mineralai

minerãlai (lot. minera – rūda), gamtiniai cheminiai elementai arba jų junginiai, susidarantys Žemės plutoje, jos paviršiuje (ir kitose planetose) vykstančių cheminių ir fizikinių procesų metu ir turintys apytikriai vienodą cheminę sudėtį ir fizikines savybes. Mineralai sudaro Žemės, Mėnulio ir kitų planetų uolienas, rūdas, meteoritus, t. p. yra svarbi dirvožemių sudedamoji dalis. Dažniausiai mineralai yra kieti, labai retai – skysti (pvz., gyvsidabris grynuolis). Dauguma mineralų yra neorganiniai junginiai, tačiau dalis jų yra organinių rūgščių druskos (oksalatai) arba kieti angliavandeniliai (ozokeritas) ir iškastiniai sakai (gintaras). Mineralai yra kristalinės struktūros, bet būna ir amorfiniai (nekristaliniai). Kai kurie kristalinės struktūros mineralai dėl juos sudarančių cheminių elementų oksidacijos ar radioaktyviųjų elementų skilimo tampa amorfiniais, nors išlaiko išorinę kristalų formą. Tokie mineralai vadinami metamiktiniais (ferobrusitas, hidratuotas ortitas).

mineralai

Dažniausiai mineralai turi mineralų intarpų – įvairios sudėties ir struktūros pašalinių medžiagų, neįeinančių į jų kristalinės gardelės sudėtį. Tai lemia jų cheminės sudėties ir fizinių savybių nepastovumą. Kristalų intarpai gali būti vienafaziai (kieti, skysti ir dujų), dvifaziai (kai skysčio ar dujų burbuliuke būna kristalas arba skystyje – dujų burbuliukas) ir daugiafaziai (intarpą sudaro visų fazių medžiaga). Dažniausiai tai smulkūs (0,01 mm skersmens ir mažesni) kitų mineralų kristalai, netvarkingai arba orientuotai išsibarstę pagrindinio mineralo kristaluose. Kartais pagal intarpų sudėtį skiriamos mineralo atmainos (pvz., žalsvas kvarcas su smulkių aktinolito adatėlių intarpais vadinamas prazemu, gelsvas arba rusvai gelsvas su smulkių biotito žvynelių ir hematito grūdelių intarpais – avantiurinu, mikroklinas su smulkių hematito kristalų intarpais – saulės akmeniu). Skysti arba dujų intarpai yra svarbus genetinis požymis; pagal jų sudėtį galima nustatyti mineralo susidarymo sąlygas.

dulsvasis kvarcas (kvarco atmaina)

Skiriamos mineralų rūšys ir atmainos. Mineralo rūšis – tai vienodos cheminės sudėties ir struktūros mineralas, atmaina – tai tos pačios rūšies mineralai, besiskiriantys tam tikrais požymiais (cheminių priemaišų sudėtimi, spalva ir kitkuo). Daugeliui mineralų būdingos polimorfinės modifikacijos, t. y. kai tos pačios cheminės sudėties mineralas dėl temperatūros ir slėgio pokyčių įgyja kitą kristalinę struktūrą: pvz., anglis grynuolė dideliame slėgyje ir aukštoje temperatūroje kristalizuojasi kubinėje (deimantas), o esant žemesnei temperatūrai ir mažesniam slėgiui – heksagoninėje (grafitas) singonijoje. Kai kurie mineralai turi kelias ar net keliolika polimorfinių modifikacijų. Dažnai jos aprašomos kaip skirtingos mineralo rūšys.

Kai kurie mineralai yra kelių mineralų mišiniai (kietieji tirpalai arba izomorfiniai mišiniai). Tokiuose mišiniuose kintant mineralų tarpusavio santykiui, kinta cheminė sudėtis ir fizinės savybės, todėl atsiranda naujos mineralo rūšys: pvz., plagioklazai (albitas, oligoklazas, andezinas, labradoras, bitaunitas, anortitas) yra albito Na[AlSi₃O₈] ir anortito Ca[Al₂Si₂O₈] izomorfinis mišinys.

Mineralų kristalinėse gardelėse cheminiai elementai dažniausiai tarpusavyje susiję joniniu arba kovalentiniu ryšiu, rečiau pasitaiko metalinis arba molekulinis ryšiai. Ryšio pobūdis svarbus mineralų fizinėms savybėms.

Šiuo metu žinoma daugiau kaip 3000 mineralų rūšių. Daugiausia yra silikatų (apie 25 %), fosfatų, arsenatų bei jų analogų (apie 18 %). Apie 98 % Žemės plutos uolienų susidariusios iš silikatų, oksidų ir hidroksidų bei karbonatų. Ilgą laiką buvo manoma, jog mineralai būna tik gamtinės kilmės, bet pastaruoju metu daugelis mineralų yra išauginami dirbtinai, laboratorinėmis sąlygomis atkuriant gamtinius mineralų susidarymo procesus.

