare Struktur ist unterschiedlich.

Zusätzlich zu den Hauptbestandteilen enthält Kohle häufig verschiedene „Gesteine“. Dabei handelt es sich um Verunreinigungen, die nicht verbrennen, sondern Schlacke bilden. Kohle enthält auch Schwefel und sein Gehalt wird durch den Ort bestimmt, an dem die Kohle entsteht. Bei der Verbrennung reagiert es mit Sauerstoff und bildet Schwefelsäure. Je weniger Verunreinigungen in der Kohle enthalten sind, desto höher wird ihr Wert bewertet.

Kohlevorkommen

Der Standort der Steinkohle wird als Kohlebecken bezeichnet. Weltweit sind über 3,6 Tausend Kohlebecken bekannt. Ihr Gebiet nimmt etwa 15 % der Landfläche der Erde ein. Der größte Anteil der weltweiten Kohlereserven befindet sich in den Vereinigten Staaten – 23 %. An zweiter Stelle liegt Russland mit 13 %. China schließt mit 11 % die Top-3-Länder ab. Die größten Kohlevorkommen der Welt befinden sich in den USA. Dies ist das Kohlebecken der Appalachen, dessen Reserven 1.600 Milliarden Tonnen übersteigen.

In Russland ist Kusnezk in der Region Kemerowo das größte Kohlebecken. Die Kusbass-Reserven belaufen sich auf 640 Milliarden Tonnen.

Die Erschließung der Lagerstätten in Jakutien (Elginskoje) und Tuwa (Elegestskoje) ist vielversprechend.

Kohle abbauen

Abhängig von der Tiefe des Kohlevorkommens kommen entweder geschlossene oder offene Abbaumethoden zum Einsatz.

Geschlossenes oder untertägiges Bergbauverfahren. Für diese Methode werden Minenschächte und Stollen gebaut. Minenschächte werden gebaut, wenn die Tiefe der Kohle 45 Meter oder mehr beträgt. Von dort führt ein horizontaler Tunnel – ein Stollen.

Es gibt zwei geschlossene Bergbausysteme: den Raum- und Pfeilerbergbau und den Strebbergbau. Das erste System ist weniger wirtschaftlich. Es wird nur in Fällen verwendet, in denen die entdeckten Schichten dick sind. Das zweite System ist viel sicherer und praktischer. Es ermöglicht den Abbau von bis zu 80 % des Gesteins und die gleichmäßige Förderung der Kohle an die Oberfläche.

Die offene Methode wird verwendet, wenn die Kohle flach liegt. Sie analysieren zunächst die Härte des Bodens, ermitteln den Verwitterungsgrad des Bodens und die Schichtung der Deckschicht. Wenn der Boden über den Kohleflözen weich ist, reicht der Einsatz von Bulldozern und Scrapern aus. Ist die Oberschicht dick, werden Bagger und Schleppleinen eingesetzt. Die über der Kohle liegende dicke Hartgesteinsschicht wird gesprengt.

Anwendung von Kohle

Der Einsatzbereich von Kohle ist einfach riesig.

Aus Kohle werden Schwefel, Vanadium, Germanium, Zink und Blei gewonnen.

Kohle selbst ist ein ausgezeichneter Brennstoff.

Wird in der Metallurgie zum Schmelzen von Eisen sowie bei der Herstellung von Gusseisen und Stahl verwendet.

Die bei der Kohleverbrennung anfallende Asche wird zur Herstellung von Baustoffen verwendet.

Aus Kohle werden nach spezieller Aufbereitung Benzol und Xylol gewonnen, die zur Herstellung von Lacken, Farben, Lösungsmitteln und Linoleum verwendet werden.

Durch die Verflüssigung von Kohle wird erstklassiger flüssiger Brennstoff gewonnen.

Kohle ist der Rohstoff für die Herstellung von Graphit. Sowie Naphthalin und eine Reihe anderer aromatischer Verbindungen.

Durch die chemische Verarbeitung von Kohle werden derzeit über 400 Arten von Industrieprodukten gewonnen.

Eine junge, sich noch entwickelnde Welt besteht immer aus Stein, Wasser und Feuer. Genau so sah der Planet vor einer Milliarde Jahren aus. Der Himmel war mit Gewitterwolken bedeckt, in denen sich die Flammen ausbrechender Vulkane und das tosende, ewig stürmische Meer spiegelten.

Im verrückten Chaos von Blitzen, Donner und dem Brüllen der Vulkane wurde es geboren. So ist es heute, gemütlich und grün, doch damals sah alles ganz anders aus. Das Land, das in ständigen Wellen nervös zitterte, schleuderte aus sich heraus, was später zu Basalt und Gneis werden sollte.

Die Berge, die wie riesige Monster aufeinander krochen, nagten und verstümmelten sich gegenseitig und ließen riesige Granit- und Gabbroblöcke fallen.

Erst mit der Zeit wurde die Erde allmählich von den Geburtswehen befreit und beruhigte sich, von Zeit zu Zeit warf sie Säulen von Vulkanausbrüchen in den sich allmählich aufklärenden Himmel und erschütterte die felsige Oberfläche, wodurch einzelne Blöcke und Felsen zerbröckelten und zermahlen wurden.

Welt des Wassers

Das Klima wurde allmählich milder. Warmes Wasser füllte die Niederungen und Senken und in ihnen entstand solches Leben. Außergewöhnliche Krebs- und Weichtiere haben sich in den warmen Meeren überraschend stark verbreitet. Als sie starben, bedeckten sie buchstäblich den Boden mit ihren Muscheln und Muscheln. Im warmen Brackwasser tauchten immer mehr Schalentiere auf, die Schicht ihrer Überreste am Boden wurde dicker, dichter und härter. Unter ihrem eigenen Gewicht zusammengebrochen, vermischten sich die Schalen, als wären sie miteinander verschmolzen, und verwandelten sich in feste Steinblöcke.

Auf einem rollenden Stein wächst kein Moos

Bei den im Alltag gefundenen Steinen handelt es sich in den meisten Fällen um Überreste entweder zerstörter Sedimentgesteine, die etwa 75 % der Gesamtzahl der Steine ​​ausmachen, oder um metamorphe Gesteine ​​in der Größenordnung von 18–20 %, also Gesteine, die zerstört wurden verändert sich innerhalb der Erde unter dem Einfluss von Druck und Temperatur. Alles andere sind magmatische Gesteine ​​wie Granite und Basalte. Quellgesteine ​​aus den Tiefen des Planeten.

