И вместе с тем кварц — один из самых необычных минералов. Это становится понятным при первом же внимательном взгляде на его кристаллы, те самые, наверняка, знакомые шестигранные призмы, отточенные по концам, как карандаши. Шестигранные? Значит, подобно бериллу, кварц компонует свои грани вокруг шестерной оси? Не будем торопиться. Внимательно рассмотрим заостренную, как пирамидка, головку кристалла. Обычно грани ее не равны: чередуются большие и маленькие. Большие чаще семиугольные и блестящие, маленькие — треугольнички с тусклым блеском. Кристаллографы, тщательно изучив огранку, установили, что головка кварца формируется двумя ромбоэдрами. Один разросся свободнее, вольнее, а второй оказался несколько «зажатым». (Изредка, правда, одинаковыми бывают все шесть граней головки; тогда они внешне совсем похожи на шестигранную пирамидку.) Но не только головка состоит из пары различных ромбоэдров, не вполне одинаковы и грани шестигранной призмы. Все они несут поперечную штриховку, но на трех гранях (опять-таки через одну) бороздки под головкой редкие, а на трех промежуточных тонкие и частые. Перебрав с десяток кристаллов кварца, вы непременно найдете, хотя бы на одном из них, на стыке призмы и ромбоэдров совсем маленькие блестящие грани: косо поставленные ромбики или трапеции. На идеальном кристалле кварца каждой из таких граней по три на верхней головке и по три на нижней.
Когда смотришь на кристалл прямо, эти маленькие грани оказываются в левой или реже в правой части верхней головки. Соответственно и кристаллы кварца называют «левый» и «правый». Но раз одинаковые грани повторяются, как вы заметили, не шесть, а только три раза, значит, и ось симметрии у кварца не шестерная, а только тройная. Но у кристаллов кварца редко сохраняются оба конца. Гораздо чаще один кончик прирастает к материнской породе, к стенке полости или трещинки. Поэтому кристаллы кварца обычно напоминают граненые карандаши, отточенные с одного конца, или остроконечные обелиски. К тому же кристалл растет не в одиночку, со всех сторон его окружают соседи. Срастаясь, они образуют друзы, похожие то на старинные замки, то на колючие щетки. Такой облик кристаллов кварца, как и всех других минералов, продиктован строением его кристаллической решетки: решетка кварца напоминает объемную кружевную спираль, благодаря винтовым осям она может закручиваться слева направо или справа налево.
И как раз это спиралевидное внутреннее строение обусловило такие важные для технического применения свойства кварца, как пиро- и пьезоэлектричество, т. е. появление на поверхности кристаллов кварца электрических зарядов при механическом давлении (пьезоэффект) или изменении температуры (пироэффект). Особенно важно для технического использования обратное явление: возникновение стабильных механических колебаний в кристаллах, помещенных в электрическом поле. Это свойство кварца широко используется при стабилизации частоты электромагнитных колебаний. Множество разных условий определяют рост кристаллов: температура растворов, их концентрация, давление, под которым они поступают к месту кристаллизации, количество и характер минералов-соседей, 138 Псевдоморфоза кварца по амфиболу — кошачий глаз наконец, само положение кристалла в полости, где он растет. В разных условиях кристаллизации вырастают кристаллы совершенно различной на первый взгляд огранки. Но стоит приглядеться, выясняется, что в них присутствуют одни и те же грани. Все дело в соотношении их размеров, оно и меняет облик кристалла до неузнаваемости.
Минералоги заметили, что из горячих гидротермальных растворов чаще всего вырастают удлиненные шестигранные призмы с пирамидальной головкой: оба ромбоэдра образуют здесь равноценные треугольнички, но господствует при таком облике кристаллов шестигранная призма. В хрустальных погребах пегматитов и кварцевых жил хрусталь принимает свой классический вид: с большим ромбоэдром чередуется маленький, нередко развиты оба конца и длина призмы в 3 — 4 раза больше ее толщины.го шпата в полости пегматита. Или удивительно похожие на елочку скелетные кристаллы кварца, выросшие при дефиците питания. Очень часто кварц образует двойники — кристаллы-близнецы, сросшиеся так тесно, с полным соответствием ориентировки их главных кристаллографических направлений, что увидеть в этом многогранном произведении природы сросток, а не единый кристалл сможет лишь искушенный глаз. Обязательно надо упомянуть и о кристаллах кварца, развивающихся прямо по другим минералам, принимая их форму. Так возникают, например, хрупкие конструкции замещения кварцем тонких листочков бумажного шпата-кальцита или замечательные переливчатые ювелирные камни: тигровые, кошачьи или соколиные глаза.
