Geologie

Rozpoznejte a zařaďte běžné horninotvorné minerály.

Pevná země se skládá z hornin, které jsou tvořeny minerály. Abyste porozuměli horninám, musíte se seznámit s minerály a jejich určováním. Tento výstup vám poskytne základní informace potřebné k pochopení pojmů používaných při určování minerálů.

Tato část vás seznámí s minerály. Seznámíte se s různými technikami, které geologové používají k identifikaci a klasifikaci minerálů.

Fyzikální vlastnosti minerálů

Co jsou minerály?

Všechny horniny kromě obsidiánu a uhlí jsou tvořeny minerály. (Obsidián je sopečná hornina ze skla a uhlí je tvořeno organickým uhlíkem). Většina hornin obsahuje několik minerálů ve směsi charakteristické pro daný typ horniny. Při určování horniny musíte nejprve identifikovat jednotlivé minerály, které tuto horninu tvoří.

Minerály jsou přirozeně se vyskytující anorganické pevné látky s určitým chemickým složením a strukturou krystalové mřížky. Přestože byly v Zemi identifikovány tisíce minerálů, většinu objemu zemské kůry tvoří pouze deset minerálů – plagioklas, křemen, ortoklas, amfibol, pyroxen, olivín, kalcit, biotit, granát a jíl.

Chemický vzorec (druhy a poměry chemických prvků) a krystalová mřížka (geometrie uspořádání a vazby atomů) společně určují fyzikální vlastnosti minerálů.

Chemický vzorec a krystalovou mřížku minerálu lze určit pouze v laboratoři, ale zkoumáním minerálu a určením několika jeho fyzikálních vlastností můžete minerál identifikovat. Nejprve se musíš seznámit s fyzikálními vlastnostmi minerálů a s tím, jak je rozpoznat.

Minerály lze identifikovat podle jejich fyzikálních vlastností. Fyzikální vlastnosti minerálů souvisejí s jejich chemickým složením a vazbou. Některé vlastnosti, například tvrdost minerálu, jsou pro identifikaci minerálů užitečnější. Barva je snadno pozorovatelná a jistě zřejmá, ale obvykle je méně spolehlivá než ostatní fyzikální vlastnosti.

Jak se určují minerály?“

Mineralogové jsou vědci, kteří studují minerály. Jednou z věcí, kterou musí mineralogové dělat, je identifikovat a kategorizovat minerály. Ačkoli mineralog může k identifikaci některých minerálů použít výkonný mikroskop, většinu z nich lze rozpoznat pomocí fyzikálních vlastností.

Podívejte se na minerál na obrázku č. 1. Jakou má minerál barvu? Jaký má tvar? Jsou jednotlivé krystaly lesklé nebo matné? Probíhají napříč minerálem čáry (proužky)?

Barva, pruhování a lesk

Diamanty jsou oblíbené drahé kameny, protože díky způsobu, jakým odrážejí světlo, jsou velmi jiskřivé. Tyrkys je ceněn pro svou nápadnou zelenomodrou barvu. Všimněte si, že k popisu vzhledu minerálů se používají specifické termíny.

Barva

Barva je často užitečná, ale nemělo by se na ni spoléhat. Různé minerály mohou mít stejnou barvu. Skutečné zlato, jak je vidět na obrázku 2, má velmi podobnou barvu jako pyrit na obrázku 1.

Některé minerály mají navíc mnoho různých barev. Například křemen může být čirý, bílý, šedý, hnědý, žlutý, růžový, červený nebo oranžový. Barva tedy může pomoci, ale nespoléhejte se na barvu jako na určující vlastnost. Obrázek 3 ukazuje jeden vzorek křemene, který je bezbarvý, a jiný křemen, který je fialový. Díky nepatrnému množství železa je křemen fialový. Mnoho minerálů je zbarveno chemickými příměsemi.

Lest

Lest popisuje odraz světla od povrchu minerálu. Mineralogové mají pro popis lesku speciální termíny. Jeden z jednoduchých způsobů klasifikace lesku je založen na tom, zda je minerál kovový nebo nekovový. Minerály, které jsou neprůhledné a lesklé, jako například pyrit, mají kovový lesk. Minerály, jako je křemen, mají nekovový lesk.

