Geomateriały. minerały, skaly i inne.. Co to jest minerał?

Transkrypt

1 Geomateriały minerały, skaly i inne.. Co to jest minerał? Minerał Nieorganiczny, powstały w naturze, stały materiał o zdefiniowanym, konkretnym składzie chemicznym* i strukturze krystalicznej. *Uwaga: skład chemiczny może być albo ustalony ściśle, albo zmienny w pewnych ustalonych granicach. Skała Naturalnie powstałe, ciało stałe złożone z jednego lub więcej minerałów, czasami zawierające części organiczne. Minerały są głównymi składnikami skał (6 minerałów jest głównymi składnikami skał).

2 Mineraloid Mineraloid Niektóre, naturalnie występujące stałe materiały, które nie spełniają definicji minerału z powodu braku: Zdefiniowanego składu, lub Charakterystycznej struktury krystalicznej, lub Obu. Skład minerałów Niektóre zbudowane są z pojedynczego pierwiastka (np. diament, grafit, złoto, miedźi siarka). Większość minerałów to związki chemiczne.

3 Struktura krystaliczna minerałów Struktura krystaliczna to coś, czego nie trzeba definiować; Substancje naturalne niekrystaliczne to np. bursztyn i szkło (mineraloidy). Właściwości fizyczne minerałów Właściwości fizyczne minerałów: Połysk Kolor Twardość Łupliwość i przełam Rysa (kolor rysy) Ciężar właściwy Postać kryształu Przezroczystość gszczególne właściwości gmagnetyzm gdwójłomność gsmak gzapach gdotyk greakcje chemiczne

4 Minerały w skorupie ziemskiej Tylko 12 pierwiastków występuje w skorupie ziemskiej w ilości większej niż 0.1% (wagowo). Te 12 pierwiastków stanowią 99.23% masy skorupy ziemskiej. Znanych jest około 4000 minerałów, ale tylko 30 występuje powszechnie.

5 Grupy minerałów Krzemiany (SiO 4 ) 4-, najbardziej rozpowszechnione w skorupie ziemskiej; Węglany (CO 3 ) 2-, fosforany (PO 4 ) 3- i siarczany (SO 4 ) 2- ; Pierwiastki rodzime, siarczki (S 2- ) i tlenki (O 2- ) metali. Krzemiany Dwa pierwiastki: tlen i krzem stanowią razem ponad 70% masy skorupy ziemskiej. Podstawowym elementem krzemianów jest czworościan SiO 2-4

6 Krzemiany Kryształy mogą zawierać: Pojedyncze jony SiO 4 połączone poprzez dodatnie jony metali; Grupy tetraedrów; Pierścienie; Ciągłe łańcuchy tetraedrów SiO 4; Płaszczyzny tetraedrów; Struktury 3-D tetraedrów.

7 Krzemiany wyspowe: oliwin, granat, cyrkon,.. Dwie bardzo ważne skałotwórcze grupy minerałów (oliwiny i granaty), mają strukturę krystaliczną, w której czworościany krzemianowe są izolowane. Łączą się ze sobą poprzez wiązanie jonowe z kationami metali. Minerały wyspowe powstają w bardzo wysokiej temperaturze. Granat Grupa granatu są to minerały o składzie: X 3 Y 2 Z 3 O 12, gdzie X = Mg, Fe 2+, lub Ca; Y = Al, Cr, lub Fe 3+ ; Z = Si. minerały należące do tej grupy: pyrop- Mg 3 Al 2 Si 3 O 12 almandyn -Fe 2+ 3 Al 2 Si 3 O 12 spessartin -Mn 3 Al 2 Si 3 O 12 grossular -Ca 3 Al 2 Si 3 O 12

8 Krzemiany grupowe Dwa czworościany stykają się ze sobą wierzchołkiem. Powstaje grupa (Si 2 O 9 ) 10-, 10 ładunków ujemnych neutralizuje się poprzez dołączenie kationów metali i grup wodorotlenowych. Zoisyt Ca 2 Al 3 O OH SiO 4 Si 2 O 7 Krzemiany pierścieniowe Czworościany stykają się narożami tworząc pierścienie trój- cztero- lub sześcio-elementowe. Pierścienie układają się w równoległe warstwy. beryl turmalin

9 Beryl Be 3 Al 2 Si 6 O 18 Krzemiany łańcuchowe: Pirokseny i Amfibole Pirokseny: zawierają pojedynczy łańcuch (najpowszechniejszy - augite = Ca(Mg,Fe)Si 2 O 6 ), aegirine = NaFeSi 2 O 6 ). Amfibole: zawierają podwójny łańcuch krzemianowy (hornblende = Ca 2 (Mg,Fe) 4 Al(Si 7 Al)O 22 (OH,F) 2 ).