Alle diese Felsblöcke erhielten ihr heutiges Aussehen vor allem durch die Verwitterung an Land und das Herumrollen im Flusswasser. Nur ein kleiner Teil der Ausreißersteine ​​in den Ebenen hat, wenn nicht ihr ursprüngliches, so doch zumindest ein ziemlich antikes Aussehen bewahrt, sie wurden jedoch auch durch Verwitterung beeinträchtigt, was sich besonders dann bemerkbar macht, wenn der Felsbrocken oder Ausreißer zusammengesetzt ist aus Sedimentgesteinen, die durch atmosphärische Phänomene relativ leicht zerstört werden. Ein Beispiel sind die charakteristischen Verwitterungsfiguren im Tal der Geister auf Süd-Demerdzhi im Krimgebirge.

Die meisten Menschen wissen von Diamanten nur, dass es sich um die härtesten Mineralien auf dem Planeten handelt und dass sie zur Herstellung von Diamanten verwendet werden. Aber die Antwort auf eine interessante Frage, wie sie entstehen, ist nur wenigen Menschen unbekannt. Erfahren Sie mehr über den Ursprung dieses Minerals.

Es ist zu beachten, dass „Könige der Steine“ auf verschiedene Weise gebildet werden. Wissenschaftler sind sich in dieser Frage noch nicht einig, daher stellen wir die gängigsten Hypothesen über die Herkunft des Steins vor. Es ist nur bekannt, dass diese Nichtmetalle unter starkem Druck auf Kohlenstoff gewonnen werden. Ihre Herstellung ist sehr teuer, was einer der Gründe dafür ist, dass die Kosten so hoch sind. Der zweite Grund ist eine Vielzahl nützlicher Eigenschaften, die vom Menschen seit langem aktiv genutzt werden.

Kind des Meteoriten

Bereits im 19. Jahrhundert entdeckten Wissenschaftler Diamantkristalle, als sie einen Meteoriten untersuchten, der auf die Erde fiel. Wie sich herausstellte, entsteht dieses Mineral, wie viele andere Bestandteile eines Meteoriten, wenn ein Himmelskörper mit der Oberfläche eines Planeten kollidiert. Dies geschieht aufgrund des enormen Drucks und der enormen Temperatur, die beim Aufprall auf den Kohlenstoff ausgeübt werden. Allerdings bilden sich in einem Meteoriten nur sehr wenige Kristalle. Sie werden Impaktiten genannt.

Mantelmagmatische Theorie

Einige Forscher gehen davon aus, dass Diamanten in der Natur vor zwischen 100 Millionen und 2,5 Milliarden Jahren im Untergrund entstanden sind. Dort wurden, wie Wissenschaftler versichern, die geeignetsten Bedingungen für die Bildung von Mineralien geschaffen: enormer Druck, erhöhte Temperatur, eine homogene Umgebung und das Fehlen eines Temperaturgradienten.

Und durch explosive Prozesse (vulkanische Aktivität usw.) wurden diese Mineralien an die Erdoberfläche gebracht, woraus folgt, dass sich die größten Nichtmetallvorkommen in der Nähe von Löchern in der Erdkruste befinden. Diese Theorie erklärt auch, wie das Mineral am Grund der Ozeane vorkommt.

Riesiger Weltraumball

Die Frage, woher Diamanten kommen, wurde aus verschiedenen Blickwinkeln untersucht. Als die Erforschung dieser Steine ​​mit Meteoritenursprung begann, glaubten einige Wissenschaftler, dass das Mineral im Weltraum von riesigen Diamantplaneten abbricht und in Verbindung mit einem Meteoriten zur Erde fliegt.

Diese Theorie wurde nicht bestätigt: Die Kristalle entstanden genau wie oben beschrieben. Allerdings gibt es im Weltraum tatsächlich mindestens einen Körper, der teilweise aus einem wertvollen Stein besteht. Der weiße Zwergstern Lucy im Sternbild Zentaur hat einen Kern aus reinem Diamant. Sein Gewicht ist schwer genau zu berechnen: Wissenschaftler sprechen von Billionen Billionen Karat, und der Durchmesser des Kugelkerns beträgt etwa 4.000 Kilometer.

Synthetische Mineralien

Die Menschen haben schon lange davon geträumt, zu lernen, wie man dieses Nichtmetall selbst herstellen kann, doch dies geschah erst im 20. Jahrhundert. Kohlenstoff, genauer gesagt seine Quelle Graphit, ist extremem Druck und hohen Temperaturen ausgesetzt. Dies geschieht mittels einer hydraulischen Presse und elektrischem Strom. Diamanten auf diese Weise zu formen ist zuverlässig, aber teuer.

Es gibt zwei weitere Methoden, mit denen künstliche „Könige der Steine“ entstehen: durch die Einwirkung einer Explosion und durch die Züchtung von Kristallen in einer Methanumgebung. Künstliche Mineralien werden in der Produktion häufiger verwendet als in Schmuck, obwohl sie den natürlichen in nichts nachstehen.

Die Produktionsgrundlage Kohlenstoff ist ein sehr verbreitetes Material, daher gibt es keine Probleme bei der Gewinnung von Rohstoffen für die künstliche Herstellung von Steinen. Der beste Rohstoff hinsichtlich Preis, Qualität und Verfügbarkeit ist Graphit, weshalb er am häufigsten verwendet wird.

Die synthetische Herstellung solcher Steine ​​trug übrigens zur Entdeckung eines neuen, noch haltbareren Materials bei. Es hieß ACNR. Dieser Stein, der durch Hitze auch aus Kohlenstoff entstehen kann, kann sogar einen Diamanten zerkratzen. Vielleicht werden zukünftige Generationen es in der Praxis umfassend nutzen.

Einlagen und Produktion

Der Abbau von diamanthaltigem Gestein ist eine sehr schwierige Angelegenheit. Es ist notwendig, eine Lagerstätte zu finden, sie zu erschließen und erst dann mit dem eigentlichen Abbauprozess zu beginnen. Das Erz wird maschinell abgebaut, dann zerkleinert und sortiert, um reines Kimberlitgestein als Rohmaterial zu isolieren.

Anschließend wird der Kimberlit zur Produktion geschickt, wo er nach Größe und Gehalt sortiert wird. Anschließend sind die Diamanten für die weitere Verwendung bereit. Ein Teil wird zur Herstellung eines Diamanten verwendet, ein Teil wird für verschiedene Geräte verwendet.

Kimberlit-Erz kommt auf der gesamten Erdoberfläche vor, mit Ausnahme der Antarktis. Die Spitzenreiter in Bezug auf die Reserven dieses wertvollen Steins sind Russland, Kanada und Botswana. Die ersten Entwicklungen erfolgten im 17. Jahrhundert.

