Mineral

Beryll

Mineraler er homogene, naturlig forekommende, faste, uorganiske stoffer med en definert krystallstruktur av atomer av bestemte grunnstoffer som sitter i bestemte posisjoner. Mineraler har videre en bestemt kjemisk sammensetning eller kjemiske forbindelser med konstante kjemiske og fysiske egenskaper, og de ordnede krystall-strukturene ordner atomene i bestemte posisjoner. Dette skiller dem fra bergarter, som ikke har en fast kjemisk sammensetning, men snarere utgjør en tilfeldig mineralblanding. Mineralers kjemiske formel kan i visse tilfeller variere mellom kjente endepunkter i et mineralsystem. Det er omstridt hvorvidt mineraler må være anorganiske og ha en ordnet atomstruktur. Mineraler blir dannet gjennom geologiske og biologiske prosesser. Innenfor geologien kalles studiet av mineraler for mineralogi. Mineraler er grunnlagsmaterialet for bergarter.

Berggrunnen og løsmassene som dekker berggrunnen (de organiske komponentene unntatt) er bygd opp av mineraler. Det er beskrevet mer enn 5 070 ulike mineraler gjennom International Mineralogical Association, med 10-20 000 undergrupper eller varianter, og det oppdages hvert år flere nye. Silikatmineraler utgjør 90 % av jordskorpa, grunnstoffene silisium og oksygen utgjør 75 %. De to vanligste mineralene i jordskorpa er feltspat og kvarts. I mantelen er det pyroksen og olivin som er vanligst, og siden mantelen er mye tykkere enn jordskorpa så er det nok disse to som er de vanligste på jorda selv om de er sjeldne på overflaten. Mineraler som er særlig viktige og tallrike i en bergart, kalles bergartsdannende mineraler. De vanligste av de om lag 150 bergartsdannende mineralene er silikatmineralene kvarts, feltspat, glimmer, amfibol, pyroksen og olivin, og dessuten kalsitt. Det finnes også faste, ikke-krystallinske stoffer som dannes ved geologiske prosesser (for eksempel vulkansk glass), og som pr. definisjon ikke er mineraler.

Mineraler defineres av sin kjemiske sammensetning ved hjelp av enten Dana-klassifikasjon, eller Strunz-klassifikasjon. Silikatmineralene har et [SiO₄]^4- tetraeder-molekyl som base, som enten opptrer enkelt (ortosilikat) eller danner strukturerte polymerer med to baser (disilikat), ringstruktur (cyclosilikat), kjedestruktur (inosilikat), lagstruktur (fyllosilikat), eller kompliserte tredimensjonale strukturer (tektosilikat). En gruppe mineraler består av bare ett grunnstoff, er malmer og omfatter blant annet sølv, gull, kobber, jern, bly, sink, tinn, kvikksølv og karbon (diamant). Andre grupper omfatter sulfitter, oksider, halider, karbonater, sulfater, og fosfater.

Identifikasjon av mineraler kan gjøres med avanserte instrumenter, men også med feltvurdering av utseende, hardhet, vekt, kløv, strek, glans, spalting, krystallform, lysbryting, magnetisme, lukt, osv. Radioaktivitet og reaksjon med syre er også viktige indikatorer. Mineraler må være stabile ved 25 °C, med noe unntak av mineralene kvikksølv og is.

Mange mineraler er viktige råstoffer i kjemisk og metallurgisk industri, og kalles da industrimineraler. Malmene er viktige, men også sammensatte mineraler slik som glimmer-mineralet muskovitt som brukes i glassproduksjon og isolasjon. Mineraler som inneholder tungmetaller – dvs. metaller med tetthet høyere enn 5,0 – kalles ertsmineraler. Mange mineraler er verdifulle smykkesteiner, eller populære samleobjekter. Av de om lag 35 smykkesteinene er om lag 20 enkeltstående mineraler, resten er sammensatte bergarter.

