Minerały i ich cechy

Minerałem jest każdy, nawet najmniejszy naturalny składnik litosfery mający określony skład chemiczny i stałe cechy fizyczne. Liczba poznanych minerałów sięga ponad 4000, ale tylko kilkanaście z nich jest szeroko rozpowszechnionych w skorupie ziemskiej. Stanowią one główne składniki wszystkich rodzajów skał – nazywa się je minerałami skałotwórczymi (wszystkich minerałów skałotwórczych jest około 250).

Charakterystyka minerałów - opisy do rozwinięcia

Ogromna większość minerałów występuje w niewielkich ilościach i przeważnie w dużym rozproszeniu. Minerały powstały naturalnie – w wyniku procesów zachodzących we wnętrzu Ziemi lub na jej powierzchni. Wszystkie one mają budowę krystaliczną – atomy w nich są ułożone w sposób uporządkowany. Minerały różnią się od siebie składem chemicznym, kształtem kryształów i innymi cechami fizycznymi np. twardością, barwą, połyskiem, przełamemprzełamprzełamem, łupliwością.łupliwośćłupliwością. Od składu chemicznego i porowatości zależy ciężar właściwy minerałów.

Cechy i właściwości minerałów

Cechy i właściwości minerałów - opisy do rozwinięcia

Twardość jest określana poprzez porównanie do 10 minerałów wzorcowych, które tworzą skalę Mohsa (skala twardości minerałów, w której każdy kolejny minerał jest twardszy od poprzedniego). Jest to skala nieliniowa, która obejmuje wartości od 1 – bardzo miękki, do 10 – nadzwyczaj twardy. Gdy chcemy określić dokładnie twardość, należy posłużyć się zestawem małych ziaren tych 10 minerałów, którymi rysuje się oznaczany minerał lub oznaczanym minerałem są one zarysowywane. Jeśli nieznany minerał zarysuje fluoryt, ale on sam zostanie zarysowany apatytem, jego twardość zawiera się między 4 i 5 – określamy to jako 4,5. Przy oznaczaniu twardości należy zwracać uwagę, aby robić to na świeżych ścianach kryształu (zmiany wietrzeniowe mogą zaniżyć twardość).

Barwa jest cechą specyficzną danego minerału, np. cechujący się zieloną barwą malachit wszędzie na świecie będzie zielony. Jednak ten sam minerał może mieć inny kolor w zależności od domieszek, np. korund w stanie czystym jest bezbarwny, a może być m.in. czerwony (rubin) lub niebieski (szafir). W identyfikacji minerałów pomocny jest połysk ścian – sposób odbijania światła (najczęściej szklisty, tłusty, perłowy lub metaliczny). Ważną cechą rozpoznawczą jest też łupliwość i  przełam. Brak łupliwości to zdolność minerału do dzielenia się wzdłuż powierzchni nierównych, przypadkowych niezwiązanych z wewnętrzną strukturą kryształu. Może być muszlowy, nierówny, haczykowaty, zadziorowaty.

Kamienie szlachetne to minerały bardzo cenione ze względu na rzadkość występowania oraz niezwykłe właściwości (dużą twardość, połysk i ciekawe zabarwienie), np. diament, beryl, szafir, szmaragd, akwamaryn, rubin, topaz. Mogą to być odmiany minerałów i mineraloidów, rzadziej skał. Kamienie ozdobne są również cenione ze względu na swoje ciekawe właściwości, co więcej są powszechniejsze niż kamienie szlachetne. Należą do nich m.in. agat, turkus, malachit, ametyst, granat czy opal.