Der sogenannte „König der Steine“ lockt seit langem Menschen mit seinen vielen wohltuenden Eigenschaften an, von denen die wichtigste seine unglaubliche Härte ist. Aber Kristalle zu bekommen ist nicht so einfach, vor allem wenn man bedenkt, dass der Ursprung von Diamanten noch lange nicht vollständig geklärt ist. Hoffen wir, dass Wissenschaftler dieses Problem bald lösen und genau verstehen, wie Mineralvorkommen entstehen. Dadurch wird der Einsatzbereich erheblich erweitert und das Arbeitsvolumen dort, wo der Stein bereits verwendet wird, erhöht.

Natursteine ​​beeindrucken uns durch ihre Vielfalt. Es gibt Tausende von Gesteinsarten, jede mit ihrer eigenen Struktur, Farbe und Transparenz. Manche von ihnen begegnen uns auf Schritt und Tritt, andere, zum Beispiel kostbare Exemplare, sind nur auf den Ladentischen von Juwelieren zu sehen, wieder andere sind seltene Sammlerstücke und für die meisten Menschen nur in Form von Fotos zugänglich. Können solche unterschiedlichen Steine ​​einen gemeinsamen Ursprung haben? Warum entdecken Geologen auf weit voneinander entfernten Kontinenten Mineralien, deren Zusammensetzung absolut identisch ist?

Was ist ein Stein?

Stein ist eine natürliche Formation, die normalerweise eine hohe Härte aufweist. Manche, wie zum Beispiel der Edeldiamant, bestehen nur aus einem chemischen Element, die meisten Steine ​​haben jedoch eine viel komplexere Zusammensetzung. Steine ​​bewahren die Vergangenheit der Erde und die darin enthaltenen Mineralien werden zum Aufbau ihrer Zukunft genutzt.

Die Vielfalt der Steine ​​ist erstaunlich. Sie unterscheiden sich in einer Reihe von Parametern voneinander:

• chemische Formel (kann ein oder mehrere Elemente enthalten);
• Struktur (körnig, kristallin);
• Dichte (geschichtet, porös, monolithisch);
• Herkunft (sedimentär, metamorph, magmatisch);
• Farbe;
• Transparenz;
• Fähigkeit, mit Chemikalien zu reagieren;
• spezifisches Gewicht;
• Härte.

Wie entstehen Gesteine ​​in der Natur?

Feste Stücke verschiedener Gesteine ​​stehen für Statik und Beständigkeit. Wenn wir einen Stein betrachten, fällt es uns schwer, uns vorzustellen, dass er einst in Form isolierter chemischer Elemente, einfacherer Mineralien oder sogar Lebewesen existierte. Woher kommen Steine? Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie Steine ​​erscheinen:

• sie können in den tiefen Eingeweiden der Erde aus Magma entstehen und werden dann magmatisch genannt;
• entstehen durch die Degeneration einiger Gesteine ​​in andere, wie im Fall metamorpher Steine;
• eine Ansammlung von altem Pflanzen- oder Tiermaterial, ausgefällten Mineralsalzen, sein, aus denen später Sedimentgesteine ​​gebildet wurden;
• fallen als Meteoritenfragmente aus dem Weltraum auf die Erde.

Magmatischen Ursprungs

Die Mineralien dieser Gesteinsgruppe haben denselben Ursprung wie die Mineralien, aus denen die Erde entstand. Anstelle des Globus befand sich zunächst nur eine heiße Wolke aus gasförmigen Stoffen. Unter dem Einfluss der Schwerkraft bewegten sich einige von ihnen in die Mitte und kollabierten zu einem festen Kern. Der andere, äußere Teil verhärtete sich aufgrund des Temperaturabfalls und wurde zur Erdkruste. Die Lücke zwischen dem Kern und der Kruste war von einer Schicht namens Magma besetzt.

Es hatte eine hohe Temperatur und einen hohen Druck und bestand aus geschmolzenen Mineralien. Manchmal durchbrach die magmatische Schicht die schwächsten Bereiche der Erdkruste, drang durch diese Verwerfungen näher an die Oberfläche ein und erstarrte dort zu kolossalen Gesteinsschichten. Aufgrund ihrer Entstehung aus Magma werden solche Gesteine ​​„magmatisch“ genannt. Ein markantes Beispiel für einen Vertreter dieser Mineralgruppe ist das bekannte Verkleidungs- und Dekorationsmaterial Granit.

Granit

Sedimentärer Ursprung

Was sind Sedimentgesteine ​​und woher kommen sie? Diese Art von Stein entsteht aus Sedimenten. Je nach Beschaffenheit werden verschiedene Arten von Sedimentgesteinen unterschieden:

• klastische Gesteine ​​entstehen durch Verwitterung aus Fragmenten anderer Gesteine ​​(Beispiele für solche Mineralien sind Schiefer und Sandstein);
• chemische Sedimentgesteine ​​entstehen, wenn im Wasser gelöste Stoffe ausfallen (typische Vertreter: Steinsalz, Eisenerz, Feuerstein und einige Kalksteine);
• Organische Sedimentgesteine ​​entstehen durch die Ansammlung toter Tiere oder Pflanzenorganismen sowie ihrer Stoffwechselprodukte (beispielsweise Kohle, einige Arten von Kalkstein oder Dolomit).

Die meisten Sedimentmineralien haben ein bescheidenes Aussehen und sind bei Juwelieren nicht gefragt, was jedoch durch andere Qualitäten mehr als ausgeglichen wird.

Eisenerz, Ölschiefer und Steinsalz sind Vertreter von Sedimentgesteinen, die für die Wirtschaft vieler Länder und moderne Industrien von großer Bedeutung sind.

Metamorphische Entstehungsweise

Bei Bewegungen der Erdplatten oder Erdbeben kommt es zu einer Vermischung der Schichten der Erdkruste, wodurch sich zuvor gebildete Gesteine ​​in einem anderen Zustand befinden und sich in neue verwandeln. Metamorphe Gesteine ​​sind Gesteine, die unter Bedingungen hohen Drucks und hoher Temperatur rekristallisiert wurden.

Gneis

Metamorphe Gesteine ​​werden unterteilt in:

• geschichtet (Gneis, Phyllit, Schiefer);
• nicht geschichtet (Marmor, Quarzit, Novakulit).

Jedes dieser Gesteine ​​besteht nicht aus isolierten Chemikalien, sondern aus einem anderen Mineral. Der Vorgänger von Marmor ist beispielsweise Kalkstein, und Quarzit entsteht aus lockerem Sandstein. Zu den metamorphen Gesteinen zählen die Kristalle der meisten Edelsteine. Sie wachsen in Gesteinen unter dem Einfluss hoher Temperaturen und Druck.

Quarzit

Gäste aus dem Weltraum - Meteoriten

Jedes Jahr erlebt unser Planet Meteoritenschauer. Während eines solchen Durchgangs werden einige Meteoriten angezogen und fallen unter dem Einfluss der Gravitationskräfte auf die Erde. Einige von ihnen verglühen vollständig in den Schichten der Atmosphäre, andere gelangen in Form von Meteoritensteinen an die Erdoberfläche.

