Поделочные камни: свойства и классификация

Камень по своим физико-механическим свойствам, химическому составу, строению, условиям образования и многим другим качествам настолько многолик и разносторонен, таит в себе столько скрытых замысловатых неожиданностей и секретов, что усилий только одной какой-то науки будет явно недостаточно, чтобы раскрыть все тайны камня, какими снабдила его изобретательная природа. Поэтому раскрытием свойств камня занимается много наук. Здесь и такие общие, как физика и химия, ботаника и зоология, и специальные, чисто геологические.

Камнерезу, особенно начинающему, трудно разобраться в условиях образования минералов и горных пород, формах их нахождения в природе и добыче. Ему совсем не обязательно знать химические формулы и кристаллографические сингонии камней. Ведь с ними обработчик камня в своей практической работе никогда не сталкивается. Камнерез имеет дело с поделочным камнем и интересуется главным образом его двумя качествами: красотой и способностью обрабатываться. Вот с этих двух точек зрения и рассматриваются основные свойства и характеристики горных пород и минералов, а также классификация природных поделочных камней в данной статье.

Основные группы

Попытки классифицировать камни по красоте предпринимались давно и неоднократно.

Самым простым и удачным было разделение уральскими горщиками всех камней на цветные и самоцветные, или, как говаривали в старину, «самосветные», то есть такие, которые были прозрачны, имели красивую окраску, сильный блеск, обладали значительной твердостью и принимали высокую полировку (изумруд, аквамарин, топаз, аметист и многие другие). Все непрозрачные камни причисляли к разряду цветных (малахит, родонит, лазурит, яшма и прочие).

Позднее стали классифицировать камни по различным признакам: условиям образования, химическому или минералогическому составу, физико-механическим качествам — твердости, плотности, спайности, прозрачности и даже цвету.

Было предложено все камни разделить на три группы:

• ювелирные (ограночные),
• поделочные (камнерезные)
• декоративно-облицовочные.

Эти фото иллюстрируют классификацию камней по данным группам:

Четкую границу между этими группами провести довольно трудно, а зачастую и невозможно, между последними двумя. Многие декоративно-облицовочные камни, особенно если взять за основу область их применения и назначения, можно рассматривать как поделочные и наоборот.

Все каменные творения природы делятся на минералы и горные породы.

Минералами условились называть относительно однородные по составу и свойствам, преимущественно твердые, иногда жидкие (ртуть, вода) и даже газообразные (сероводород, болотный газ), естественные химические соединения, образовавшиеся в земной коре или на ее поверхности в результате сложных геологических процессов.

Под горными породами подразумеваются геологические тела, которые слагают земную кору и в свою очередь состоят из минералов.

Если в образовании породы участвует только один минерал, ее называют простой, или мономинеральной, если же несколько разных — такая порода будет считаться сложной, или полиминеральной (от греческого слова «поли», означающего «много»).

К настоящему времени известно свыше трех тысяч минералов, которые вместе со своими многочисленными разновидностями имеют более семи тысяч наименований. Однако лишь немногие из них участвуют в образовании горных пород. Такие минералы называют породообразующими. Наиболее активны в этом отношении полевой шпат и кварц, которые составляют почти три четверти массы земной коры. И только одна четверть приходится на долю всех остальных минералов, роль которых в породообразовании более скромна.

Тем не менее, все горные породы геологи больше любят разделять между собой не по их минеральному составу, а по условиям образования.

Так, силикатный расплав, застывший на больших земных глубинах, где безраздельно царствуют высокие температуры и громадные давления, образует глубинные или интрузивные породы. Когда же этому расплаву по жерлам вулканов, трещинам или ослабленным зонам земной коры все же удается выбраться на поверхность, он разливается по ней в виде все уничтожающих, сжигающих и разрушающих на своем пути лавовых потоков, которые, постепенно охлаждаясь и застывая, превращаются в излившиеся, или иначе эффузивные, породы.

Как излившиеся, так и глубинные породы называют еще магматическими, так как и те и другие образуются из одного «полуфабриката» — магмы (по-гречески означает «месиво» или «тесто»).