Cheminė sudėtis

Pagal cheminių junginių tipą skiriami paprasti, binariniai ir sudėtingi (jų yra daugiausia) mineralai. Cheminė sudėtis nurodoma formulėse. Yra įvairių būdų mineralų formulėms užrašyti. Dažniausiai naudojamos kristalocheminės formulės, kuriose laužtiniais skliaustais išskiriami mineralą sudarantys anijonai (pvz., kalcitas Ca[CO₃], anhidritas Ca[SO₄]).

Mineralams būdingas izomorfizmas, t. y. jų kristalinėse gardelėse dažnai dalis vienų jonų pakeičiami kitais panašaus dydžio jonais. Tokie izomorfiškai vienas kitą keičiantys jonai mineralų formulėse nurodomi lenktiniuose skliaustuose (pvz., ankerite Ca(Mg,Fe)[CO₃]₂ dalis Mg jonų izomorfiškai pakeista Fe jonais). Kristalocheminėse formulėse dažnai nurodomas jonų valentingumas, koordinacinis skaičius ir kompleksinio jono tipas.

Mineralai dažniausiai klasifikuojami pagal jų cheminę sudėtį ir kristalinės struktūros pobūdį. Pagal cheminę sudėtį skiriamos šios mineralų klasės: grynuoliai, sulfidai, oksidai, hidroksidai, fluoridai, chloridai, bromidai, jodidai, silikatai, boratai, fosfatai, arsenatai, vanadatai, chromatai, molibdatai, volframatai, titanatai, sulfatai, karbonatai, nitratai, organinių rūgščių druskos. Pagal cheminės sudėties sudėtingumą arba kristalinės gardelės pobūdį mineralai skiriami į poklasius (paprasti ir sudėtingi oksidai, sulfidai, chloridai, saliniai, grandininiai, sluoksniniai ir kiti silikatai), pagal įvairių kitų savybių panašumą – į grupes ir pogrupius.

Fizinės savybės

Mineralų pagrindinės fizinės savybės – forma, spalva, skaidrumas, blizgesys, spindesys, skalumas, lūžis, kietumas, tankis – priklauso nuo jų sudėties, struktūros ir agregatų pobūdžio. Mineralų formą lemia vidinė mineralo sandara. Vienas mineralo kristalas ar grūdas vadinamas individu, o jų suaugimai yra mineralų agregatai.

Pavieniai kristalai gamtoje pasitaiko retai, dažniausiai aptinkama įvairių formų mineralų sąaugų. Mineralų individų išvaizda gali būti grūdelių (izometrinė), stulpelių, plokštelių, lapelių, adatėlių, plaukelių, žvynelių ir kitos formos. Pagal vyraujančią mineralų kristalų sienelių formą skiriamas mineralo habitas: kubo formos, oktaedro, prizmės, romboedro ir kitų formų. Tas pats mineralas (tai priklauso nuo susidarymo sąlygų) gali turėti skirtingą išvaizdą ir habitą. Kai kurių mineralų kristalų sienelių paviršiuje būna brūkšninių, augimo ir korozijos figūrų. Dažnai mineralų kristalai kristalinėje gardelėje suauga pagal tankiausio jonų išsidėstymo plokštumas į dvynučius (ar trynučius ir t. t.). Atskirų mineralų individų dydis gamtoje yra nuo kelių nanometrų iki dešimčių metrų ilgio (berilo, spodumeno kristalai) ir sveria nuo miligramų dalių iki keliasdešimt tonų.

fluorito kristalų sąauga

Mineralams būdinga didelė spalvų ir atspalvių įvairovė. Mineralų spalva priklauso nuo kristalų vidinės struktūros (idiochromatinė spalva), nuo priemaišų spalvos (alochromatinė). Kai kurių mineralų spalvą lemia šviesos atspindys nuo kristalų vidinių skalumo plokštumų (pseudochromatinė spalva). Mineralų spalvą dažnai nulemia kristalinėje gardelėje esantys šalutiniai cheminiai elementai (chromoforai). Svarbiausi jų yra chromas, kobaltas, nikelis, geležis, manganas. Kai kurie mineralai keičia savo spalvą priklausomai nuo apšvietimo. Šiuos efektus sukelia šviesos atspindys nuo mineralo viduje esančių intarpų.