Ciekawostka

Grafit i diament są minerałami, które są utworzone z takich samych, lecz w różny sposób ułożonych atomów węgla. Diamenty mają bardzo dużą twardość i odznaczają się rzadkością występowania. Powstają w warunkach wysokiego ciśnienia i wysokiej temperatury powietrza. Występują m.in. w kimberlitach, czyli skałach wypełniających kominy wulkaniczne. Z uwagi na swoje właściwości znajdują zastosowanie w produkcji ostrzy pił, szlifierek i wierteł. Po oszlifowaniu stają się brylantami – najdroższymi kamieniami świata. Jeżeli chodzi zaś o grafit, to odznacza się on małą trwałością i znaczną kruchością. Jest wykorzystywany w produkcji ołówków i tygli do pieców, ponieważ jest odporny na ogień.

R1R0Tb8b3ieh7

Grafika przedstawia strukturę diamentu i grafitu. Diament przedstawiony jest jako brylant. Jego struktura wpisana jest w sześcian i składa się z kulek połączonych liniami. W jego środku znajduje się mniejszy sześcian ustawiony pod skosem i połączony z trzema wierzchołkami dużego sześcianu. Odległość między kulkami wynosi 0,15 nanometra. Grafit przedstawiony jest jako bryła o błyszczącej czarnej powierzchni. Jego struktura składa się z równych warstw złożonych z sześciobocznych struktur.

Skały

Skały to skupiska minerałów powstałe pod ziemią lub na jej powierzchni w sposób naturalny. Nie są nimi zatem np. beton czy asfalt. Badaniem skał zajmuje się petrografia.

Powstawanie minerałów i skał

Minerały i skały powstają w wyniku różnych procesów.

• Procesy magmowe, np. krystalizacja magmy i innych substancji wulkanicznych.

• Procesy osadowe, np. wytrącanie z roztworów, działalność organizmów, procesy wietrzenia.

• Procesy metamorficzne, np. przeobrażanie skał i minerałów pod wpływem wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia.

Cykl geologiczny (obieg skał w przyrodzie) – to procesy, które zachodzą w skorupie ziemskiej i powodują wielokrotne niszczenie i powstawanie skał. Ziemia jest wciąż geologicznie żywa.

R1X4NJ99AUHUX

Schemat przedstawia obieg skał w przyrodzie. Kwadraty to rodzaje skał. od nich odchodzą strzałki. Skały magmowe strzałka żółta skierowana do skał osadowych luźnych napisy transport, wietrzenie oraz sedymentacja. Procesy te przekształcają skały magmowe w skały osadowe luźne. Strzałka żółta od skał osadowych luźnych do skał osadowych scementowanych z napisałem cementacja. Pod wpływem cementacji zamieniają się one w skały osadowe scementowane. Strzałka żółta od skał osadowych scementowanych w stronę osadowych luźnych z napisami transport, wietrzenie, sedymentacja. Poprzez transport, wietrzenie oraz sedymentację zamieniają się w skały osadowe luźne. Od Skał osadowych scementowanych strzałka żółta do skał metamorficznych z napisem metamorfizacja. Skały osadowe scementowane poprzez metamorfizację zamieniają się w skały metamorficzne. Strzałka żółta z kwadratu skały magmowe do skały metamorficzne z napisałem metamorfizacja. Skały magmowe poprzez metamorfizację zamieniają się w skały metamorficzne. Od skały metamorficzne strzałka czerwona z napisem przetapianie do kwadratu czerwonego z napisem magma. Oraz strzałka czerwona od magma do skały magmowe z napisem krzepniecie, krystalizacja. Skały metamorficzne poprzez przetapianie zamieniają się w magmę, która poprzez krzepnięcie i krystalizację zamieniają się w skały magmowe. Strzałka brązowa od skały magmowe do skały osadowe luźne z napisem transport, wietrzenie, sedymentacja. Skały metamorficzne poprzez transport, wietrzenie oraz sedymentację zamieniają się w skały osadowe luźne. Strzałka brązowa od organizmy do skały osadowe luźne z napisem akumulacja. Organizmy poprzez akumulację mogą stać się skałami osadowymi luźnymi.

Skały można klasyfikować, wychodząc z różnych założeń – najbardziej rozpowszechniony jest podział skał ze względu na ich genezę (pochodzenie). Istnieje również klasyfikacja ze względu na liczbę minerałów.

