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).
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.
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
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.
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
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.
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
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
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 ).
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;
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 2-2.25. 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.
Krzemiany szkieletowe Krzemiany, w których sieć tetraedrów jest trójwymiarowa. Najbardziej spektakularnym przykładem jest kwarc, zbudowany jest wyłącznie z czworościanów SiO 24 -. 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.
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
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;
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;
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-
Węglany Anion węglanowy, (CO 3 ) 2-, tworzy trzy rozpowszechnione minerały: Kalcyt. Aragonit. Dolomit. Kalcyt i dolomit Kalcyt: CaCO 3 Dolomit: CaMg(CO 3 ) 2
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)
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.
Miedź, złoto, srebro, węgiel, siarka Cu Ag S Diament i grafit
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.
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
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.
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;
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.
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);
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)
Klasyfikacja skał wulkanicznych Przykłady skał wulkanicznych Bazalt Gabbro Andesite Diorite
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;
Inne skały osadowe osady chemiczne i biochemiczne wapień(drobnoziarnista skała, głównie kalcyt); rogowiec (Chert); rafy koralowe Skały osadowe Brekcja osadowa Piaskowiec kwarcowy Łupek
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.
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
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.