Жемчуг

Основным источником минералогических знаний является минеральный индивид. Он же и главный объект минералогических исследований. Современная минералогия располагает большим арсеналом методов, позволяющих исследовать индивид и его минералогическую историю. Задача значительно усложняется в том случае, когда мы приступаем к изучению агрегата, и становится вообще трудновыполнимой, если объект исследования — минерально-органический агрегат. Трудность заключается прежде всего в том, что окружающая биогенный минерал органическая оболочка, в которую заключен минерал и посредством которой происходит его питание, плотно сцеплена с ним. Эта оболочка — неотъемлемая часть агрегата. Оба вещества плохо разделяются, особенно трудно отделить минеральную фазу. Поэтому природа биогенных минералов до последнего времени остается слабоизученной, а процессы биоминерализации все еще исследованы недостаточно. Очень мало известно и о параметрах минералообразующей среды в том пространственно-временном интервале, в котором происходит образование минерально-органического агрегата. Следует учитывать, что она представляет собой сложную систему с непрерывно меняющимися параметрами. А ведь минерал фиксирует в особенностях своего состава, свойств и строения все изменения, происшедшие в минералообразующей среде.

Несомненно, что воссоздание возможно полной картины всех событий, зафиксированных в минерале, имеет большое значение как для объяснения условий его образования, так и для установления ряда закономерностей в минералогии, биологии и в смежных науках. Решение этой проблемы позволит глубже исследовать минеральный уровень органической материи, характерной особенностью которого является кристаллическое состояние. Оно определяет систему свойств, через которые проявляется сущность минерала. Минеральные продукты живой клетки служат наглядным подтверждением сложности минерального уровня материи.

Одно из детальных исследований биогенных кристаллов провел С. Н. Голубев [1981]. Фактические данные, полученные этим автором, принимаются в качестве достоверных и широко используются нами при характеристике процесса биоминерализации.

Минерально-органические агрегаты имеют кристаллическое строение и при рентгеновских исследованиях обнаруживают дифракцию рентгеновских лучей. Используя методы электронной микроскопии, можно не только непосредственно увидеть исследованные объекты, но и изучить детали реальной структуры биогенных кристаллов. Разумеется, по идеализированной решетке они представляют собой «обычные» кристаллы, но образовавшиеся и выросшие в живых организмах. Облик биогенных кристаллов, всегда подчиненный структуре вещества, по-разному формируется под воздействием физико-химических факторов. В настоящее время еще мало чисто описательных данных о морфологических особенностях биогенных кристаллов. Поэтому выявить по этим данным влияние отдельных физико-химических факторов на форму образующихся кристаллов оказалось крайне затруднительным.

Биогенные кристаллы минерализованных структур рассматриваются как реальные кристаллы. В отличие от идеальных кристаллов они характеризуются наличием разного рода дефектов. Это преимущественно объемные, но несоизмеримо малые по сравнению с величиной кристаллов нарушения правильного пространственного размещения атомов в кристаллической решетке. В биогенных кристаллах наиболее распространены такие дефекты: упаковки, замещения, вакансии, примесные атомы, границы блоков, двойников, включения других фаз. Размеры, форма и свойства дефектов определяются структурой биогенного минерала. Наиболее часто они располагаются в междоузлиях кристаллической решетки. Именно наличие дефектов в кристаллах служит причиной изменения их свойств. В этом отношении биогенные кристаллы представляют собой объект, заслуживающий всестороннего изучения. Подход к ним как к реальным кристаллическим образованиям имеет большое значение не только для постановки и решения основных проблем биоминерализации, но и для понимания многих вопросов минералообразования.

Дефектное строение биогенных кристаллов подтверждается результатами изучения ряда их физических констант. В частности, твердость в строгом смысле этого понятия является тем свойством, которое определяется в основном дефектами строения кристаллических веществ. Среди кристаллов биологического происхождения встречаются образцы как с повышенной, так и с пониженной твердостью по сравнению с обычными аналогичными кристаллами. К ним относится и арагонит речного жемчуга. Аномальное уменьшение его твердости на плоскости {001} по сравнению с обычным арагонитом следует связывать со значительно большим количеством на ней дефектов. На плоскости {110} арагонита жемчуга наблюдается обратная картина: ее твердость оказалась несколько выше, чем на такой же грани обычного арагонита. Таким образом, анизотропия твердости на гранях кристаллов биогенного арагонита подтверждает неидеальное его строение.