Klasyfikacja skał - mapa myśli

Podział skał ze względu na genezę

Skały magmowe

Są to skały powstające na skutek krzepnięcia i krystalizacji magmy (wewnątrz skorupy ziemskiej) lub lawy (na powierzchni). Struktura tych skał zależy od warunków ich powstawania. Zbudowane są ze stosunkowo niewielu minerałów. Przeważnie występują w nich skalenie, kwarce i łyszczyki.

Skały magmowe – od miejsca krystalizacji zależy sposób wykształcenia i rozmieszczenia składników skały. Dzieli się je na:

• skały plutoniczne (głębinowe) np. granit, sjenit, gabro – krzepną powoli z magmy, ziarna minerałów są widoczne gołym okiem – mają budowę jawnokrystaliczną. Im głębiej zachodzi ten proces, tym większe tworzą się ziarna minerałów.

• skały wulkaniczne (wylewne) np. andezyt, bazalt – powstają wówczas, gdy magma wylewa się na powierzchnię Ziemi (staje się lawą), zastyga bardzo szybko i dlatego kryształy nie są w stanie wykrystalizować się w sposób widoczny gołym okiem – mają budowę skrytokrystaliczną. Odmianą skał wylewnych są skały porfirowe (np. porfir, melafir), które powstają w dwóch etapach. Ich krystalizacja zaczyna się pod powierzchnią Ziemi – tam formują się pierwsze kryształy. Następnie magma zostaje wyrzucona na powierzchnię w postaci lawy, która krzepnie szybko – pojawiają się struktury skrytokrystaliczne (ciasto skalne).

Różne rodzaje struktur i tekstur wybranych skał magmowych i metamorficznych – makrofotografie

Skały magmowe możemy podzielić również ze względu na zawartość procentową krzemionki w magmie lub lawie na:

• skały kwaśne (powyżej 66% krzemionki),

• obojętne (52‑66% krzemionki)

• zasadowe (poniżej 52% krzemionki)

Kwaśną skałą jest np. granit (magmowa plutoniczna), riolit (magmowa wulkaniczna), obojętną np. sjenit (magmowa plutoniczna), andezyt (magmowa wulkaniczna), a zasadową np. bazalt (magmowa wulkaniczna), gabro (magmowa plutoniczna).

Minerały główne skał magmowych to znane minerały skałotwórcze – skalenie, kwarce, miki (łyszczyki), pirokseny, amfibole. Skały kwaśne zawierają więcej kwarcu (krzemionki), skały zasadowe – skaleni.

Skały osadowe

Skały osadowe  powstają na powierzchni skorupy ziemskiej  w wyniku:

• wietrzenia (rozpadu) transportu i sedymentacji skał wcześniej powstałych (np. piaski, piaskowce, żwiry, zlepieńce, muły, mułowce, iły, iłowce) – są to skały klastyczne (okruchowe);

• odparowania roztworu wypełniajacego wysychający zbiornik morski lub słone jezioro (np. gipsy, anhydryty, halit, czyli sól kamienna, sole potasowo‑magnezowe) – są to skały chemiczne;

• przemian szczątków roślinnych i zwierzęcych (np. wapienie, dolomity, węgiel brunatny, węgiel kamienny, ropa naftowa) – są to skały organiczne.

Ogół procesów, dzięki którym skały luźne są przekształcane w skały zwięzłe nazywamy diagenezą.diagenezadiagenezą. Diageneza może odbywać się poprzez:

• kompakcję (ściśnięcie luźnych elementów mineralnych pod wpływem nacisku wyższych warstw; proces często wiąże się z ubywaniem ilości wody w osadach),

• cementację – wypełnienie wolnych przestrzeni w skale spoiwem (tzw. lepiszczem).