Lesk je způsob, jakým povrch minerálu odráží světlo. Není to totéž co barva, proto je rozhodující rozlišovat lesk od barvy. Například minerál popsaný jako „leskle žlutý“ je popisován z hlediska lesku („lesklý“) a barvy („žlutý“), což jsou dvě různé fyzikální vlastnosti. Mezi standardní názvy pro lesk patří kovový, skelný, perleťový, hedvábný, mastný a matný. Často je užitečné nejprve určit, zda má minerál kovový lesk. Kovový lesk znamená lesklý jako leštěný kov. Například vyčištěné leštěné kusy chromu, oceli, titanu, mědi a mosazi vykazují kovový lesk, stejně jako mnoho dalších minerálů. Z nekovových lesků je nejběžnější sklovitý, což znamená, že povrch minerálu odráží světlo jako sklo. Perleťový lesk je důležitý při určování živců, které jsou nejběžnějším typem minerálů. Perleťový lesk znamená jemnou iriscenci nebo hru barev v odraženém světle, stejně jako perly odrážejí světlo. Hedvábný znamená odrážející světlo s hedvábným leskem. Mastný lesk vypadá podobně jako lesk ztuhlého slaninového tuku. Minerály s matným leskem odrážejí jen velmi málo světla. Rozpoznání lesku vyžaduje trochu cviku. Nezapomeňte rozlišovat lesk od barvy.

Různé typy nekovového lesku jsou popsány v tabulce 1.

Tabulka 1. Šest typů nekovového lesku.
Lustr	Vzhled
Adamantní	Jiskřivý
Earthy	Matný, jílovitá
perleťovitá	perleťovitá
živičná	podobná pryskyřici, jako stromová míza
Lesklý	Měkký vzhled s dlouhými vlákny
Listnatý	Skleněný

Přiřadíte minerály na obrázku 4 ke správnému lesku z tabulky 1?

Pryskyřice

Pruh je barva prášku minerálu. Pruh je spolehlivější vlastnost než barva, protože pruh se nemění. Minerály, které mají stejnou barvu, mohou mít různě zbarvený pruh. Mnoho minerálů, jako například křemen na obrázku 3, nemá pruhování.

Pro kontrolu pruhování seškrábněte minerál přes neglazovanou porcelánovou destičku (obrázek 5). Žlutozlatý pyrit má černavou šmouhu, což je další ukazatel, že pyrit není zlato, které má zlatožlutou šmouhu.

Měrná hmotnost

Hustota popisuje, kolik hmoty je v určitém množství prostoru: hustota = hmotnost/objem.

Hmotnost je mírou množství hmoty v předmětu. Množství prostoru, které objekt zabírá, popisuje jeho objem. Hustota objektu závisí na jeho hmotnosti a objemu. Například voda ve sklenici na pití má stejnou hustotu jako voda ve stejném objemu bazénu.

Měrná hmotnost látky porovnává její hustotu s hustotou vody. Látky, které mají větší hustotu, mají vyšší měrnou hmotnost.

Tvrdost

Tvrdost je síla, s jakou nerost odolává poškrábání nebo proražení svého povrchu. Při práci s ručními vzorky bez specializovaných nástrojů se tvrdost minerálů udává pomocí Mohsovy stupnice tvrdosti. Základem Mohsovy stupnice tvrdosti je 10 referenčních minerálů, od nejměkčího mastku (Mohsova tvrdost 1) po nejtvrdší diamant (Mohsova tvrdost 10). Jedná se o relativní nebo nelineární stupnici. Tvrdost 2,5 jednoduše znamená, že minerál je tvrdší než sádrovec (Mohsova tvrdost 2) a měkčí než kalcit (Mohsova tvrdost 3). Chcete-li porovnat tvrdost dvou minerálů, podívejte se, který z nich poškrábe povrch toho druhého.

.

