Борис Сребродольский - Жемчуг

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.

Биогенные кристаллы не имеют кристаллографически правильной формы. Это объясняется в основном тем, что они сложены из более мелких кристаллитов, которые, как и весь кристалл, обволакиваются пленкой органической матрицы. Специальные исследования показали, что органическая матрица осуществляет биорегуляцию кристаллообразования. Многие кристаллы обладают блоково-мозаичными, выпуклыми и вогнутыми гранями, образующимися на заключительных этапах роста.

Как уже упоминалось, жемчуг, как и раковина, состоит из слоев кристаллического карбоната кальция — арагонита; в свою очередь, слой формируется из пластинок или призмочек этого минерала, а последние могут быть сложены из множества более мелких кристаллитов. Так образуется целый ряд соподчиненных, включенных друг в друга кристаллических элементов. При этом элементы более мелкого порядка могут быть как взаимно параллельны по отношению к включающему их структурному элементу высшего порядка, так и непараллельны, хаотичны. В арагоните жемчуга кристаллографические оси соседних кристаллитов почти параллельны. Тогда вся совокупность внутренних кристаллитов образует составной монокристалл арагонита. Как показали микроскопические исследования, такие кристаллы неидеальны не только из-за своего сложного внутреннего строения, далеко не идеальна и сама форма составного многогранника арагонита. В большинстве случаев она заметно отличается от призматической. Имеются дефекты и в других биогенных кристаллах, в частности в оксиапатите — основном минеральном компоненте костной ткани.