Ogólnie dzieli się je na:

• skały okruchowe – powstają w wyniku wietrzenia skał uprzednio istniejących oraz diagenezy zwietrzelin (mogą być luźne lub zwięzłe, np. less, piasek, żwir, ił, glina, zlepieniec, piaskowiec);

• skały chemiczne (pochodzenia chemicznego) – powstają w wyniku wytrącania się minerałów z roztworów, głównie w wyniku parowania wód morskich i jeziornych oraz wypływających na powierzchnię zmineralizowanych wód podziemnych (np. skały solne, gips, anhydryt), mogą powstać także w wyniku procesów krasowych np. stalaktyty i stalagmity;

• skały organogeniczne (pochodzenia organicznego) – powstają w wyniku sedymentacji szczątków organicznych (roślinnych lub zwierzęcych) w obniżeniach terenu lub na dnie zbiorników wodnych (np. wapienie, kreda, węgiel kamienny, węgiel brunatny, torf); organogeniczne są również mieszaniny węglowodorów przenikające porowate skały np. ropa naftowa i gaz ziemny, często nie zalicza się ich do skał ponieważ nie mają struktury krystalicznej.

Podstawowe cechy skał okruchowych związane są z ich cechami strukturalnymi (określają charakter okruchów i ziaren), składem mineralnym i litologicznychLitologialitologicznych i  a w przypadku skał zwięzłych także charakter i skład mineralny spoiwa. SedymentacjasedymentacjaSedymentacja skał chemicznych zależy od stężenia roztworu i temperatury. Wraz ze wzrostem stężenia następuje wytrącanie kolejnego związku chemicznego z roztworu. Powstają ewaporatyEwaporatyewaporaty– na początku wytrąca się trudno rozpuszczalny kalcyt (węglan wapnia), czyli powstają wapienie, następnie lepiej rozpuszczalne siarczany wapnia – gips, anhydryt, a na końcu łatwo rozpuszczalne chlorki sodu i potasu, czyli sól kamienna i potasowa, czy potasowo‑magnezowa. Obecnie przykładem tego procesu jest Morze Martwe.

Struktura skał osadowych jest związana z ich uziarnieniem oraz procesami sedymentacji (osadzania się materiału mineralnego lub organicznego) i diagenezy (przemiany luźnego materiału nagromadzonego w wyniku sedymentacji w spoistą skałę wykazującą niekiedy warstwowanie). Na tej podstawie wyróżnia się skały luźne (sypkie) i zwięzłe (poszczególne ziarna są związane spoiwem krzemionkowym, wapiennym, żelazistym czy ilastym). Istotne znaczenie dla struktury ma także wielkość ziaren, czyli frakcja, jak również ich kształt (obtoczenie).

R1SxmbyWqmHS3

Tabela średnicy ziaren w skałach osadowych. W pierwszym wierszu ujęto nagłówki kolumn: nazwa frakcji, nazwa składników, typ skały zwięzłej, typ skały luźnej oraz wymiary składników. W kolejnych wierszach wyszczególniono po kolei typy skał: Frakcja: żwirowa, składniki: głaz, okruch, otoczak, typ skały zwięzłej: brekcja, zlepieniec, typ skały luźnej: głazowisko, gruz, żwir, wymiary składników: powyżej 100 mm, 2-100 mm. Frakcja: piaskowa, składniki: ziarno, typ skały zwięzłej: piaskowiec, typ skały luźnej: piasek, wymiary składników: 0,1 – 0,2 mm. Frakcja: pyłowa, składniki: ziarno, typ skały zwięzłej: pyłowiec, mułowiec , typ skały luźnej: pył, muł, wymiary składników: 0,004 – 0,10 mm. Frakcja: iłowa, składniki: ziarno, koloid, typ skały zwięzłej: iłowiec, mułowiec, typ skały luźnej: ił, muł, wymiary składników: poniżej 0,004 mm.

Skały osadowe stanowią jedynie ok. 5% ogólnej objętości skał, pomimo tego, że pokrywają 75 % powierzchni lądów i większą część dna oceanów. Średnia grubość warstw osadowych jest jednak niewielka w porównaniu z miąższością skał magmowych i matamorficznych.