Tabulka 2. Mohsova stupnice tvrdosti
Tvrdost	Index Minerály	Obvyklé předměty
1	talk
2	sádrovec	2.Pětiprsťák
3	kalcit	3.5-čistá, nebarvená měď
4	fluorit
5	feldspar	5 až 5.5 – nerezová ocel
		5,5 až 6 – sklo
6	apatit	6 až 6.5-tvrdý ocelový pilník
7	křemen
8	topaz
9	corundum
10	diamant

S Mohsovou stupnicí, může každý otestovat tvrdost neznámého minerálu. Představte si, že máte neznámý minerál. Zjistíte, že ho může poškrábat fluorit nebo dokonce živec, ale apatit ho poškrábe. Pak víte, že tvrdost minerálu se pohybuje mezi 5 a 6. Všimněte si, že žádný jiný minerál nedokáže poškrábat diamant.

Rozpad a lom

Rozbitím minerálu se přeruší jeho chemické vazby. Protože některé vazby jsou slabší než jiné, každý typ nerostu se pravděpodobně zlomí tam, kde jsou vazby mezi atomy slabší. Z tohoto důvodu se minerály rozpadají charakteristickými způsoby.

Rozpadání

Kleavace je tendence minerálu lámat se podél určitých rovin a vytvářet tak hladké povrchy. Halit se láme mezi vrstvami sodíku a chloru a vytváří krychle s hladkým povrchem (obrázek 6).

Minerál, který se přirozeně láme na dokonale rovné plochy, vykazuje štěpnost. Ne všechny minerály mají štěpnost. Štěpnost představuje směr slabiny v krystalové mřížce. Štěpné plochy lze rozlišit podle toho, jak důsledně odrážejí světlo, jako by byly vyleštěné, hladké a rovné. Štěpnost minerálu se popisuje počtem štěpností, a pokud je jich více, úhly mezi nimi. Počet štěpností je počet nebo směry, ve kterých se minerál štěpí. Minerál může vykazovat 100 navzájem rovnoběžných štěpných ploch. Ty představují jedinou štěpnost, protože všechny plochy jsou orientovány ve stejném směru. Možný počet štěpných ploch, které může minerál mít, je 1,2,3,4 nebo 6. Pokud je přítomna více než 1 štěpnost a není k dispozici přístroj na měření úhlů, jednoduše uveďte, zda se štěpnosti protínají pod úhlem 90° nebo ne 90°.

Chcete-li vidět štěpnost minerálu, podržte minerál pod silným světlem a pohybujte s ním, pohybujte s ním ještě více, abyste viděli, jak různé strany odrážejí světlo. Směr štěpnosti se projeví jako hladký, lesklý, rovnoměrně jasný lesk světla odraženého jednou sadou rovnoběžných ploch na minerálu.

Slída má štěpnost v jednom směru a tvoří listy (obrázek 7).

Minerály se mohou štěpit do mnohoúhelníků. Fluorit tvoří osmistěny (obrázek 8).

Jedním z důvodů, proč jsou drahé kameny krásné, je to, že štěpné roviny vytvářejí atraktivní tvar krystalu s hladkými stěnami.

Zlom

Zlom je zlom v minerálu, který není podél štěpné roviny. Zlom není u stejného minerálu vždy stejný, protože zlom není dán strukturou minerálu.

Minerály mohou mít charakteristické zlomy (obrázek 9). Kovy se obvykle lámou na zubaté hrany. Pokud se minerál štěpí jako dřevo, může být vláknitý. Některé minerály, například křemen, vytvářejí při lámání hladké zakřivené plochy.

Všechny minerály mají lom. Lom je lom, ke kterému dochází ve směrech, které nejsou směry štěpení. Některé minerály, například křemen, nemají vůbec žádnou štěpnost. Když se minerál bez štěpnosti rozbije kladivem, zlomí se ve všech směrech. Říká se, že křemen vykazuje konchoidální lom. Konchoidní lom je způsob, jakým se silný kus skla láme se soustřednými, zakřivenými hřebeny na lomených plochách. Některé krystaly křemene však mají tolik vad, že místo konchoidálního lomu vykazují pouze nepravidelný lom. Nepravidelný lom je standardní termín pro lomy, které nevykazují žádnou z vlastností ostatních typů lomů. V úvodu do geologie jsou klíčovými typy lomů, které je třeba si zapamatovat, nepravidelný, který vykazuje většina minerálů, a konchoidální, který je vidět u křemene.

