Одно и то же по химическому составу вещество может находиться, как известно, не только в твердом, но и пластичном, жидком или даже газовом состоянии. В земной коре почти все минералы под действием высоких температур и давлений переходят в пластичное, а то и текучее состояние. Однако для нас важно то, во что они превратились и в каком виде существуют на земной поверхности.
Твердость минеральных тел различается очень значительно: в абсолютных величинах — в тысячи раз. Более того, твердость разных граней или ребер в одном и том же кристалле может меняться, поэтому на практике обычно пользуются шкалой, предложенной в 1811 году немецким минералогом Ф. Моосом. Он исходил из простой закономерности: более твердый минерал оставляет царапины на более мягком.
Казалось бы — такой примитивный способ. Однако наука, как правило, проходит нелегкий путь, прежде чем найдет его. Например, много веков люди плохо различали гранат, шпинель и рубин; топаз, берилл и кварц; корунд и алмаз, — в тех случаях, если они прозрачны или имеют одинаковый цвет. При прочих равных условиях дороже ценится более твердый минерал; поэтому определение твердости в подобных случаях приобретает принципиальное значение.
Вот как выглядит шкала твердости минералов:

Нетрудно заметить, что различия по абсолютной твердости, определяемые в лаборатории, непропорциональны градациям относительной твердости: между первыми двумя группами разница в 15 раз, а между шестой и пятой — в 1,5 раза. Если корунд в 1,4 раза тверже топаза, то алмазу он уступает в 5 раз.
Подобные несоразмерности объясняются тем, что наибольшее количество внешне сходных минералов имеют твердость в «средних» значениях (5—8). А от корунда до алмаза «дистанция огромного размера» уже потому, что в этом промежутке нет вообще других минералов.
Итак, определение твердости (по Моосу, ибо для получения абсолютных показателей требуется специальная аппаратура) помогает нам в первом приближении выделить ту группу минералов, к которым может относиться данный образец.
Скажем, вам хотелось бы выяснить, стекло перед вами или обломок горного хрусталя (кварца?). Узнать это нетрудно. Стеклом невозможно поцарапать кварц. Однако обломок горного хрусталя режет стекло, оставляя на нем четкие царапины.
Что значит излом и спайность, лучше всего показать на примере стекла или кремня. Эти свойства зависят от того, как расположены атомы и молекулы в кристаллической решетке данного вещества. Если они расположены хаотично, как в обычной жидкости, это — аморфные тела (бесформенные, — твердые жидкости). При раскалывании в них образуется так называемый раковистый излом — неправильной формы, с острыми режущими краями. Правда, и у кристаллического кварца — горного хрусталя — тоже бывает подобный излом. Но все-таки большинство минералов и горных пород раскалывается по ровным поверхностям, которые называются плоскостями спайности.
Спайность проявляется в разной степени в зависимости от вида минерала и от направления плоскостей. Нередко по плоскостям спайности проходят трещины, и такой камень легко раскалывается по ним прямо в руках.
Спайность и прочность не связаны напрямую с твердостью. Некоторые очень твердые минералы — например топаз — имеют хорошую спайность в определенном направлении, могут легко раскалываться по этим плоскостям (а в других направлениях образовывать раковистый излом) (рис.).

Спайность кальцита, совершенная в трех направлениях

Еще одно физическое свойство минералов — хрупкость. По этому показателю камни резко отличаются от металлов. Топаз, например, может от несильных ударов расколоться по плоскостям спайности. А прочнейший алмаз рассыпается при резких механических воздействиях, что ограничивает возможности его применения в резцах.
Характерным признаком ряда кристаллов является штриховка, представляющая собой тонкие бороздки на поверхности граней. Например, у кварца штриховка направлена поперек граней кристалла, у турмалина — вдоль; у пирита штрихи одной грани расположены перпендикулярно к соседним.
Возможный физический показатель минерала — плотность (отношение массы тела к его объему). У самоцветов она меняется в широким диапазоне: от 1,1 (янтарь) до 5,2 (гематит-кровавик) и зависит от атомно-молекулярного веса, степени плотности атомной решетки, от характера и количества включений в минерал.
Масса драгоценных камней измеряется обычно в каратах. Один карат составляет 0,2 грамма или 200 миллиграмм, для сравнительно легкого жемчуга употребляется другая единица — фан, соответствующая четверти карата или 50 миллиграммам (0,05 г).
Иногда химические свойства минералов и горных пород можно определить подручными средствами. Например, некоторые соли легко растворяются; из них поваренная (галит) имеет вкус обычной пищевой соли, а калийная (карналлит) — жгучая, горько-соленая.
Минералы, содержащие кальций, вскипают в растворе соляной кислоты.
Очень устойчивы силикаты и алюмосиликаты, которые представляют собой окислы кремния (силициума) и алюминия. Но их состав без специальных исследований не определишь. Проще сначала выяснить по внешнему виду и физическим свойствам, что это за минерал, а затем по справочнику узнать его состав.
За последние десятилетия у минералогов появилась возможность «просвечивать» образцы в специальных аппаратах, позволяющих увидеть расположение рядов атомов и молекул. Химические и спектрографические анализы, производимые с высочайшей точностью, помогают обнаружить ничтожнейшие примеси, содержащиеся в минералах.
В настоящее время специалистам известно более 10 тысяч минералов. Точную цифру назвать невозможно, потому что ежегодно открываются десятки новых. Реже бывают «закрытия», когда благодаря детальным исследованиям выясняется, что какой-то минерал не самобытен, а является лишь разновидностью уже существующего. Бывает и так, что неизвестный минерал обнаружен, а определить его особенности по каким-то причинам не удается.
Так что представители самой древней геологической профессии — минералоги — и в наши дни имеют возможность делать открытия в самых разных уголках земного шара. А изучение других планет привело к созданию новой науки — космической минералогии. У каждой планеты или у метеоритов, астероидов свои особенности, свой набор минералов. Но, как выясняется, наиболее богата ими Земля. К тому же люди теперь научились создавать и искусственные техногенные минералы.