Diese Fragmente sind viel älter als unser Planet; sie können mit Sicherheit als eine der ältesten Substanzen nicht nur in der Natur, sondern auch im Universum angesehen werden. Welche Arten von Meteoriten gibt es? Wenn wir über ihre Zusammensetzung sprechen, können alle Proben in drei Gruppen eingeteilt werden:

• Eisenmeteoriten (enthalten 90 bis 95 % Eisen, der Rest besteht aus Nickel und anderen Elementen);
• Stein (die meisten Exemplare sind mit einer dichten, glänzenden Kruste bedeckt, die durch das Schmelzen der Steinoberfläche beim Durchgang der Atmosphäre entsteht);
• Steineisen (bestehen aus Stein, Eisen und Nickel und werden je nach Zusammensetzung in Mesosiderite und Pallasite unterteilt).

Meteorit

Aus dem Weltraum geflogene Meteoritensteine ​​sind ein seltener Fund und für viele Sammler eine Quelle des Stolzes. Einige Arten von Meteoriten sind sehr schön, wie zum Beispiel Pallasit. Dieser Stein ist mit grünlichen Einschlüssen aus Olivin verziert, was ihm ein ungewöhnliches Aussehen verleiht. Einzelne Proben können etwa tausend Dollar pro Gramm kosten, sind also weitaus wertvoller als Gold.

Woraus bestehen Natursteine?

Trotz der großen Vielfalt an Natursteinen basieren viele von ihnen auf einem von zwei Stoffen:

• Siliziumverbindungen oder Silikate. Steine, die Silikate in ihrer Formel enthalten, zeichnen sich durch ihre hohe Dichte und chemische Inertheit sowie Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen aus. Beispiele für solche Mineralien: Granit, die meisten Edelsteine ​​(Rubin, Smaragd, Topas);
• Kalziumkarbonat. Die auf dieser Verbindung basierenden Steine ​​stammen meist aus Ansammlungen pflanzlicher und tierischer Überreste, die im Laufe der Zeit komprimiert wurden. Sie sind lockerer und werden durch Säuren und Laugen leichter zerstört. Vertreter solcher Mineralien: Kreide, Kohle, Kalkstein, Marmor.

Neben Steinen mit einer so typischen chemischen Zusammensetzung hat die Natur so einzigartige Mineralformationen wie den Diamanten geschaffen. Es besteht nur aus einem Element – ​​Kohlenstoff. Kohlenstoffatome im Diamant sind in einem Gitter angeordnet und durch eine der stärksten chemischen Bindungen – kovalente Bindungen – miteinander verbunden. Dadurch übertrifft die Härte des Diamanten alle anderen dem Menschen bekannten Mineralien.

Zu Beginn wurde bereits darüber gesprochen, welche natürlichen geologischen Prozesse existieren. Die meisten Edelsteine ​​entstehen durch Prozesse, die hohe Temperaturen und Drücke erfordern.

Damit ein Mineral einen guten Kristall bilden kann, braucht es Wachstumsbedingungen, also Freiraum. Typischerweise sind Gesteine ​​sehr dicht und die darin gebildeten Mineralien haben unregelmäßige Formen. Transparente und nahezu ideal geformte Edelsteinkristalle bilden sich in Rissen, Hohlräumen und anderen Hohlräumen. Kristalle aus Topas, Smaragden, Turmalinen wachsen in den Kammern und Knötchen von Pegmatiten; in den Hohlräumen von Quarzadern wachsen Kristalle aus Amethyst, Bergkristall usw. Bei exogenen Prozessen, wenn es zur Zerstörung und Verwitterung von Gesteinen kommt, werden Edelsteine ​​als stabiler , werden in Verwitterungskruste und Seifen geschützt und angereichert. Dadurch sind sie für den Bergbau besser zugänglich, da sich Mineralien viel einfacher aus Lockergestein gewinnen lassen als aus Hartgestein.

Bei der künstlichen Züchtung von Kristallen in Geräten werden die gleichen physikalischen und chemischen Bedingungen geschaffen, die für natürliche Prozesse charakteristisch sind. Sogar einige von Geologen und Mineralogen seit langem verwendete Begriffe haben Eingang in die Fachsprache gefunden, beispielsweise der Begriff „hydrothermale Bedingungen“.

Einkristalle aus einer Reihe von Elementen und vielen chemischen Substanzen weisen bemerkenswerte mechanische, elektrische, magnetische und optische Eigenschaften auf. Diamant ist beispielsweise härter als jedes andere auf der Erde vorkommende Mineral. Quarz- und Glimmerkristalle verfügen über eine Reihe elektrischer Eigenschaften, die ihnen eine breite Anwendung in der Technologie ermöglichen. Bei der Herstellung optischer Instrumente werden Kristalle aus Fluorit, Turmalin, Islandspat, Rubin und vielen anderen verwendet.

Leider sind in der Natur Einkristalle der meisten Stoffe ohne Risse, Verunreinigungen und andere Mängel selten. Dies hat dazu geführt, dass viele Kristalle im Laufe der Jahrtausende von den Menschen als Edelsteine ​​bezeichnet wurden. Diamant, Rubin, Saphir, Amethyst und andere Edelsteine ​​werden seit langem von den Menschen hoch geschätzt, vor allem nicht wegen ihrer besonderen mechanischen oder anderen physikalischen Eigenschaften, sondern nur wegen ihrer Seltenheit. Die Entwicklung von Wissenschaft und Technologie hat dazu geführt, dass viele selten in der Natur vorkommende Edelsteine ​​oder einfach nur Kristalle für die Herstellung von Geräteteilen sehr notwendig geworden sind. Die Nachfrage nach vielen Kristallen ist so stark gestiegen, dass es unmöglich war, sie durch die Ausweitung des Produktionsumfangs alter und die Suche nach neuen natürlichen Vorkommen zu befriedigen.

Darüber hinaus werden in vielen Bereichen der Technik und insbesondere der wissenschaftlichen Forschung zunehmend Einkristalle von sehr hoher chemischer Reinheit und perfekter Kristallstruktur benötigt. In der Natur vorkommende Kristalle erfüllen diese Anforderungen nicht, da sie unter Bedingungen wachsen, die alles andere als ideal sind.

Somit entstand die Aufgabe, eine Technologie zur künstlichen Herstellung von Einkristallen zu entwickeln.