10 Piroksen, Amfibol Mg 2 Si 2 O 6, Krzemiany warstwowe: minerały ilaste, miki, serpentyny,.. Zawierają płaszczyzny tetraedrów krzemianowych; Kaolinit, Al 4 Si 4 O 10 (OH) 8 - jest jednym z głównych przedstawicieli minerałów ilastych (uwodnione glinokrzemiany). Inne: illit i montmorylonit. Muscowit, KAl 2 (Si 3 Al)O 10 (OH) 2 - jeden z rodzajów miki. Serpentyny: azbesty;

11 Muskowit Muscowit - mika- KAl 2 (AlSi 3 O 10 )(F,OH) 2. Znakomita łupliwość, łatwo dzieli się na warstwy; topi się w 1320 C, twardość Wykorzystuje się jego właściwości izolujące i ognioodporność. Serpentyn Grupa serpentynu to trzy odmiany polimorficzne o składzie Mg 6 Si 4 O 10 (OH) 8. Chrysotile to komercyjna odmiana azbestu.

12 Krzemiany szkieletowe Krzemiany, w których sieć tetraedrów jest trójwymiarowa. Najbardziej spektakularnym przykładem jest kwarc, zbudowany jest wyłącznie z czworościanów SiO Kwarc Czysty (prawie) kwarc jest biały lub przezroczysty. Inny kolor wynika z niewielkich ilości domieszek (Fe, Al., Ti,..) oraz... ciekawych zjawisk fizycznych. Kwarc zawsze zawiera domieszki Al 3+ (1/10000 Si). Brak ładunku kompensowany jest jonami H + lub Na +. Taki kwarc jest przezroczysty lub mleczno-biały.

13 Kwarc Gdy kwarc zostanie naświetlony (promieniowaniem o dużej energii), wówczas elektron z atomu tlenu sąsiadującego z Al3+ jest wybijany z atomu i pułapkowany przez H+. Czworościan AlO4 staje się centrum barwnym, a kwarc kwarcem dymnym (szary-brązowyczarny). Kwarc Kwarc, który zamiast domieszki Al3+ zawiera żelazo Fe3+ jest żółty lub brązowawy. Jest to cytryn. Gdy cytryn zostanie naświetlony (jak poprzednio) i powstaną w nim centra barwne otrzymujemy fioletowy ametyst. 13

14 Kwarc Kolor kwarcu różowego wynika z obecności w nim włókien innego minerału: dumortieritu; Dumortierit to glinokrzemian Al 7 (BO 3 )(SiO 4 ) 3 O 2.5 (OH) 0.5, którego różowy kolor wynika z przeskoku elektronu pomiędzy domieszkami Fe i Ti; Kwarc Różowy kwarc i włókna dumortieritu wewnątrz kwarcu;

15 Kwarc Drobnoziarniste (skrytokrystaliczne) formy kwarcu to Rogowiec (ang. Chert) Chalcedon; Opal; Kwarc Rogowiec bardzo drobnokrystaliczny kwarc Tworzy się poprzez rekrystalizację krzemianowych skamielin, Jasper odmiana z dodatkiem hematytu czerwony Krzemień odmiana zawierająca dodatki organiczne ciemne kolory Chalcedon mikrokrystaliczny kwarc często pasiasty(agat); Opal hydrożel (roztwór stały wody w krzemionce) tworzy się jako koloid, a następnie woda dyfunduje do krzemionki powoduje, że opal jest amorficzny; Opal powoli krystalizuje i staje się chalcedonem;

16 Skalenie Skalenie to również krzemiany szkieletowe: Najpowszechniejsza grupa minerałów w skorupie ziemskiej (około 60%); Tworzy się poprzez polimeryzację. Przykład: mikroklin (KAlSi 3 O 8 ) Węglany (CO 3 ) 2-, fosforany (PO 4 ) 3- i siarczany (SO 4 ) 2-

17 Węglany Anion węglanowy, (CO 3 ) 2-, tworzy trzy rozpowszechnione minerały: Kalcyt. Aragonit. Dolomit. Kalcyt i dolomit Kalcyt: CaCO 3 Dolomit: CaMg(CO 3 ) 2

18 Siarczany Gips: uwodniony siarczan wapnia (CaSO 4 *2H 2 O) Anhydryt:(CaSO 4 ) Siarczany Baryt (BaSO 4 ), Celestyt (SrSO 4 ) i Anglesit (PbSO 4 ) ważne złoża, z których otrzymuje się odpowiednie pierwiastki. Te minerały maja dużą gęstość Baryt =4.5, Anglesit = 6.3 g/cm 3 (skalenie ~2.5)

19 Fosforany Najważniejszym fosforanem jest apatyt Zawiera aniony ((PO 4 ) 3-. Występuje w różnych odmianach, np.ca 5 (PO 4 ) 3 (OH,F,Cl). Stanowi główne źródło fosforu. Pierwiastki rodzime, siarczki (S 2- ) i tlenki (O 2- ) i chlorki metali.