Mineralenes navn er oftest hentet fra person, fulgt av funnsted, kjemisk innhold, og egenskaper. Navneendelsen -itt kommer av det greske [-ites], som betyr «forbundet med» eller «tilhørende».

Mineraldannelse

Mineraler kan dannes når bergartssmelter (magma) størkner på eller under jordoverflaten (magmatiske prosesser). Dette skjer ved temperaturer på mellom 600 og 1200 °C, avhengig av trykk og kjemisk sammensetning. Etter hvert som temperaturen i smelten synker, utfelles ulike mineraler ved krystallisering. Ved magmatiske prosesser og metamorfose er det også svært vanlig at det frigjøres varme vannløsninger – såkalte hydrotermale løsninger. Ved slike hydrotermale prosesser kan løsningene bevege seg gjennom omkringliggende bergarter og reagere med mineralene i dem (metasomatose). Løsningene kan også bli overmettet med oppløste stoffer, slik at mineraler felles ut direkte («utfelling»). Ofte finnes slike mineraler som årer eller ganger i berget. Ved forvitring reagerer bergarter kjemisk med vann eller med stoffer i lufta, som karbondioksid eller svoveldioksid. De mineralene som da dannes er særlig leirmineraler, hydroksider, karbonater og sulfater.

Identifikasjon etter egenskaper

Apatitt

Topas

Diamant

Mineraler kjennetegnes blant annet av sin farge, strek, kløv, glans, hardhet, tetthet, ytre og indre krystallstruktur. De kan være kubiske, pyramideformede, sekskanter, eller ha andre former.

Følgende begrep brukes til å bestemme et mineral:

Kjemisk sammensetning er viktig for klassifikasjonen, Selv grunnstoffmineraler har som regel en blandingsstuktur på grunn av «forurensing» under dannelsen. Et enkelt mineral som olivin består av (Mg, Fe)₂SiO₄ - en blanding av magnesiumrik forsteritt og jern-rik fayalitt. Mineraler kan også etter moderne definisjon ha organisk opphav, slik som urea, rav, en rekke salter, og mineraler av hydrokarbon-struktur. Det er klart at organismer kan danne en del mineraler som ikke kan oppstå anorganisk. Enkelte organismer danner også mineralisert vev gjennom utfelling av kalsium, fosfat, silikat (alger, diatomer) eller karbonat (virveldyr).

Krystallstruktur. Den regelbundne oppbygginga av mineralene gjør at de danner krystaller som er avgrensa av plane flater. Antall flater og vinkelen mellom dem kan brukes til å bestemme et krystall. For eksempel danner kvarts (bergkrystall) sekskanta prismer med en sekskanta pyramide i den ene enden. Under spesielle betingelser – for eksempel når mineraler får vokse uhindra i hulrom i en bergart (druser) – kan de utvikle perfekte krystaller. Vanligvis vil imidlertid krystallene være skjeve og fortrukne fordi noen flater har hatt anledning til å utvikle seg bedre enn andre, og i en størkningsbergart vil krystallformen til de mineralene som inngår i bergarten ikke være gjenkjennelig. Vinklene mellom krystallflatene vil likevel overalt være de samme for samme mineral.