Różne typy struktury wybranych skał osadowych

RrGuLkzK2UrPR Na zdjęciu przedstawiono głazowisko na zboczu góry. Składa się ono z dużych kamieni w kolorze jasnoszarym. Kamienie są umieszczone jeden na drugim i pokrywają niemal całą powierzchnię głazowiska. Struktura różnoziarnista, układ luźny. Na dalszym planie drzewa iglaste.	R1HxEKF3m5QeW Fotografia przedstawia jest żwir. Składa się on z mniejszych kamieni w różnych odcieniach szarości. Struktura różnoziarnista, układ luźny.
R1XvjRrsOIPLQ Na fotografii przedstawiono strukturę piasku. Widoczne jest wiele mikroskopijnych ziarenek w kolorze żółtym. Struktura różnoziarnista, układ luźny.	RXKyYJvbDCY2A Zdjęcie przedstawia piasek oraz większe kamyki w odcieniach szarości. Struktura różnoziarnista, układ luźny.
R1HcZLWNcAEx7 Na zdjęciu przedstawiono piaskowiec koloru musztardowego. Na jednej ze ścian bocznych widoczne są poziome pasy w ciemniejszym odcieniu. Struktura różnoziarnista, układ zwięzły.	RjqzXv4bchTdu Na zdjęciu przedstawiony jest zlepieniec. Jest on koloru brunatno-szarego. Posiada dość liczne małe plamki koloru białego, szarego i brunatnego. Struktura różnoziarnista, układ zwięzły.
R5C3vHa81x5WF Na zdjęciu widoczny jest pył zlepiony w kształt zbliżony do sześcianu. Jest on koloru żółtego. Struktura różnoziarnista, układ średniozwięzły.	R3DdYko0gz6hX Na fotografii przedstawiono skałę glinianą. Ma ona nierówną powierzchnię – tworzy ją układ wybrzuszeń i wgłębień. Glina jest koloru jasnoszarego. Struktura różnoziarnista, układ średniozwięzły.
RQPs5P6NSyLuh Na fotografii przedstawione są dwie skały wapienne o nieregularnych kształtach. Są koloru jasnoszarego. Struktura różnoziarnista, układ zwięzły.	RIWp08hTmumKW Na zdjęciu przedstawiono kredę. Skała ma nierównomierny kształt i śnieżnobiały kolor. Struktura różnoziarnista, układ średniozwięzły.

Skały osadowe - grafika interaktywna

Skały przeobrażone (metamorficzne)

Skały metamorficzne powstają w wyniku przeobrażenia skał magmowych, osadowych, a także innych metamorficznych pod wpływem wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia (bądź tylko jednego z tych czynników). Rezultatem jest zmiana składu chemicznego i wyglądu fizycznego skały oraz wewnętrznej budowy (uporządkowanie minerałów).

Charakter procesów metamorficznych zależy od głębokości, na jakiej one zachodzą oraz od czynników endogenicznych np. plutonizm, wulkanizmu, ruchów lądotwórczych czy górotwórczych.

Wyróżniamy dwa rodzaje metamorfizmu:

• metamorfizm kontaktowy (lokalny, termiczny) – skały znajdujące się w sąsiedztwie wdzierającej się gorącej magmy, topią się i ponownie krystalizują, czyli przeobrażają się w wyniku wysokiej temperatury, np. z wapieni powstały marmury,

• metamorfizm regionalny (termodynamiczny) – obejmuje większe obszary (np. baseny oceaniczne, miejsca występowania ruchów skorupy ziemskiej), gdzie na osadzające się skały działają wszystkie czynniki metamorfizmu: podwyższone ciśnienie, temperatura oraz reakcje chemiczne; jego produkty mają największe znaczenie wśród skał przeobrażonych, np: serpentynity.