20 Miedź, złoto, srebro, węgiel, siarka Cu Ag S Diament i grafit

21 galena Siarczki - źródło metali Piryt (FeS 2 ) i pyrrhotit (FeS) są najpowszechniejsze; Galena (PbS), sfaleryt (ZnS), chalcopiryt (CuFeS 2 ). Również kobalt, rtęć, molibden i srebro są otrzymywane ze złóż siarczków; Chlorki, fluorki,.. Halit (NaCl) i Sylvit (KCl) powstają w bardzo przesyconych roztworach wodnych; Fluoryt (CaF 2 ) wystepuje w żyłach związanych z wodami hydrotermalnymi.

22 Tlenki Tlenki żelaza, magnetyt (Fe 3 O 4 ) i hematyt (Fe 2 O 3 ), są najważniejszymi minerałami z grupy tlenków. Poza tym tlenkowe minerały to Rutyl (TiO 2 )-główne źródło tytanu; Cassiterite (SnO 2 ); Uraninite (U 3 O 8 ). SKAŁY

23 Skały: mieszaniny minerałów Skały wulkaniczne Utworzone wskutek krzepnięcia magmy. Skały osadowe Utworzone wskutek osadzania materiału transportowanego w roztworze lub zawiesinie. Skały metamorficzne Utworzone wskutek przekształcenia istniejących skał wulkanicznych lub osadowych w reakcji na podwyższenie temperatury lub ciśnienia.

24 Udział skał osadowych i wulkanicznych w skorupie ziemskiej Skały wulkaniczne Skały wulkaniczne zawierają przemieszane, nieregularne kryształy różnych minerałów: kwarc, skalenie, mika, minerały ferromagnetyczne; Minerały krystalizują z lepkiej stopionej skały w kolejności zaleznej od temperatury topnienia;

25 Skały wulkaniczne Wszystkie skały wulkaniczne Powstają z magmy, Powstają z lawy, Powstają z materiałów piroklastycznych. Magma to stopiony materiał pod powierzchnią; Lawa to stopiony materiał na powierzchni; Piroklastyczny materiał to cząsti takie jak popiół wulkaniczny. Rodzaje skał wulkanicznych Skały wulkaniczne (wylewne) Powstają na powierzchni Powstają z lawy lub materiału piroklastycznego; Skały głębinowe lub plutoniczne Powstaja z magmy wstrzykniętej do skorupy ziemskiej Powstają w miejscu skorupy Plutony to obiekty zbudowane ze skał plutonicznych.

26 Plutony Tekstury skał wulkanicznych phaneritic: duże, widoczne gołym okiem ziarna (powolne chłodzenie); aphanitic: ziarna widoczne po powiększeniu (szybkie chłodzenie); porphyritic: duże ziarna otoczone drobnoziarnistą masą (chłodzone najpierw wolno, później szybko);

27 Tekstury skał wulkanicznych Szklista Vesicular texture Pyroklastyczna chłodzenie bardzo szybkie w czasie chłodzenia tworzyły się bąble gazu cząstki rozproszone w czasie wybuchu i następnie sprasowane Klasyfikacja skał wulkanicznych Kryteria: skład i tekstura Podział ze względu na skład bazuje na zawartości SiO 2 : felsic (>65% silica) pośrednie (53-65% silica) mafic (45-52% silica)

28 Klasyfikacja skał wulkanicznych Przykłady skał wulkanicznych Bazalt Gabbro Andesite Diorite

29 Przykłady skał wulkanicznych Rhyolite Granite Skały osadowe Skały osadzone przez wiatr, wodę i lód Uformowane w skałę pod wpływem ciężaru oraz naturalnego cementu Charakterystyczne cechy skał osadowych: rozróżnialne, okrągłe ziarna; często pasma i warstwy; obecność skamielin;

30 Inne skały osadowe osady chemiczne i biochemiczne wapień(drobnoziarnista skała, głównie kalcyt); rogowiec (Chert); rafy koralowe Skały osadowe Brekcja osadowa Piaskowiec kwarcowy Łupek

31 Skały osadowe Gips Chert sól kamienna Wegiel Skały metamorficzne Utworzone wskutek działania wysokich ciśnień i temperatury na skały pod powierzchnią Ziemi. Dodatkowym czynnikiem jest aktywnosć chemiczna magmy.

32 Skały metamorficzne Wskutek dzialania czynników zewnętrznych może zmienić się: skład minerału (tworzy się nowy); tekstura minerału; jedno i drugie. Przykład zmiany tekstury Często, pod wpływem ciśnienia powstaje tekstura warstwowa

33 Przykłady skał metamorficznych Łupki Gneiss Marmur Quartzite Literatura D. Lemaire, "Atoms, Elements, Minerals, Rocks: Earth's Building Materials", Wiley; C.L. Smart, "Igneous Rocks" and "Minerals"; K. Schramm, "Minerals"; J.K. Morgan, "Sample Rock Types", Rice University; G. Druschel, "Sedimentary Materials", University of Vermont; J. D. Winter, "Phase Relations and Binary Systems", Whitman College Geology; "Evolution of Magmas", University of Stellenbosch.