Кроме того, все магматические породы подразделяют на несколько групп по количеству содержащейся в породе кремне-кислоты, которая может присутствовать в ней в виде кварца, довольно прочного и твердого минерала. Любому камнерезу будет небесполезно знать: чем больше кварца содержится в камне, тем он труднее обрабатывается.

Помимо магматических, или, как их еще часто называют, первичных или материнских пород, имеющих самое большое в земной коре распространение (до 95%), различают еще породы вторичные — осадочные и метаморфические. Первые представляют собой или продукт разрушения магматических пород, отложения веществ в водных бассейнах химическим путем, или же результат жизнедеятельности организмов — животных и растений. Метаморфические — это те же изверженные или осадочные породы, но измененные до неузнаваемости различными причинами: давлением, температурой и сверхгорячими водными потоками, циркулирующими в недрах. Слово «метаморфоза» в переводе с греческого означает видоизменение, преображение, переход одной формы в другую. В природе сплошь и рядом наблюдается картина, когда непривлекательная на вид и малоценная во многих отношениях порода после метаморфизма сказочно преобразуется, словно по волшебству, подобно Золушке, становится красавицей.

Камнерезу важно ознакомиться с теми качествами камня, которые определяют его красоту и делают его незаменимым и в строительстве, и в прикладном искусстве. К качествам, которые определяют красоту или декоративность камня, относятся его структура, текстура, пористость и трещиноватость, а также прозрачность, цвет, блеск, равномерность окраски или ее рисунчатость.

Минералогический состав характеризуется количественным соотношением слагающих породу минералов, которые главным образом и обусловливает декоративные и физические свойства пород. Даже незначительное количество посторонних примесей в составе простой породы может резко изменить ее качества. Например, пылевидные включения минерала гематита окрашивают породу в красный цвет, хлорита — в зеленый, а графита — в черный или серый. Увеличение в породе количества кварца делает ее более крепкой и долговечной, но затрудняет обработку. Наоборот, присутствие слюды превращает материал в более податливый, но менее устойчивый к разрушению. Минерал авгит, входящий в состав многих пород, придает им хрупкость и затрудняет полировку. Подобных примеров можно привести множество.

Структура и текстура

Структура породы определяет особенности и характер ее «устройства». Кстати, с латинского языка структура так и переводится — «устройство».

Структура горной породы обусловливается размерами и формой слагающих ее зерен, степенью их кристалличности, а также их взаиморасположением как между собой, так и между нераскристаллизованным остатком, который в геологических науках принято называть стеклом. С тем стеклом, какое мы все знаем, оно чаще всего не имеет ничего общего.

У изверженных и метаморфических пород та или иная структура целиком и полностью зависит от условий их образования. На глубине магма застывает очень медленно, и все минералы, входящие в силикатный расплав, имеют в своем распоряжении достаточно времени, чтобы отвердеть в форме кристаллических зерен. Такая структура характерна для глубинных магматических пород и называется полнокристаллической в отличие от стекловатой или скрытокристаллической, свойственной эффузивным (излившимся) породам, когда ни времени, ни условий для кристаллизации у минералов нет, так как лавовый поток при атмосферном давлении остывает на поверхности земли относительно быстро. Между этими двумя структурами выделяют иногда промежуточную — полукристаллическую.

По относительной величине слагающих породу зерен различают равномерно-зернистую структуру и неравномерно-зернистую (порфировидную), а по их абсолютной величине — крупнозернистую, когда величина зерен более 5 мм, среднезернистую (размер зерен от 5 до 1 мм) и мелкозернистую (габариты зерен менее 1 мм).

Установлено, что чем мелкозернистее порода, тем она прочнее и долговечнее, а неравномерно-зернистая более подвержена выветриванию (разрушению), чем та, у которой зерна примерно одинаковы.

Текстура — это старшая сестра структуры, но в отличие от нее показывает взаимное расположение отдельных участков породы, которые могут отличаться друг от друга цветом, составом или структурой. Текстур камня выделено очень много, и все их перечислять не имеет смысла, так как из самого названия текстуры становится ясным, что она характеризует: полосчатая, ленточная, пятнистая, зональная, сетчатая и так далее.

