1. Введение. Предмет физики горных пород и минералов. Минеральный состав вещества оболочки. Классификация горных пород по структуре, составу и происхождению.

2. Кристаллические структуры, принципы их организации и способы описания. Понятие о симметрии. Основной закон симметрии кристаллов. Точечные, плоские и пространственные группы. Кристаллические системы, решетки Бравэ. Индексы Миллера и символы направлений. Атомный и ионный радиусы, координация и плотность упаковки. Простые кристаллические структуры упаковки. Типы структур многоатомных природных соединений, их классификация. Правила Полинга. Структуры основных породообразующих минералов - силикатов, карбонатов, шпинелей и окислов.

3. Природные аморфные структуры. Гели, вулканические стекла, минералоиды.

4. Дефекты кристаллических структур. Типы дефектов. Точечные дефекты по Шоттки и по Френкелю. Расчет концентрации. Междоузлие. Протяженные дефекты в минералах и горных породах: дислокации, поверхности зерен. Трехмерные дефекты. Влияние дефектов на физические свойства минералов.

5. Типы межатомных связей в породообразующих минералах. Взаимозависимость состава, структуры минерала и типы связи. Силы Ван-дер Ваальса-Лондона. Потенциал Ленарда-Джонса. Ковалентная связь. Ионное взаимодействие. Энергия Маделунга. Ионно-ковалентный характер межатомных связей в минералах оболочки Земли. Предпосылки образования смешанной связи и теоретические основы оценки степени ионности связи. Эмпирическое соотношение Полинга. Энергия связи и методы ее оценки. Энергия кристаллической решетки и ее связь с физическими свойствами кристаллов.

6. Поведение минералов при изменении термодинамических параметров. Многокомпонентные системы. Правило фаз Гиббса. Изоморфизм и образование смешанных кристаллов. Твердые растворы замещения и внедрения, их фазовые диаграммы. Изоструктурные серии породообразующих минералов и области существования в них твердых растворов.

7. Структурные и химические превращения веществ коры и мантии. Общие характеристики превращений. Классификация полиморфных превращений. Превращения в первой и второй координационных сферах. Переход порядок-беспорядок. Распад твердых растворов. Превращения с изменением типа связи. Фазовые превращения в оболочке Земли. Реакции серпентизации, экологитизации, гранатизации и др.

Часть 2. Теплофизические характеристики вещества Земли.

1. Введение. Основные понятия макроскопической теории теплопроводности и ее роль в изучении термической истории Земли. Современная постановка задачи, проблема задания тепловых параметров.

2. Термическое уравнение состояния и его коэффициенты. Сжимаемость и тепловое расширение минералов и горных пород. Методы их определения. Температурная зависимость коэффициентов термического уравнения состояния. Тепловые колебания кристаллической решетки и механизм теплового расширения горных пород.

3. Калорическое уравнение состояния и его коэффициенты. Теплоемкость элементов и соединений. Закон Неймана-Коппа. Квантово-механический подход в объяснении температурного поведения теплоемкости кристаллического диэлектрика. Модель Эйнштейна и теория Дебая. Теплоемкость электронов проводимости в металлах.

4. Теплоемкость породообразующих минералов и ее связь со средним атомным весом и энергией кристаллической решетки. Способы расчета характеристической температуры. Правило Грюнайзена и его распространение на многоатомные неорганические соединения. Сжимаемость, коэффициент теплового расширения, теплоемкость и температура Дебая в недрах Земли.

5. Механизм теплопередачи в горных породах и минералах. Перенос тепла колебаниями решетки. Теоретическая зависимость теплопроводности идеального кристаллического диэлектрика от температуры и ее интерпретация Фонон-фононные взаимодействия. Радиационный механизм передачи тепловой энергии в области высоких температур. Теплопроводность металлов и полупроводников.

6. Тепловые свойства породообразующих минералов. Факторы, влияющие на теплопроводность минералов. Связь между плотностью, теплопроводностью и средним атомным весом. Теплопроводность минералов и скорости упругих волн. Влияние состава и структуры на величину теплопроводности и температуропроводности силикатов. Теплопроводность изоморфных серий, твердых растворов и групп полиморфных модификаций. Особенности температурного поведения фононной теплопроводности реальных многоатомных минеральных соединений.

7. Теплопроводность и температуропроводность горных пород, их связь с минеральным составом, структурой и текстурой.

8. Модели распределения теплофизических характеристик в коре и мантии, способы их построения.

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ


Литература:
1. Хербалт, Клейн К. Минералогия по системе Дэна. М., Недра, 1982.
2. Блейкмор Дж. Физика твердого состояния. М., Металлургия, 1972.
3. Патнис А., Дж. Мак-Коннел. Основные черты поведения минералов. М., Мир, 1983.
4. Драбл Дж., Голдсмит Г. Теплопроводность полупроводников. М., ИЛ, 1963.
5. Берман. Теплопроводность тел.
6. Петрунин Г.И. Теплофизические характеристики вещества оболочки Земли и кондуктивный теплоперенос в мантии. М., 1996.
7. Френкель Я.И. Введение в теорию металлов. Л., Наука, 1972.
8. Жарков В.Н. Внутреннее строение Земли и планет. М., Наука, 1983.
9. Мейер К. Физико-химическая кристаллография. М., Металлургия, 1972.