Tvar krystalu

Všechny minerály jsou krystalické, ale jen některé mají možnost vykazovat tvary svých krystalů, jejich krystalové formy. Mnoho minerálů v úvodní geologické laboratoři nevykazuje svou krystalovou formu. Pokud má minerál při svém růstu prostor, může vytvářet přirozené krystaly, jejichž krystalový tvar odráží geometrii vnitřní krystalové mřížky minerálu. Tvar krystalu se řídí symetrií jeho krystalové mřížky. Například křemen tvoří šestiboké krystaly, které ukazují hexagonální symetrii jeho krystalové mřížky. Je třeba si uvědomit dva komplikující faktory: (1) minerály při růstu netvoří vždy pěkné krystaly a (2) krystalová plocha se liší od štěpné plochy. Krystalová plocha vzniká během růstu minerálu. Štěpná plocha vzniká při rozpadu minerálu.

Další identifikační znaky

Existují vlastnosti, které pomáhají rozlišit jen malý počet minerálů nebo dokonce jen jeden minerál. Příkladem takové zvláštní vlastnosti je šumivá reakce kalcitu na slabý roztok kyseliny chlorovodíkové (5% HCl). Kalcit šumí nebo šumí, když ho roztok HCl rozpouští a vytváří plynný CO2. Kalcit lze snadno identifikovat i bez zkoušení reakce na HCl, a to podle jeho tvrdosti, lesku a štěpnosti.

Další zvláštní vlastností je magnetismus. Ten lze vyzkoušet tak, že zjistíme, zda na minerál reaguje malý magnet. Nejběžnějším silně magnetickým minerálem je magnetit. Zvláštní vlastností, která se projevuje u některých vzorků plagioklasového živce, je jeho tendence vykazovat proužky na štěpných plochách. Pruhy jsou dokonale rovné, jemné, rovnoběžné čáry. K pozorování proužků na štěpných plochách plagioklasu může být zapotřebí zvětšení. Další zvláštní vlastnosti se mohou vyskytovat u jednotlivých minerálů.

Některé minerály mají další jedinečné vlastnosti, z nichž některé jsou uvedeny v tabulce 3. Dokážete uvést jedinečnou vlastnost, která by vám umožnila okamžitě identifikovat minerál, který byl v této kapitole poměrně podrobně popsán? (Nápověda: s největší pravděpodobností se nachází na vašem jídelním stole.)

.

Tabulka 3. Některé minerály mají neobvyklé vlastnosti, které lze využít k jejich identifikaci.
Vlastnost	Popis	Příklad minerálu
Fluorescence	Minerál září pod ultrafialovým světlem	Fluorit
Magnetismus	Minerál je přitahován magnetem	Magnetit
Radioaktivita	Minerál vydává záření, které lze měřit Geigerovým čítačem	Uraninit
Reaktivita	Při působení slabé kyseliny na minerál vznikají bubliny	Kalcit
Vůně	Některé minerály mají charakteristickou vůni	Síra (voní po. zkažená vejce)
Chuť	Některé minerály chutnají slaně	Halit

Klasifikace minerálů

Minerály se klasifikují podle svých chemických vlastností. S výjimkou třídy nativních prvků je chemickým základem pro klasifikaci minerálů aniont, záporně nabitý ion, který se obvykle objevuje na konci chemického vzorce minerálu. Například sulfidy jsou založeny na iontu sufuru, S2-. Například pyrit, FeS2, je sulfidický minerál. V některých případech je aniont třídy minerálů víceatomový, například (CO3)2-, uhličitanový ion. Hlavní třídy minerálů jsou:

• silikáty
• sulfidy
• karbonáty
• oxidy
• halidy
• sulfáty
• fosforečnany
• národní prvky

Silikáty

Na základě polyatomického aniontu, (SiO4)4-, který má tetraedrický tvar. Většina minerálů v zemské kůře a plášti jsou silikátové minerály. Všechny silikátové minerály jsou postaveny z tetraedrů křemíku a kyslíku (SiO4)4- v různých vazebných uspořádáních, která vytvářejí různé krystalové mřížky. Vlastnosti silikátového minerálu, jako je tvar krystalu a štěpnost, pochopíte, když budete vědět, jaký typ krystalové mřížky má.