Der Mensch hat schon vor langer Zeit erste Versuche unternommen, wunderbare Mineralien künstlich zu gewinnen. Bereits im Mittelalter versuchten Alchemisten mit Hilfe des Steins der Weisen, einfache Stoffe in Edelsteine ​​zu verwandeln. Doch all dies waren Versuche mit ungeeigneten Mitteln, denn Alchemisten hatten überhaupt keine Ahnung von den Gesetzmäßigkeiten des Aufbaus der Materie. Der Erfolg stellte sich erst ein, als der Prozess der Mineralbildung hinreichend verstanden wurde. Derzeit gibt es eine Reihe von Methoden zur Kristallzüchtung. Das Ausgangsmaterial kann fest, gelöst oder geschmolzen sein und sogar in gasförmigem Zustand vorliegen. Von den über 3.000 in der Natur vorkommenden Mineralien wurden bereits mehrere Hundert künstlich gewonnen. Die Schwierigkeiten bei der Synthese hängen mit der Notwendigkeit einer sehr genauen Einhaltung des Kristallwachstumsregimes zusammen.

Aber auch künstlich gezüchtete Kristalle weisen häufig Mängel auf. Derzeit werden Experimente zur Züchtung von Kristallen im Weltraum unter Schwerelosigkeitsbedingungen durchgeführt. Die ersten Experimente auf dem Deck der Raumsonde Saljut zeigten, dass diese Richtung sehr vielversprechend ist.

Von allen wunderbaren Mineralien sind für die Bildung von Diamanten die höchsten Temperaturen und Drücke erforderlich. In der Natur kommen sie in sogenannten Kimberlitrohren vor, die durch Gasexplosionen in Tiefen von über 50 km entstehen. Kimberlit ist ein ultramafisches Gestein, benannt nach der Kimberley-Mine in Südafrika. Die Temperatur in diesen Tiefen beträgt 1000–1100 °C und der Druck übersteigt mehrere Dutzend Atmosphären. Aber selbst solch hohe Drücke reichen nicht aus. Wie die Synthese künstlicher Diamanten zeigt, erfordert ihre Entstehung wahrhaft ungeheure Drücke von Zehntausenden Atmosphären. Nur unter solchen Bedingungen kann sich Kohlenstoff, den wir aus Graphit kennen, aus dem Bleistifte hergestellt werden, in eine hexagonale Modifikation umwandeln und transparente Kristalle anstelle einer schwarzen Masse ergeben. Wie entstehen in den Tiefen der Erde solch hohe Drücke? Es wird beispielsweise angenommen, dass dies aufgrund des Kavitationsmechanismus einer lokalen Druckerhöhung infolge der Explosion von Gasblasen geschieht. Bei einer Explosion schleudert das halbzerstörte Kimberlit-Material entlang tektonischer Risse mit großer Wucht an die Erdoberfläche. Neben Diamanten finden sich in Kimberliten Cluster von Schmuckgranaten – violett-roter und orangeroter Pyrop sowie Chrysolith. Allerdings bleibt Chrysolith in Schmuckqualität als weniger stabiles Mineral nur in frischem, unverwittertem Gestein erhalten.

Die ersten diamanthaltigen Explosionsrohre wurden 1870 in Südafrika entdeckt. In den letzten Jahrzehnten wurden in Jakutien Diamantpfeifen entdeckt. Diamanten werden auch aus Placern abgebaut, die durch Erosion primärer Lagerstätten entstehen.

Vor etwa hundert Jahren versuchten die Menschen erstmals, synthetischen Diamanten zu erhalten. Der erste Erfolg gelang dem Engländer Gannay im Jahr 1889. Er gewann kleine Diamantkristalle in den Poren von Gusseisen, wo sich Knochenöl, Lithium und Kohlenstoff befanden. Das heiße Gusseisen wurde einer schnellen Abkühlung unterzogen. Diese ersten künstlichen Diamanten werden im British Museum aufbewahrt. Es ist niemandem gelungen, auf diese Weise neue Kristalle zu gewinnen, obwohl viele Versuche unternommen wurden. Die Gewinnung von Diamanten aus einfacher Kohle schien damals absolut fantastisch. Erinnern Sie sich an einen der Helden der Geschichte von H.G. Wells? Er füllte einen Stahlzylinder mit einer Graphitmischung und Sprengstoff und erhitzte ihn in einem Feuerraum. Dann ließ er es zwei Jahre lang abkühlen, sodass die Diamantkristalle eine beträchtliche Größe erreichten. G. Wells schreibt: „Ich habe beschlossen, meine Ausrüstung zwei Jahre lang abkühlen zu lassen, damit die Temperatur allmählich sinkt. Am Ende habe ich aufgehört, das Feuer am Laufen zu halten. Ich nahm den Zylinder heraus und öffnete ihn, er war immer noch so heiß, dass er mir die Hände verbrannte, kratzte die brüchige lavaartige Masse mit einem Meißel heraus und zerschmetterte sie mit einem Hammer auf einer gusseisernen Platte. Ich habe drei große und fünf kleine Diamanten entdeckt.“ Natürlich ist diese Methode zur Gewinnung von Diamanten absolut fantastisch, und Diamanten können auf diese Weise nicht gewonnen werden.

Und erst Mitte des 20. Jahrhunderts. Fantasie ist Wirklichkeit geworden. Im Jahr 1955 wurde eine spezielle Ausrüstung entwickelt, die bei Temperaturen von 1200–1500 °C einen Druck von Zehntausenden und Hunderttausenden Atmosphären erzeugt. 1960 wurde auf dem Juli-Plenum des Zentralkomitees der KPdSU die Produktion von synthetischem Diamant in der UdSSR angekündigt. Sowjetischer künstlicher Diamant der Marke CAM (synthetischer monokristalliner Diamant) wird seit 1965 in industriellen Mengen hergestellt. Diamanten werden aus mit Nickel vermischtem Graphitpulver hergestellt. Die Mischung wird in kleine bis zu 2-3 cm große Scheiben gepresst, die dann bei einem Druck von bis zu 10 * 109 Pa auf eine Temperatur von 2000-3000 °C erhitzt werden. Unter solch wirklich unglaublichen Bedingungen verwandelt sich Graphit in Diamant. Natürlich wurde vor dem Bau solch komplexer Anlagen der Prozess der Umwandlung von Graphit in Diamant theoretisch untersucht. Basierend auf den thermodynamischen Eigenschaften beider Mineralien wurde eine theoretische Graphit-Diamant-Übergangskurve berechnet.

Die resultierenden Kristalle haben eine kubische oder oktaedrische Form. Sie sind sogar härter als natürlicher Diamant. Die Produktion künstlicher Diamanten ist derzeit fast ausschließlich auf den Bedarf von Bohrgeräten und der Schleifindustrie ausgerichtet. Schmuckdiamantkristalle wurden bislang nur in geringen Mengen gewonnen.

Es wurde sogar ein spezieller Roboter entwickelt, der Diamanten herstellt.