• Hardhet, vurderes etter en skala med ti nivåer. Den tidelte hardhetsskalaen ble utarbeidet av østerrikeren Friedrich Mohs på 1800-tallet, og kalles derfor Mohs skala.
  • 1 Talk risses lett med neglen.
  • 2 Gips risses mindre lett med neglen.
  • 3 Kalkspat risses lett med kniv.
  • 4 Flusspat risses mindre lett med kniv.
  • 5 Apatitt risses vanskelig med kniv.
  • 6 Feltspat risser så vidt glass og kan ripes med stålfil.
  • 7 Kvarts risser glass.
  • 8 Topas risser med letthet glass og riper kvarts.
  • 9 Korund risser med letthet glass og riper topas.
  • 10 Diamant risser med letthet glass og kan ikke ripes.
• Spaltbarhet eller kløv er hvordan et mineral kløver. Noen kløver lett i lengden, men vanskelig på tvers. Overflaten i et kløv eller i spalten kan være karakteristisk. Kløv kan spenne fra meget fullkomment kløv – som hos glimmer – til mineraler som slett ikke lar seg spalte – som kvarts.
• Brudd er de uregelmessige flatene som oppstår når prøver av dårlig spaltbare mineraler slås i stykker.
  • Muslig brudd med motsvarende forhøyninger og fordypninger på hvert bruddstykke. Muslig brudd er typisk for kvarts.
  • Jevnt brudd med glatte bruddflater.
  • Ujevnt brudd med ujevne (uregelmessige) bruddflater.
  • Splintrig brudd med bruddflater som er splintret, fliset eller knast i stykker.
• Farge – noen mineraler har bestemte gjenkjennelige farger (egenfarge). Men mange kan ha ulik farge etter graden av forurensing fra andre mineraler.
• Strekfarge er fargen i et riss med en skarp gjenstand (kniv) eller fargen på en finknust prøve av mineralet.
• Glans er hvordan bruddflata eller krystalloverflata reflekterer lys. Glansen kan beskrives som metallisk, glassaktig, matt eller fettet. Diamant har en egen glans som kalles adamantinglans.
• Tetthet regnes i g/cm³. Dette er mineralets egenvekt, som er hvor mange ganger det er tyngre enn vann. Mineraler i bergarter har en egenvekt mellom 2 og 3. Metaller er tyngre. Gull har egenvekt 19,3.
• Elektrisk ledningsevne
• Magnetisme. Av vanlige mineraler finnes bare et par som er magnetiske – magnetitt og magnetkis.
• Radioaktivitet. Noen mineraler er naturlig radioaktive fordi de inneholder radioaktive grunnstoffer som uran eller thorium.
• Oppløselighet. Mange mineraler er tungt oppløselige i vann. Men de såkalte halogenider er eksempelvis lett løselige i vann, slik som flusspat.

Klassifikasjon og kjemiske egenskaper

Se også: Liste over mineraler.

Mineralogi er nær beslektet med uorganisk kjemi, som danner basis for den dominerende Dana-klassifikasjonen fra 1837, som tilordner hver art et firesifret nummer. Strunz-klassifiseringen fra 1941 tar også hensyn til mineralenes strukturelle, kjemiske bindinger. Mineraler tilordnes, i stigende orden, som varianter, arter, serier og grupper. Varianter er ulike utseender av samme art, eksempelvis er ametyst en fiolett variant av kvarts. Arten er en sentral tilordning og kjennetegnes av kjemisk sammensetning og struktur (formel), eksempelvis defineres kvarts ved formelen SiO₂ kombinert med en krystallstruktur som atskiller kvarts fra andre mineraler som deler den samme kjemiske formel. En serie er en mengde av ulike strukturer som dannes av de samme mineralene, eksempelvis er biotitt en serie av ulike blandinger av mineralene flogopitt, siderofyllitt, annitt og eastonitt. En gruppe er en mengde av ulike mineraler som har de samme kjemiske egenskapene og lik krystallinsk struktur, eksempelvis pyroksen-gruppen med formel XY(Si, Al)₂O₆.

Vi kan ordne mineralene i følgende åtte grupper, i vanlig nummerert rekkefølge:

1. Grunnstoffer kan forekomme i mer eller mindre ren (gedigen) form i naturen, og utgjøre malmer. De viktigste er gull (Au), sølv (Ag), kassiteritt (Sn, SnO₂), sfaleritt (Zn), jern (Fe), kobber (Cu), bly (Pb), sinober (Hg, HgS), diamant (C) og grafitt (C). Dette er mineraler som bare består av ett grunnstoff.
2. Sulfider er metallatomer bundet til svovel. Silikatene er ugjennomsiktige (opake), har høy tetthet, er forholdsvis bløte og har en metallisk glans. Mange av dem – som svovelkis, molybdenitt, kopperkis og sinkblende – er råstoff for metallframstilling, og er derfor økonomisk viktige mineraler.
3. Oksider inneholder ulike metaller bundet til oksygen. De fleste av dem er tunge, harde og ugjennomsiktige. Mange oksider er viktige ertsmineraler, f.eks. hematitt (jernglans), ilmenitt, magnetitt og uraninitt. En undergruppe av oksidene er hydroksidene, som i stedet for oksygen inneholder ei OH-gruppe (OH⁻).
4. Halogenider eller halider er forbindelser med halogener, nærmere bestemt fluor og klor. De fleste er lette og bløte. De er lettløselige og derfor lite utbredt i naturen, men halitt og flusspat er relativt vanlige mineraler.
5. Karbonater er mineraler som inneholder karbonationet CO₃^2-. De mest kjente er kalkspat og dolomitt, som begge er viktige industrimineraler i Norge.
6. Sulfater er mineraler som inneholder sulfatanionet SO₄^2-. De er ofte dannet ved hydrotermale prosesser eller som saltavleiringer (evaporitter). Et vanlig sulfatmineral er gips.
7. Fosfater er mineraler som inneholder fosfatanionet PO₄^3-. Det vanligste fosfatmineralet er apatitt.
8. Silikater inneholder en forbindelse med silisium og minst et annet grunnstoff, og er de vanligste bergartsdannende mineralene. Eksempelvis består molekylene i bergarten kvarts av ett silisiumatom og to oksygenatomer (SiO₂). Alle silikatmineraler inneholder såkalte SiO₄-tetraedere, dvs. et silisiumatom omgitt av fire oksygenatomer. Under meget stort trykk kan silikatet være seks- eller åttefallig forbundet med oksygen, som i perovskitt, rutil, osv. Avhengig av om SiO₄-tetraedrene opptrer alene eller er bundet til hverandre på ulike måter, taler vi med stigende kompleksitet om:

• Enkeltsilikater (ortosilikat, nesosilikat) – f.eks. granat, olivin, zirkon, topas, andraditt, tefroitt, spessartin.
• Dobbeltsilikater (disilikat, sorosilikat) - f.eks epidott, metapelitt, lawsonitt, vesuvianitt.
• Ringsilikater (cyclosilikat) – f.eks. turmalin, beryll, cordieritt.
• Kjedesilikater (inoslikater) – f.eks. amfibol, pyroksen, tremolitt, actinolitt.
• Sjiktsilikater (fyllosilikat) – f.eks leirmineraler, glimmer, muskovitt, biotitt, kaolinitt, serpentin.
• Nettverkssilikater (tektosilikat) – f.eks. kvarts, feltspat, feltspatoider, nefelin, rutil, zeolitt.

Mineral i bergarter

Mineralinnholdet av bergarter er normalt sammensatt, men en bergart kan også bestå av bare ett mineral, slik som bergartene kull (karbon), kalkstein (kalsitt), og kvartsitt (kvarts). De fleste bergarter kjennetegnes ved innholdet av visse mineraler. Granitt inneholder en viss blanding av kvarts, alkalifeltspat og plagioklas-feltspat, og alle andre mineraler enn de definerende mineralene er såkalt aksessoriske mineraler - de er ikke en del av den definerende sammensetningen og de påvirker ikke bergartens egenskaper.

Se også

• Liste over mineraler

Eksterne lenker

• (en) Minerals – kategori av bilder, video eller lyd på Commons
• (en) Mineral – galleri av bilder, video eller lyd på Commons
• Noregs geologiske undersøking
• Institutt for geovitenskap på Universitetet i Bergen, instituttet er det største akademiske fagmiljøet i Norge innen geologi.
• Institutt for geologi og bergteknikk på Norges Teknisk-Naturvitenskapelege Universitet
• Institutt for geofag på Universitetet i Oslo
• Mindat.org – The mineral database
• Webminderal.com – Mineralogy database