Кварц в таких «глазах» замещает тонковолокнистый минерал амфибол. Шелковый отлив остается от амфибола, но появляется твердость кварца и способность принимать и сохранять полировку. К этим переливчатым «глазастым» камням близки излюбленные коллекционерами кварцы с включениями — кристаллы, захватившие при кристаллизации мелкие кристаллики других минералов. Самые распространенные — иголки и нити рутила. Медно-красные, толстые, как штопальная игла, «стрелы Амура», подчас расходящиеся венчиком, или золотисто-соломенные, тончайшие «волосы Венеры» (на Востоке их считали священными волосками из бороды Пророка). Но «волосатики», так зовут подобные кварцы на Урале, могут включать не только рутил, но и тонкие, нежные иголочки гетита, серебристого антимонита или козалита, зеленые нити хлорита, шелковистые асбеста. Мелкие чешуйки слюды или гематита превращают кварц в мерцающий золотистый или зеленоватый авантюрин (в прошлом веке такие камни, бывшие в моде, называли салонным именем «собрание любви»). Необыкновенно красиво выглядят в прозрачном кварце и раухтопазе мелкие золотинки или правильные кристаллики пирита.
А может быть, в связи с кварцем вы слышали таинственные слова «голубые лучи»? Эти хитрые лучи видны не всегда: они блещут лишь при определенном угле наклона. Их природу установили сравнительно недавно: выяснилось, что эффект сияющих, как тончайшие дождевые струи, лучей создают каналы, заполненные газом или жидкостью, своеобразные эффектные дефекты кристалла, расходящиеся веером от твердых включений, или создающие сеточку тончайших трещин при выпадении из состава высокотемпературного кварца некоторых примесей. А какого цвета бывают кварцы? Основные для них два: белый, включающий все цвета спектра, и черный, словно поглотивший радугу. сы являются по-прежнему важнейшим элементом службы времени: их ход, сверенный с квантовыми часами, отмечает точное время. Идеальный блок природного горного хрусталя, прозрачный, без пузырьков и трещинок, да к тому же достаточного для использования в радиотехнике или оптике размера, — большая редкость и ценность.
С ним давно и успешно конкурируют кристаллы кварца, выращенные из обычного кварца в автоклаве на природных затравках. Есть и другие важные области применения кварца. Во многих отраслях техники используется специальное кварцевое стекло (плавленый кремнезем). Такое стекло получается при расплавлении чистых разновидностей кварца, таких, в которых сумма посторонних примесей не должна превышать тысячные доли процента. Это может быть горный хрусталь — жильный зернистый кварц, искусственно выращенные кристаллы кварца. Кварцевое стекло наследует у минерала множество важнейших свойств: термостойкость и огнеупорность, прозрачность для волн различной длины, стойкость к химическим реактивам и радиации, очень маленький коэффициент объемного и линейного расширения. Потребителей этого высококачественного сырья очень много. Как увидеть процессы, протекающие в металлургических печах или атомных реакторах? Это позволяют сделать кварцевые «глазки» — смотровые окошечки из кварцевого стекла. Неизбежно шаг за шагом продвигается человек в глубь Вселенной.
Океанское дно и космос — два новых необозримых пока материка. Встретиться лицом к лицу с космосом и океаном позволит лишь тонкая прозрачная переборка кварцевого стекла: окна подводных лабораторий, люки батискафов и летательных космических аппаратов, начиная от исследовательских многотонных станций и кончая миниатюрными метеорологическими спутниками. Изучение атмосферы Венеры и ландшафтов Марса стало доступным благодаря кварцевым элементам измерительных приборов. Немало дел у кварцевого стекла и совсем рядом с нами, в нашей ежедневной жизни. Лампы из кварцевого стекла, пропускающие ультрафиолетовые лучи, позволяют загорать и лечиться. Есть специальные стекла с избирательным поглощением световых волн. Часть таких стекол изготовляют как бактерицидные: свет, прошедший сквозь них, убивает бактерии. Но можно по этому же принципу приготовить лампы противоположного действия: их свет благотворно влияет на полезные для человека микроорганизмы, способствуя их ускоренному развитию. В оптике применяются специальные многокомпонентные стекла с микродобавками различных металлов: алюминия, цинка, магния. Эти стекла резко улучшают качество микроскопов, биноклей и необходимых многим людям очков. Но прозрачность не всегда нужна стеклу.
Массовый потребитель кварцевых стекол — химическая промышленность: перегонные трубы, крупные емкости и качественная химическая посуда — без этих простых вещей химия не продержится и дня. Именно кварцевая порода необходима для получения еще одного уникального детища кварца — чистого кремния, кремния с шестью девятками, т. е. такого, в котором на 999 999 «хозяйских» атомов имеет право присутствовать лишь один чужой атом! Такой кремний обладает превосходными полупроводниковыми свойствами. Чистый металлический кремний — основа полупроводниковой промышленности. Кремниевые солнечные батареи используют для аккумуляторов питания электронной аппаратуры спутников и космических кораблей, в производстве транзисторов и диодов для кибернетики и радиотехники.