Der Rohstoff Graphit wird auf die eiserne Handfläche des Roboters gelegt. Der Roboter legt Graphit in seine „Truhe“, einen Ofen, in dem der Graphit unter hohem Druck auf hohe Temperaturen erhitzt wird. Am Ende fällt erneut ein synthetischer Diamantkristall in Form einer kleinen Kugel auf die Handfläche des Roboters.

Methoden zur künstlichen Herstellung von Schmuckdiamanten unter Hochdruckbedingungen sind mittlerweile technisch beherrscht, jedoch aufgrund der geringen Prozessgeschwindigkeit wirtschaftlich nicht rentabel. Als vielversprechendste Methode gilt derzeit die Züchtung von Diamanten durch die gemeinsame Abscheidung von Graphit und Diamant bei Temperaturen von 1000–1200 °C aus kohlenstoffhaltigem Gas (CHi oder CSi). Anschließend wird der Graphit in einer Wasserstoffumgebung bei einem Druck von 5 * 105 - 20 * 105 Pa gebrannt und es entsteht ein reiner Diamant.

Wenden wir uns nun einer anderen Gruppe von Edelsteinen zu – Rubinen und Saphiren. Diese bemerkenswerten Mineralien, bei denen es sich um Aluminiumoxid (Tonerde) handelt, kommen natürlicherweise in verschiedenen magmatischen und metamorphen Gesteinen vor. Aluminiumoxid ist ein Bestandteil vieler Mineralien in Gesteinen. Damit es in freier Form als eigenständiges Mineral freigesetzt werden kann, muss das Gestein reich an Aluminium sein. Damit edler Rubin und Saphir anstelle von gewöhnlichem Korund mit gleicher chemischer Zusammensetzung hervorstechen, sind günstige Bedingungen für das Kristallwachstum und der Gehalt bestimmter chemischer Elemente im Gestein notwendig. Daher sind natürliche Vorkommen wertvoller Rubine und Saphire sehr selten. Die bekanntesten Vorkommen liegen in Indien und Sri Lanka.

Es ist sehr schwierig, Kristalle aus dichten metamorphen oder magmatischen Gesteinen zu gewinnen, daher sind Rest- und Seifenlagerstätten für die Gewinnung von Rubin und Saphir von größter Bedeutung.

Künstlicher Rubin wurde erstmals zu Beginn dieses Jahrhunderts in einem kleinen Labor in der Nähe von Paris gewonnen. Der herausragende sowjetische Mineraloge A.E. Fersman beschrieb dieses Labor im Jahr 1936: „In einer ruhigen Straße in einer Provinzstadt in der Nähe von Paris gibt es ein kleines, schmutziges Labor. In einem engen Raum, inmitten von Dämpfen und erhitzter Atmosphäre, stehen auf den Tischen mehrere zylindrische Geräte mit blauen Fenstern. Durch sie überwacht der Chemiker, was im Ofen geschieht, reguliert die Flamme, den Gasfluss und die Menge des ausgeblasenen weißen Pulvers. Nach einer kurzen Zeitspanne von 5-6 Stunden stoppt er den Ofen und entnimmt eine rote, transparente Birne von einem dünnen roten Stab.“ Diese Methode zur Gewinnung künstlichen Rubins ist als „Methode von Professor Verneuil“ bekannt. Aluminiumoxidpulver wird kontinuierlich in die Ofenzone eingespeist, wo die Wasserstoffverbrennung in Sauerstoff stattfindet. Bei der erzeugten hohen Temperatur schmilzt das Pulver. Tropfen der geschmolzenen Masse fallen herunter und fallen auf einen kleinen Rubinkristall, der hier als Samen platziert ist. Auf dem Samen kristallisiert eine transparente „Masse“ – ein birnenförmiger Einkristall aus Rubin, der allmählich nach oben wächst. In Russland sind derzeit Geräte des Popov-Systems in Betrieb, die es ermöglichen, synthetische Rubin-Einkristalle in Form von Stäben mit Durchmessern von 2-4 cm und einer Länge von bis zu 2 m zu gewinnen. Die neueste Methode für Bei der Herstellung von künstlichem Rubin und Saphir handelt es sich um die Diffusionsschmelzmethode, die nach und nach die Verneuil-Methode ersetzt.

Die rote Farbe des künstlichen Rubins wird durch die Zugabe von Chromoxid erreicht. Wenn dem Aluminiumoxidpulver andere Substanzen zugesetzt werden, erhält man die blaue Farbe von Saphir oder orange, gelbe, grüne, rosa und violette Farben, die in der Natur nicht vorkommen. Künstliche Rubine und Saphire sind reiner, transparenter und günstiger als natürliche. Sie werden häufig zur Herstellung von Schmuck verwendet.

Eine ganze Gruppe von Edelsteinen (Topas, Aquamarin, Smaragd, Turmalin, Amethyst, Bergkristall usw.) ist unter natürlichen Bedingungen mit Pegmatit- und hydrothermalen Formationen verbunden. Unter solchen Bedingungen findet Kristallwachstum in Gesteinshohlräumen statt. Die Abmessungen dieser Hohlräume können mehrere zehn Kubikmeter erreichen, obwohl ihr Volumen normalerweise mehrere Kubikdezimeter nicht überschreitet. Hohlräume entstehen unter dem Einfluss unterschiedlichster geologischer Ursachen und haben in der Mineralogie unterschiedliche Namen: Kammern, Häppchen, Geoden, Tonsillen usw. Die Kristalle in diesen Hohlräumen werden von heißen hydrothermalen Lösungen mit verschiedenen Substanzen gewaschen. Normalerweise wachsen in solchen Hohlräumen keine einzelnen Kristalle, sondern ganze Familien davon, die Drusen genannt werden. Wir erzählen Ihnen zum Beispiel, wie Smaragde in der Natur entstehen, die noch nicht künstlich gewonnen wurden. Smaragdvorkommen sind meist mit Pegmatiten verbunden, in denen sich Edelsteinkristalle in Kammern bilden. Auch in metamorphen Gesteinen, die mit berylliumhaltigen Lösungen verarbeitet wurden, sind Ablagerungen von Smaragden bekannt. Da die edle dunkelgrüne Farbe des Smaragds auf das Vorhandensein von Chrom im Mineral zurückzuführen ist, ist es notwendig, dass dieses Element in erheblichen Mengen im Gestein enthalten ist. Andernfalls entsteht anstelle eines Smaragds gewöhnlicher Beryll. Daher kommen Smaragdvorkommen am häufigsten zwischen ultramafischen Gesteinen vor, die reich an Chrom, Eisen, Magnesium und anderen Elementen sind. Ein Beispiel für solche Vorkommen sind die berühmten Minen des Urals. Bekannte Smaragdvorkommen in Kolumbien entstanden bei niedrigen Temperaturen von nicht mehr als 100 – 1800 °C durch das Eindringen mineralbildender Lösungen durch Kalkstein und die Ablagerung von Smaragden in Hohlräumen, die bei der Auflösung von Kalkstein mit heißen Lösungen entstanden.