W zależności od głębokości na których zachodzi metamorfizm, następuje różne przeobrażenie skał. Można wyróżnić:

• strefę EPI – najpłytszą, z temperaturą do 300°C i dużym wpływem ciśnienia kierunkowego, w której powstają: fyllity – z przeobrażenia skał ilastych, kwarcyty – z przeobrażenia piaskowców (piaskowców kwarcytowych);

• strefę MEZO – położoną zwykle na głębokościach 10‑20 km, gdzie temperatura sięga 500°C, zaś na skały oddziałuje zarówno ciśnienie kierunkowe, jak i statyczne: powstają gnejsy – z przeobrażenia granitów, marmury – z przeobrażenia skał węglanowych (wapieni);

• strefę KATA – zlokalizowaną zwykle poniżej 20 km, gdzie temperatura sięga do 800°C i silnie oddziałuje ciśnienie statyczne, w której powstają: eklogity – z przeobrażenia bazaltów i gabr.

Podział skał magmowych i metamorficznych - grafika interaktywna

Rozpoznawanie skał

Wiele skał (i minerałów) można dokładnie zidentyfikować na podstawie zespołu charakterystycznych właściwości makroskopowych, czyli takich, które można dostrzec „gołym okiem”. Jeżeli chcesz dobrze rozpoznawać skały, zwróć uwagę na ich barwę, strukturę i teksturę:

• barwa związana jest z budującymi skałę minerałami,

• struktura zależy od sposobu wykształcenia składników skały, w tym m.in. stopnia krystaliczności i wielkości kształtu kryształów w skałach magmowych i metamorficznych oraz wielkości ziaren, ich obtoczenia i spojenia w skałach osadowych, a także wzajemnych relacji między tymi składnikami,

• tekstura uzależniona jest od sposobu ułożenia i rozmieszczenia składników w skale, m.in. uporządkowania i stopnia wypełnienia przestrzeni.

W rozpoznawaniu skał mogą być pomocne także obserwacje cech organoleptycznych w tym m.in. plastyczności, zwięzłości, reakcji z kwasem („burzenie z kwasem” pozwalające na zidentyfikowanie skał węglanowych) i wiele innych.

Przydatne są także fotografie, chociaż rozpoznając skały, nie można się ograniczać tylko do nich, nie wiadomo bowiem, czy prezentują okazy wyjątkowe, czy typowe. Konieczne jest bezpośrednie obejrzenie skały, zidentyfikowanie budujących ją minerałów, których barwa może się przecież zmieniać w zależności od domieszek pierwiastków lub związków chemicznych. Konieczne jest także określenie kształtu i wielkości kryształów lub okruchów mineralnych, ich układu, zwięzłości i wielu innych cech. Spójrz, jak bardzo może różnić się granit w zależności od tego, w jakich warunkach powstał.

Granit strzeliński	Granit vanga	Granit rapakivi
R1JJpcYOTB811 Na fotografii przedstawiono granit strzeliński. Skała jest przedstawiona na czarnym tle. Ma ona nieregularny kształt, kolor dominujący to biały i odcienie szarego gdzieniegdzie pojawia się kolor czarny.	R1RFhf7MW38By Na fotografii przedstawiono granit vanga. Ma on nieregularny kształt. Kolorem dominującym w strukturze granitu jest odcień czerwonego. Na czerwonym tle występują dość liczne czarne punkty rozmieszczone nierównomiernie. Gdzieniegdzie występują również punkty białe.	R12FCjMpQrCC9 Na zdjęciu przedstawiony jest granit rapakivi. Ma on nieregularny kształt. Kolor dominujący to jasnobrązowy, na jego powierzchni pojawiają się nieregularne czarne oraz białe plamy.

Indeks górny Źródło: Granit strzeliński - Piotr Sosnowski, CC BY‑SA 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0>, via Wikimedia Commons; granit vanga i granit rapakivi - Englishsquare.pl Sp. z o.o. Indeks górny koniec^{Źródło: Granit strzeliński - Piotr Sosnowski, CC BY‑SA 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0>, via Wikimedia Commons; granit vanga i granit rapakivi - Englishsquare.pl Sp. z o.o.}