Pagal šviesos spindulių pralaidumą (skaidrumą) skiriami skaidrūs, pusiau skaidrūs ir neskaidrūs mineralai. Skaidrumas priklauso ir nuo jų agregatinės būklės: atskiri kristalai gali būti skaidrūs (pvz., kalcitas), o suaugę į smulkiagrūdį agregatą (marmurą) – neskaidrūs.

pirito kristalų metalo blizgesys

Mineralų blizgesys yra svarbi diagnostinių mineralų fizinė savybė, kuri priklauso nuo šviesos lūžio rodiklio ir mineralų agregatų tipo. Skiriamas stiklo (lūžio rodiklis 1,3–1,9), deimanto (1,9–2,6), pusiau metalo (2,6–3,0) ir metalo (daugiau kaip 3,0 ir mažiau kaip 1,0) blizgesys. Metalo ir pusiau metalo blizgesys būdingas metalams grynuoliams, sulfidams ir kai kuriems oksidams. Dauguma mineralų (apie 70 %) yra stiklo blizgesio. Atskirų ir suaugusių į agregatus kristalų blizgesys gali skirtis. Dėl nelygaus mineralų kristalų ir jų agregatų paviršiaus šviesa išsisklaido ir atsiranda riebus, vaško arba matinis blizgesys. Mineralai, kurių agregatai sudaryti iš tarpusavyje sienelėmis suaugusių smulkių siūlelių arba adatėlių formos kristalų, būna šilko blizgesio, sluoksniuotos struktūros mineralų agregatai dažnai būna perlamutro blizgesio.

Daugelio mineralų kristaluose yra plokštumų krypčių (skalumo plokštumos), pagal kurias jie lengvai skyla į dalis. Mineralai būna nuo tobulo skalumo (žėručiai) iki visai neskalių (kvarcas). Kai kurie mineralai skildami nesudaro plokštumų – jie lūžta, mineralo paviršiuje sudarydami nelygų lūžio paviršių.

Mineralų kietumas daugiausia priklauso nuo atstumo tarp jonų kristalinėje gardelėje. Apytikris mineralų kietumas nustatomas pagal Mohso skalę. Atskirų kristalų ir suaugusių į agregatus kietumas kartais būna skirtingas, t. p. kai kurių mineralų kietumas nevienodas pagal skirtingas kristalografines ašis.

Mineralų tankis yra skirtingas. Jis priklauso nuo cheminių elementų atominio svorio, jonų spindulio, jų išsidėstymo kristalinėje gardelėje, intarpų kiekio ir pobūdžio. Mineralų būna nuo lengvų (tankis 1,0–2,5 g/cm³) iki labai sunkių (17–23 g/cm³).

Kai kurie mineralai yra magnetingi (magnetitas, pirotinas), radioaktyvūs (turintys urano ar torio), elektros laidininkai (metalai grynuoliai, grafitas ir kiti), pjezoelektrikai (pjezokvarcas). Dalis mineralų tirpūs vandenyje (soda, daugelis nitratų ir chloridų), sūrūs (halitas) ar karčiai sūrūs (silvinas).

Kilmė

Pagal susidarymo sąlygas mineralai būna endogeniniai (susidaro Žemės gelmėse), egzogeniniai (susidaro Žemės paviršiuje) ir metamorfiniai. Endogeniniai mineralai kristalizuojasi padidėjus temperatūrai ir slėgiui iš magmos, karštų dujų ir vandens garų, t. p. šiems veiksniams veikiant magmą supančias uolienas. Egzogenininiai mineralai susidaro Žemės paviršiuje, per dūlėjimo ir sedimentacijos procesus.

Kiekvienas mineralas yra pastovus esant konkrečioms geologinėms sąlygoms (tam tikrai temperatūrai, slėgiui ir aplinkos cheminei sudėčiai), joms pasikeitus mineralas irgi keičiasi. Kai anksčiau susidarę egzogeniniai ar endogeniniai mineralai dėl Žemės plutos tektoninių judesių patenka į žemės gelmes, jie kinta ir susidaro metamorfiniai mineralai.

Dauguma mineralų yra naudingosios iškasenos, plačiai naudojami kasybos, metalurgijos ir kitose pramonės šakose. Mineralai dėl savo estetinės ir mokslinės vertės yra kolekcionavimo objektas. Vienos iš stambiausių pasaulyje mineralų kolekcijų yra saugomos Didžiojoje Britanijoje (Britų muziejuje Londone), Rusijoje (Rusijos mokslų akademijos A. Fersmano Mineralogijos muziejuje Maskvoje), Jungtinėse Amerikos Valstijose (Smithsono instituto gamtos istoriniame nacionaliniame muziejuje Vašingtone).

Lietuvoje

Lietuvoje daugiausia yra uolienas sudarančių mineralų (kvarco, feldšpatų, kalcito, dolomito, gipso, anhidrito, halito, molio mineralų). Kristaliniame pamate rastas magnetito telkinys. Pajūrio sunkiųjų mineralų sąnašynai susidarę iš magnetito, ilmenito, rutilo ir cirkono, pelkių geležies rūda – iš limonito, juros sistemos geležingos konkrecijos – iš siderito, kreidos sistemos konkrecijos – iš fosforito. Kreidos ir paleogeno sistemos nuosėdose yra daug glaukonito. Dauguma mineralų yra akcesoriniai ir jų kiekis uolienose sudaro mažiau kaip 1 procentą.

2961