• U nesilikátů, nazývaných také ostrovní silikáty, jsou silikátové tetraedry od sebe odděleny a zcela vázány na nesilikátové atomy. Olivín je ostrovní křemičitan.
• V sorosilikátech neboli párových křemičitanech, jako je epidot, jsou křemičitanové tetraedry vázány v párech.
• V cyklosilikátech, nazývaných také prstencové křemičitany, jsou křemičitanové tetraedry spojeny v prstence. Beryl nebo smaragd je prstencový křemičitan.
• U fylosilikátů neboli listových křemičitanů jsou tetraedry spojeny ve třech rozích a tvoří ploché listy. Biotit je deskový křemičitan.
• V jednořetězcových inosilikátech jsou křemičitanové tetraedry vázány v jednotlivých řetězcích. Pyroxeny jsou jednořetězcové inosilikáty.
• V dvouřetězcových inosilikátech jsou křemičitanové tetraedry vázány ve dvojitých řetězcích. Amfiboly jsou dvouřetězcové inosilikáty.
• V tektosilikátech, známých také jako rámcové křemičitany, jsou všechny rohy křemičitanových tetraedrů vázány na rohy jiných křemičitanových tetraedrů a tvoří úplný rámec křemičitanových tetraedrů ve všech směrech. Živec, nejběžnější minerál v zemské kůře, a křemen jsou rámcové křemičitany.

Sulfidy

Ty jsou založeny na sulfidickém iontu, S2-. Příkladem je pyrit, FeS2, galenit, PbS, a sfalerit, ZnS v čisté zinkové formě. Některé sulfidy se těží jako zdroje takových kovů, jako je zinek, olovo, měď a cín.

Karbonáty

Ty jsou založeny na uhličitanovém iontu, (CO3)2-. Kalcit, CaCO3, a dolomit, CaMg(CO3)2, jsou uhličitanové minerály. Uhličitanové minerály mají tendenci se poměrně snadno rozpouštět ve vodě, zejména v kyselé vodě, a přírodní dešťová voda je mírně kyselá.

Oxidy

Ty jsou založeny na kyslíkovém aniontu, O2-. Příkladem jsou oxidy železa, jako hematit, Fe2O3 a magnetit, Fe3O4, a pyrolusit, MgO.

Halidy

Sulfáty

Ty mají jako aniont víceatomový síranový ion, (SO4)2-. Anhydrit, CaSO4, je síran.

Fosforečnany

Ty mají jako aniont víceatomový fosforečnanový ion, (PO4)3-. Fluorapatit, Ca5(PO4)3F, který způsobuje tvrdost zubů, je fosforečnanový minerál.

Původní prvky

Ty se skládají pouze z jednoho prvku. Zlato (Au), nativní měď (Cu), diamant a grafit, které jsou vyrobeny z uhlíku, jsou minerály nativních prvků. Připomeňme, že minerál je definován jako přirozeně se vyskytující. Proto se prvky vyčištěné a vykrystalizované v laboratoři nepovažují za minerály, pokud nebyly nalezeny také v přírodě.

Tabulky klasifikace minerálů

V tabulkách 1-3 je tvrdost měřena na Mohsově stupnici tvrdosti. Při čtení tabulek si můžete kliknutím na obrázky minerálů prohlédnout větší verzi fotografie.

.

.

.