Von dieser Gruppe wunderbarer Mineralien ist die künstliche Herstellung von Bergkristall das am besten beherrschte. Heutzutage werden in unserem Land fast alle Arten von Geräten, die Bergkristall (Quarz) verwenden, mit synthetischen Kristallen betrieben. Künstliche Bergkristalle werden unter hydrothermalen Bedingungen gewonnen. Mit dem Wort „hydrothermal“ beschreiben wir die natürlichen Bedingungen für die Bildung von Mineralien. In der Technik wird es auch verwendet, um die Bedingungen zur Gewinnung von Kristallen aus „heißem Wasser“ zu bezeichnen. Kristalle werden in speziellen Röhren gezüchtet – mehrere Meter hohe Autoklaven. Autoklaven bestehen aus rostfreiem, hochlegiertem Stahl und sind innen mit Silber beschichtet. Dies geschieht, um zu verhindern, dass sich am Rohr Rost bildet, der, wenn er in einen wachsenden Quarzkristall eindringt, verschiedene unerwünschte Defekte im Einkristall verursachen kann. Am Boden des Rohres befindet sich Quarzsand, durch den Wasser mit zugesetzten Alkalien sickert. Der Prozess findet bei Temperaturen von mehreren hundert Grad und hohem Druck statt. Unter diesen Bedingungen löst sich Siliciumdioxid in Wasser und eine gesättigte Siliciumdioxidlösung in Wasser wird über einen kleinen Quarzkeimkristall gespült, der oben im Autoklaven platziert ist. Der Kristall wächst mehrere Monate lang in einem Autoklaven, insbesondere reine Kristalle wachsen mehrere Jahre lang. Die Anforderungen an die Technologie sind sehr hoch: So kann sich das Temperaturregime während des gesamten Kristallwachstums nicht einmal um Bruchteile eines Grads ändern. Unter solchen Bedingungen entstehen Bergkristallkristalle mit einem Gewicht von bis zu 15 kg.

Bei der Entwicklung eines Geräts zur Züchtung künstlicher Kristalle nutzte der Mensch weitgehend die Erkenntnisse aus der Untersuchung der natürlichen Bedingungen für die Bildung des Minerals und stellte diese natürlichen Bedingungen in einem Autoklaven künstlich nach.

Eine weitere Gruppe von Silizium(IV)-oxiden sind jedoch Edelopale und Achate, die sich von gewöhnlichem Quarz durch ihren erheblichen Wassergehalt unterscheiden. Diese nichtkristallinen kolloformen Mineralien entstehen unter völlig anderen Bedingungen. In der Natur entstehen sie aus Kieselgel, das sich in den Hohlräumen von Laven ablagert – verfestigten Massen, die bei Vulkanausbrüchen entstehen. Diese Gesteine ​​werden vulkanisch oder effusiv genannt. Die Ausfällung von Kieselsäure in den Poren und Hohlräumen vulkanischer Gesteine ​​ist mit einem Absinken der Temperatur des Kieselgels auf 100–1500 °C verbunden. Auch in alten Verwitterungskrusten finden sich Ablagerungen von Edelopal. Es wird angenommen, dass es durch die Verdunstung des Grundwassers unter dem Einfluss eines trockenen Klimas zu einem Anstieg der Kieselsäurekonzentration und deren Niederschlag nahezu auf der Erdoberfläche kam. Die wichtigsten Edelopalvorkommen in Australien gehören zu diesem Typ.

Noch vor Kurzem wussten wir nichts über künstlichen Opal. Doch dann kam die Nachricht, dass der französische Chemiker Gilson weiße und schwarze synthetische Edelopale synthetisiert und auf den internationalen Markt gebracht hat, die alle äußeren Merkmale aufweisen, die für natürliche Edelopale charakteristisch sind, und vor allem eine Irritation. Selbst Edelsteinexperten fällt es schwer, synthetische Opale von natürlichen zu unterscheiden. Die Technologie zur Herstellung künstlicher Opale bleibt dem Erfinder immer noch ein Rätsel.

Die Liste der künstlich gewonnenen Edelsteine ​​wird immer länger.

Russische Wissenschaftler haben ein weiteres Geheimnis der Natur gelüftet – die Gewinnung von Amethyst – Bergkristall von tiefvioletter Farbe. Amethyste werden auf die gleiche Weise wie Quarzkristalle gezüchtet. Anschließend werden die Kristalle in Reaktoren mit -Strahlen bestrahlt. Unter dem Einfluss der Strahlung treten im Kristall verschiedene Defekte auf, die seine violette Farbe verursachen. In diesem Fall ist die Farbe des Amethysts nicht auf die Beimischung irgendwelcher anderer Elemente zurückzuführen, sondern hat andere Gründe.

Es besteht kein Zweifel, dass in ein paar Jahren beliebige Kristalle aus Edelsteinen und anderen wunderbaren Mineralien künstlich gewonnen werden können.

Wir haben die natürlichen und künstlichen Bedingungen für die Entstehung von Edelsteinen untersucht. Es gibt jedoch noch eine andere Gruppe von Mineralien, über die wir kein Wort sagen können: Sie kommen in der Natur nicht vor. Dabei handelt es sich um Mineralien, die vom Menschen unter Laborbedingungen hergestellt wurden. Vor einigen Jahren begannen Juweliergeschäfte, Artikel mit wunderschönen transparenten Steinen in verschiedenen Farben anzubieten. Sie sind so schön wie Diamanten. Diese künstlichen Steine ​​wurden zu Ehren ihres Geburtsortes, dem nach P.N. benannten Physikalischen Institut der Akademie der Wissenschaften, „Zirkonia“ genannt. Lebedew (FIAN). Die Zusammensetzung von Pheaniten ist eine Mischung aus Zirkonium- und Hafniumoxiden. Kubikzirkonia wird für verschiedene Sektoren der Volkswirtschaft hergestellt: Optik, Elektronik, Laserproduktion, Schmuck. Ein weiteres bekanntes künstliches Mineral, das häufig in Schmuck verwendet wird, ist Granit, ein Aluminium-Yttrium-Granat. Neue Mineralien werden mithilfe von Chromophoren in verschiedenen Farben eingefärbt und imitieren Edelsteine ​​perfekt.

Das Angebot an künstlichen Edelsteinen für Schmuck (Gemmologie) wird ständig erweitert. In der modernen Gemmologie werden zahlreiche synthetische Mineralien verwendet: Smaragde, Spinelle, Granate, Rubine, Saphire, Jadeimitationen und viele andere.