Пористость и трещиноватость

Пористость представляет собой суммарный объем всех пустот в камне. Сильно пористый камень отполировать невозможно. Количественно пористость материала определяют отношением объема всех пор к его объему и выражают в процентах. Наименьшую пористость имеют интрузивные породы (0,1-3%), наибольшую некоторые осадочные (до 50%). Однако имеются исключения. Мелкозернистые сливные кварциты, образовавшиеся в результате метаморфизма кварцевых песчаников, обладают пористостью, не превышающей 0,1%, а пемза, представляющая собой застывшую лавовую пену, настолько пориста и легка, что не тонет в воде.

Трещиноватость относится к природным дефектам камня и отнюдь не является его украшением. Видимые на поверхности трещины — одна из главнейших причин непригодности камня для той или иной поделки, не стоит и пытаться сделать из такого материала качественное изделие. Еще коварнее внутренние трещины, которые обнаруживаются только в процессе обработки камня. Мелкие открытые трещины иногда настолько замаскированы, что распознать их с первого взгляда невозможно. Такой камень обильно смачивают водой, при высыхании которой трещины становятся более заметными.
Правда, в некоторых случаях трещины в скале помогают при добыче блоков и крупных кусков, что значительно снижает затраты.

Далее вы узнаете, какие ещё свойства имеют поделочные камни.

Прозрачность и блеск

Прозрачность. По способности камня пропускать через себя свет все минералы подразделяются на прозрачные, полупрозрачные (просвечивающие) и непрозрачные. Однако такое деление весьма условно и справедливо только для крупных кусков. В очень тонких пластинках почти все камни оказываются прозрачными. На этом основан оптический метод их изучения под микроскопом в шлифах — очень тонких, толщиною не более 0,02-0,03 мм пластинках, наклеенных на предметное стекло специальным клеем — канадским бальзамом.

Блеск. Если прозрачность камня показывает способность вбирать в себя свет, то блеск, наоборот, — отталкивать, отражать его. Чем больше света отражает камень, тем сильнее его блеск, причем он не зависит от окраски. Им обладают чистые самородные металлы (золото, серебро, платина, медь) и многие сульфидные, то есть представляющие собой соединение металла с серой, минералы, такие как молибденит, галенит, халькопирит, пирит и другие. Несколько слабее, естественно, блеск полуметаллический. И тот и другой характерен или для металлов, или для минералов, которые представляют собою руду, — полуфабрикат металлов. Большинство же минералов, около 70%, обладают стеклянным блеском. Приведенные определения блеска относятся лишь к зеркально отполированным поверхностям камня. В расколах или изломах он несколько тускнеет. В зависимости от внутреннего строения камня блеск может приобретать такие оттенки, по которым называется жирным, восковым, шелковистым или перламутровым. Некоторые камни вообще не имеют блеска. Как бы сильно не освещали, допустим, мел, он всегда будет выглядеть матовым.

Цвет

Цвет. Одно из самых замечательных качеств камня — его окраска. Природа щедро одарила минералы цветом. Некоторые приобрели для себя только один цвет и не изменяют ему никогда. Малахит, например, легко узнается по характерному «малахитовому» цвету, металлоподобный пирит — латунно-желтому, строгий лазурит — густо-синему цвету ночного неба. Цвета таких «однолюбов» являются настолько характерной их принадлежностью, что определяют названия самих камней. К ним относятся альбит, гематит, крокоит, лазурит, родонит, рубин, хлорит, хризолит и многие другие.

Другие минералы предпочитают иметь несколько нарядов. Взять хотя бы всем известный кварц. Он то появляется в белоснежном облике, то выступает в сиреневых, золотисто- или красновато-желтых тонах, то в густых и мрачных гаммах темного, почти черного цвета. Особенности одного и того же цвета, его густота, насыщенность и оттенки у разных камней могут быть настолько тонки, что с непривычки их трудно заметить, и глаз начинает их различать только при некотором навыке, приобретаемом с опытом.

Цвет камня зависит главным образом от его состава, но нередко определяется примесью других посторонних химических элементов. По цвету все камни можно условно разделить на светлые и темные, однако четкую границу между ними провести так же сложно, как сказать, какой цвет красивее.