Tabulka 1. Barevný lesk nekovů-světlost
Typická barva	Tvrdost	Tvrdost	Zlomek/trhlina	Název minerálu	Foto minerálu
bezbarvý	7	konchondrální zlomek	křemen
proměnlivý	7	konchondrální zlomek	chalcedon (chert, atd.)
růžový nebo bílý	5-6	2 roviny svírající pravý úhel	orothoklaz (živec)
bílý	5-6	2 roviny v pravém úhlu	Na-plagioklas (živec)
bílý až šedý	5-6	2 roviny v pravém úhlu	Ca-plagioklas (živec)
proměnlivý	4	4 roviny	fluorit
bezbarvý nebo bílý	3	3 roviny na liché úhly	kalcit
růžový nebo bílý	3	3 roviny v lichých úhlech	dolomit
bezbarvý nebo bílý	2.5-3	3 roviny v lichých úhlech	halit
bezbarvý nebo bílý	2.5	1 plocha	muskovit
bezbarvý nebo bílý	2	2 roviny svírající pravý úhel	sádrovec
proměnlivý	1	1 rovina	talc
bílá	< 1	nerovnoměrná (mění se na prášek)	kaolinit

.

Tabulka 2. Nekovový lesk-tmavá barva
Typická barva	Tvrdost	Kleavage/Fracture	Název minerálu	Fot. Minerálu
zelená	5-6	nepravidelná	olivina
červená	5-6	nepravidelný	garnet
červený	3-6	pravidelný	hematit
tmavě zelený	3-6	2 roviny svírající pravý úhel	pyroxen
černý	4.5-6	2 roviny pod lichými úhly	hornblend (amfibol)
černý	2.5	1 rovina	biotit
zelený	2	1 rovina	chlorit

.

Tabulka 3. Kovový lesk
Typická barva	Tvrdost	Tvrdost/lomení	Název minerálu	Foto minerálu
černý nebo tmavě šedý	6	nepravidelný	magnetit
brasově žlutý	6	nepravidelný	pyrit
skvrnitě žlutý	4	nepravidelný	chalkopyrit
stříbro	3	3 roviny v pravém úhlu	galenit

Jak určit minerály

První, potřebujete dobré světlo a ruční čočku nebo lupu. Ruční čočka je malá dvojitá lupa, která má sílu zvětšení alespoň 8× a lze ji zakoupit v některých knihkupectvích a obchodech s přírodninami.

Minerály se určují na základě jejich fyzikálních vlastností, které byly popsány v předchozí části. Chcete-li určit minerál, prohlédněte si jej zblízka. Na první pohled vypadají kalcit a křemen podobně. Oba jsou obvykle bezbarvé, se skelným leskem. Svými dalšími vlastnostmi se však zcela liší. Křemen je mnohem tvrdší, dostatečně tvrdý na to, aby poškrábal sklo. Kalcit je měkký a sklo nepoškrábe. Křemen nemá minerální štěpnost a láme se stejně nepravidelně jako sklo. Kalcit má tři směry štěpnosti, které se stýkají pod jinými úhly než 90°, takže se láme na pevné kusy s dokonale plochými, hladkými a lesklými stranami.

Při určování minerálů musíte:

1. podívat se na něj zblízka ze všech viditelných stran, abyste zjistili, jak odráží světlo
2. zkoušet jeho tvrdost
3. určit jeho štěpnost nebo lom
4. pojmenovat jeho lesk
5. vyhodnotit další fyzikální vlastnosti potřebné k určení totožnosti minerálu

V tabulkách minerálů, které jsou přílohou této části, jsou minerály seskupeny podle lesku a barvy. Jsou také klasifikovány na základě své tvrdosti a štěpnosti nebo lomivosti. Pokud dokážeš určit několik z těchto fyzikálních vlastností, dokážeš určit minerál.

Jednoduchou lekci určování minerálů uvidíš na tomto videu.

Ověř si, jak jsi porozuměl

Odpověz na níže uvedené otázky, abys zjistil, jak dobře rozumíš tématům probíraným v předchozí části. Tento krátký kvíz se nezapočítává do vašeho hodnocení v hodině a můžete jej opakovat neomezený početkrát.

Pomocí tohoto kvízu si můžete ověřit, jak jste porozuměli probírané látce, a rozhodnout se, zda (1) budete předchozí oddíl dále studovat, nebo (2) přejdete k dalšímu oddílu.

.