Über viele Jahrhunderte und sogar Jahrtausende hinweg wurden wundervolle Mineralien als Schmuck verwendet, und die Menschen ahnten nicht einmal, welche enormen verborgenen Möglichkeiten beispielsweise in einer Diamantkette am Hals einer Gesellschaftsdame oder in einem Rubinring am Hals verborgen waren Finger eines Adligen. Doch im Laufe der Jahre brachte die rasante Entwicklung von Wissenschaft und Technik immer mehr neue Materialien in den Produktionsbereich mit sich, und viele der Eigenschaften, die die Kostbarkeit von Mineralien ausmachten, erwiesen sich in der Technik als absolut notwendig. Es stellte sich beispielsweise heraus, dass es mit einem Rubinlaser möglich ist, die Entfernung von der Erde zum Mond genau zu messen. Der wertvollste Stein – der Diamant – ist derzeit eher ein technischer Stein als ein Schönheitsstein. Diamanten werden zum Schleifen und Schneiden verwendet und mit Hilfe spezieller Geräte – mit Diamanten bestückte Bohrer – bohren sie sich auf der Suche nach Mineralien in die Erde. Bildlich gesprochen sind die Zeiten der Diamantkronen vorbei – die Zeiten der Diamantkronen sind gekommen. Elektrotechnik, Optik, Funktechnik, Militärwissenschaft, Feinmechanik und viele andere Zweige der Volkswirtschaft beanspruchen Edelsteine ​​keineswegs wegen ihrer Schönheit, sondern gerade wegen ihrer bemerkenswerten Eigenschaften.

Die Verwendung von Mineralien für technische Zwecke begann schon vor langer Zeit, vielleicht sogar früher als ihre Verwendung als Schmuck. Als ein Naturmensch ein Stück Jade in die Hand nahm und damit begann, einen Baum zu fällen, war dies die erste technische Verwendung des Steins. Später verbesserte der Mann sein Werkzeug: Indem er ein Stück Jade an einen Stock band, erhielt er eine Steinaxt. Natürlich ist die moderne Nutzung von Mineralien in der Technik viel komplizierter.

Welche Eigenschaften haben den weit verbreiteten Einsatz von Mineralien in der modernen Technologie bestimmt?

Härte. Die Härte von Mineralien ist eine komplexe physikalische Eigenschaft, die von der inneren Struktur, den Werten der interatomaren Abstände, der Wertigkeit der Ionen und Atome, aus denen das Mineral besteht, usw. abhängt. In der praktischen Mineralogie wird eine beliebige nichtlineare Mohs-Skala verwendet um die Härte zu bestimmen. Alle Mineralien dieser Skala sind in zehn Gruppen mit Härten von 1 bis 10 eingeteilt. Genauere quantitative Härtewerte werden mit speziellen Geräten – Sklerometern – ermittelt. Eine Diamant- oder Stahlpyramide wird in die geschliffene Oberfläche des Minerals gedrückt und anschließend die Länge der Diagonale des entstandenen Lochs verändert. Diese Werte werden dann in Kilogramm pro 1 mm berechnet.

Der erste in der Reihe ist ein Diamant, der eine maximale Härte von 10 hat. Sein Name kommt nicht umsonst vom griechischen Wort adamas, was „unbesiegbar“ bedeutet. Diese „Unbesiegbarkeit“ des Diamanten bestimmte seine weit verbreitete Verwendung bei der Herstellung von Schneidwerkzeugen. Der einfachste davon ist der bekannte Glasschneider. Dies ist die älteste uns bekannte technische Verwendung von Diamant. Diamanten werden in der metallverarbeitenden Industrie zur Herstellung von Sägen verwendet; Fräser, Vorbereitung von Polierpaste, zur Konstruktion von Diamantbohrern, die ein leistungsstarkes Bohren von Gestein usw. ermöglichen.

Es wird geschätzt, dass die weltweite Nachfrage nach Diamanten im Jahr 1975 mehr als 20 Tonnen betrug, und zwar für ein Mineral, dessen Kristallmasse in Karat (0,02 g) gemessen wird. Amerikanische Experten schrieben, dass das industrielle Potenzial dieses Landes halbiert würde, wenn Diamantwerkzeuge in den Vereinigten Staaten außer Betrieb genommen würden.

Natürlich verwendet die Technologie keine Schmuckdiamanten, geschweige denn Diamanten. Es werden gewöhnliche Diamanten verwendet – Krümel, „Brett“ sowie die schwarze Variante der Diamanten – „Carbonado“. Der Verbrauch an künstlichen Diamanten steigt jedes Jahr, da natürliche Vorkommen derzeit nicht einmal die Hälfte des Bedarfs der Industrie decken.

In puncto Härte konkurriert mit Diamant der Rubin, der eine Härte von 9 auf der Mohs-Skala oder 2000 kg/mm ​​aufweist. Dieses Mineral ist ein ausgezeichnetes Schleifmittel. Harte Schleifscheiben, -pulver und -pasten sind allgemein bekannt. Bei der Herstellung werden nicht Schmuckrubine und Saphire verwendet, sondern unscheinbarer Korund. Derzeit wird häufig künstlicher Korund verwendet – Elektrokorund oder Alundum, der durch elektrisches Schmelzen hochwertiger Aluminiumerze – Bauxit – gewonnen wird.

Jeder kennt den Ausdruck „eine Uhr mit 17 (oder 23) Steinen“. Bei diesen Uhrensteinen handelt es sich um nichts anderes als Rubineinsätze, in denen sich die Zahnradachsen drehen. Sie können diese rötlichen Rubine sehen, wenn Sie den Uhrendeckel öffnen. Die Qualität einer Zeiger- oder Taschenuhr hängt unter anderem davon ab, wie viele Zahnräder auf Rubinlagern rotieren. Rubinsteine ​​bestimmen die Langlebigkeit der Uhr.

Ein weiteres „wunderbares Mineral“, genauer gesagt Mineralien, wird in der Schleifmittelindustrie verwendet – Granat. Diese Gruppe von Mineralien umfasst viele Varianten. Als Schleifmittel wird üblicherweise Eisengranat – Almandin – verwendet. Die Härte dieses Minerals beträgt auf der Mohs-Skala 7 und quantitativ 11OO kg/mm2. Schleifpulver, Schleifscheiben und Häute werden aus Granaten hergestellt. Manchmal ersetzen sie Rubin im Instrumentenbau.

Die Liste bemerkenswerter Mineralien, die aufgrund ihrer Härte industriell genutzt werden, ließe sich fortsetzen. Aber schon aus dem, was wir aufgelistet haben, lässt sich erkennen, dass die Härte, die eine notwendige Eigenschaft von Edelsteinen ist und ihre lange Lebensdauer als Schmuck bestimmt, eine für industrielle Zwecke notwendige Eigenschaft ist.