Одна из интересных разновидностей окраски некоторых камней — побежалость — радужная или синяя пленка на их поверхности, образующаяся в результате окисления минерала. Явление, аналогичное побежалости, вы наверняка наблюдали на улице в лужах, когда в них попадает немного керосина, бензина или масла. Цвет воды может быть любым, а тонкая пленка, расплывшаяся по ее поверхности, отливает всеми цветами радуги. Так и в камне цвет побежалости отличается от его окраски. Она возникает только у минералов, обладающих металлическим блеском.

В отличие от побежалости опалесценция, свойственная, например, полупрозрачным разновидностям опала, обусловлена радужным переливом цвета внутри камня. У других же минералов (солнечный камень, лабрадор) наблюдается не радужный перелив, а яркий цветной переход одного тона в другой. Такое явление получило название иризации. При изготовлении из опалесцирующих и иризирующих камней различных поделок эти качества всегда стремятся подчеркнуть и усилить, так как они придают изделию особую привлекательность и оригинальность.

Цвет камня в куске может отличаться от цвета его в порошке, то есть в измельченном состоянии. Такой порошок получается на матовой, неглазурованной поверхности фарфоровой пластинки, если по ней провести образцом минерала. Цвет черты, оставшейся на пластинке, является более постоянным и надежным признаком для определения минерала. Например, гематит в куске имеет серый цвет, а черта у него темно-красная. Лимонно-желтый пирит оставляет черную черту.

При изготовлении разных поделок нередко приходится уже отполированный камень «лечить» — заделывать специальной мастикой трещины, поры и каверны. Для приготовления ее камнерезу необходимо знать, одинаков ли цвет минерала и его черты. Если цвет совпадает, то порошок для замазки можно сделать из такого же камня — мелко растолочь его. В противном случае цвет мастики подбирается добавлением в нее красителей. В качестве последних умельцы используют пасты от шариковых авторучек.

Рассмотренные свойства камня в совокупности характеризуют его с эстетической стороны, определяя красоту или, как принято сейчас говорить, декоративность (от латинского «декоро» — украшаю).

С технологической же точки зрения любого камнереза интересуют физико-механические свойства материала, так как они полностью определяют трудоемкость обработки, а также долговечность, прочность и качество изделий. Эти свойства — спайность (отдельность), хрупкость, вязкость, истираемость, абразивность и твердость.

Спайность или отдельность

Под спайностью (у минералов), или отдельностью (у горных пород), понимают способность камня при ударе раскалываться по определенным направлениям с образованием ровных поверхностей, называемых плоскостями спайности (у пород — отдельности). Спайность разделяется по степени совершенства на пять степеней: весьма совершенную, совершенную, среднюю, несовершенную, весьма несовершенную. Если первые две означают способность минерала относительно легко раскалываться по плоскостям спайности (например, слюды), то весьма несовершенная спайность означает практически ее отсутствие у минерала. У таких камней, колющихся без определенных закономерностей по любым направлениям, излом напоминает поверхность морской раковины и называется раковистым. Классически раковистым изломом обладают стекла: как обычное, так и вулканическое — обсидиан. В зависимости от строения минерала различают помимо раковистого занозистый, неровный, мелкораковистый и другие изломы. В зависимости от формы частей, которые образуются при раскалывании или естественном разрушении (выветривании) горных пород, дают и название отдельности. Например, столбчатая отдельность, кубическая, пластовая, шаровая и так далее. Для облегчения разборки при добыче желательно знать направление раскола пород

Так, например, крупные блоки гранита часто отделяют от монолита без применения взрывчатых веществ (см. главу ниже), потому что при в взрыве порода сильно растрескивается. Буровые шпуры — отверстия, в которые забивают стальные клинья, — располагают всегда по строго определенному направлению.

Хрупкость, вязкость, ковкость и упругость

Под хрупкостью камня подразумевают его сопротивление разрушению под действием удара. Такой минерал как алмаз, обладающий исключительно высокой твердостью, тем не менее очень хрупок. При ударе он легко раскалывается, что используется при грубой обработке алмазов. А, например, нефрит, твердость которого не превышает 6,5, обладает очень большой вязкостью. Разбить кусок нефрита молотком очень трудно. Утверждают, что нефритовое кольцо по прочности превосходит такое же стальное.

Еще большей вязкостью обладают чистые металлы. Разделить их на отдельные кусочки при помощи ударов вообще не представляется возможным. При ударных нагрузках они могут принимать всевозможную форму. Такое свойство вещества, обладающего пластической деформацией, называется ковкостью.

Некоторые камни под действием нагрузки хотя и изменяют свою форму, но после снятия деформирующих сил частично или полностью ее восстанавливают. Это свойство носит название упругости. Например, некоторые типы слюды эластичны и упруги, другие — хрупки и при попытке их изогнуть ломаются.

Истираемость и абразивность

Истираемость. На этом свойстве камня как раз и основаны шлифовка и полировка. В камнеобрабатывающей промышленности при изготовлении таких деталей, которые в дальнейшем будут подвергаться интенсивному истиранию (половых плиток или ступеней лестниц), также учитывают это важное свойство материала. Ведь никому не приходит в голову делать их из ракушечника или писчего мела, обладающих очень большой истираемостью.

Абразивность — это та же самая истираемость, но уже применительно не к камню, а к обрабатывающему инструменту, так как абразивность характеризует способность материала в процессе его обработки истирать, изнашивать инструмент. Одинаково, в равной степени они не истираются друг о друга только потому, что инструмент всегда имеет большую твердость.

Абразивность камня зависит в первую очередь от твердости слагающих его минеральных зерен, их величины и формы.

Твердость

Твердость вещества (металла, камня и др.) — это его способность оказывать сопротивление проникновению в него других тел. В зависимости от способа такого проникновения различают твердость царапания и вдавливания.

Для быстрого определения твердости минералов немецкий ученый Фридрих Моос предложил 230 лет назад относительную шкалу твердости. Она основана на способности одного минерала, более твердого, оставлять царапину на другом. Шкала состоит из десяти минералов, твердость которых принята как эталонная. Она равна порядковому номеру минерала в шкале. В ней каждый последующий более твердый минерал оставляет след — царапину — на предыдущем. Большинство встречающихся в природе минералов имеют твердость от 2 до 6.

Шкала оказалась настолько удобной, простой и универсальной, что ею с успехом пользуются до сих пор, несмотря на то что в настоящее время для более точного определения твердости существуют специальные приборы — склерометры и микротвердомеры.

В склерометре измерение твердости производится также методом царапания исследуемого образца стальной или алмазной иглой. Здесь или изменяют нагрузку на иглу для получения необходимой ширины канавки, или же, наоборот, измеряют эту ширину при неизменной нагрузке. В микротвердомере применяется способ вдавливания в отполированную поверхность минерала вершины четырехугольной алмазной пирамидки, закрепленной на индендере — механизме нагружения. В обоих случаях, и в склерометре, и в микротвердомере, нагрузка, ширина канавки или площадь отпечатка пересчитываются в абсолютные единицы твердости, выраженные в паскалях. Как известно, давление в I паскаль определяется силой в 1 ньютон на квадратный метр. Так как эта величина очень маленькая, то для выражения твердости минералов используются единицы, в миллион раз большие, — мегапаскали (МПа).

В повседневной практике коллекционеры, любители камня, да и профессионалы часто пользуются для определения твердости не эталонными минералами шкалы Мооса, а предметами, находящимися обычно поблизости (лезвие ножа, монета, осколок стекла и т. п.), твердость которых примерно известна. Даже с помощью таких немудреных «эталонов» с известной степенью точности можно узнать твердость интересующего нас минерала или горной породы.

Твердость породы определяется твердостью слагающего ее минерала, причем у сложных пород о ней судят по тому минералу, который преобладает.

Именно по твердости все камни разделены на четыре группы: мягкие, имеющие твердость 1-3, средней твердости (3-5), твердые (5—7) и очень твердые (8—10). Практически камнерез имеет дело только с камнями первых трех групп (преимущественно второй и третьей), так как очень твердые камни представляют собою, как правило, самоцветы, обработкой которых приходится заниматься не камнерезу, а огранщику.

Здесь вы можете посмотреть фото поделочных камней, свойства которых описаны на данной странице: