Geologi

Identificer og klassificer almindelige bjergartsdannende mineraler.

Den faste jord består af bjergarter, som er lavet af mineraler. For at forstå bjergarter er du nødt til at blive fortrolig med mineraler, og hvordan de identificeres. Dette resultat giver dig den baggrund, der er nødvendig for at forstå de termer, der bruges til at identificere mineraler.

Dette afsnit giver dig en introduktion til mineraler. Du lærer de forskellige teknikker, som geologer bruger til at identificere og klassificere mineraler.

Mineralers fysiske egenskaber

Hvad er mineraler?

Alle bjergarter undtagen obsidian og kul er lavet af mineraler. (Obsidian er en vulkansk sten, der er lavet af glas, og kul er lavet af organisk kulstof). De fleste bjergarter indeholder flere mineraler i en blanding, der er karakteristisk for den pågældende bjergart. Når du identificerer en sten, skal du først identificere de enkelte mineraler, som den pågældende sten består af.

Mineraler er naturligt forekommende, uorganiske faste stoffer med en bestemt kemisk sammensætning og en krystalgitterstruktur. Selv om man har identificeret tusindvis af mineraler i jorden, er det kun ti mineraler, der udgør størstedelen af volumenet i jordskorpen – plagioklas, kvarts, orthoklase, amfibol, pyroxen, olivin, calcit, biotit, granat og ler.

Sammen bestemmer den kemiske formel (typerne og proportionerne af de kemiske grundstoffer) og krystalgitteret (geometrien af, hvordan atomerne er anbragt og bundet sammen) mineralernes fysiske egenskaber.

Den kemiske formel og krystalgitteret for et mineral kan kun bestemmes i et laboratorium, men ved at undersøge et mineral og bestemme flere af dets fysiske egenskaber kan du identificere mineralet. Først skal du blive fortrolig med mineralers fysiske egenskaber, og hvordan du kan genkende dem.

Mineraler kan identificeres på deres fysiske egenskaber. Mineralers fysiske egenskaber hænger sammen med deres kemiske sammensætning og bindinger. Nogle egenskaber, som f.eks. et minerals hårdhed, er mere nyttige til identifikation af mineraler. Farve er let observerbar og helt sikkert indlysende, men den er normalt mindre pålidelig end andre fysiske egenskaber.

Hvordan identificeres mineraler?

Mineralforskere er videnskabsmænd, der studerer mineraler. En af de ting, mineraloger skal gøre, er at identificere og kategorisere mineraler. Selv om en mineralog kan bruge et højtydende mikroskop til at identificere nogle mineraler, kan de fleste genkendes ved hjælp af fysiske egenskaber.

Kig på mineralet i figur 1. Hvad er mineralets farve? Hvad er dets form? Er de enkelte krystaller skinnende eller matte? Er der linjer (striber), der går på tværs af mineralerne?

Farve, striber og glans

Diamanter er populære ædelstene, fordi den måde, de reflekterer lyset på, gør dem meget funklende. Turkis er værdsat for sin slående grønlig-blå farve. Bemærk, at der anvendes specifikke udtryk til at beskrive mineralers udseende.

Farve

Farve er ofte nyttig, men man bør ikke stole på den. Forskellige mineraler kan have samme farve. Ægte guld, som det ses i figur 2, ligner i farve meget pyritten i figur 1.

Dertil kommer, at nogle mineraler findes i mange forskellige farver. Kvarts kan f.eks. være klart, hvidt, gråt, gråt, brunt, gult, gult, rosa, rødt eller orange. Så farve kan være en hjælp, men man skal ikke stole på farve som den afgørende egenskab. Figur 3 viser en prøve af kvarts, der er farveløs, og en anden kvarts, der er lilla. En lille mængde jern gør kvartsen lilla. Mange mineraler er farvet af kemiske urenheder.

Luster

Luster beskriver lysets refleksion fra et minerals overflade. Mineraloger har særlige termer til at beskrive glans. En enkel måde at klassificere glans på er baseret på, om mineralet er metallisk eller ikke-metallisk. Mineraler, der er uigennemsigtige og skinnende, som f.eks. pyrit, har en metallisk glans. Mineraler som kvarts har en ikke-metallisk glans.

Lyst er den måde, hvorpå overfladen af et mineral reflekterer lyset. Det er ikke det samme som farve, så det er afgørende at skelne luster fra farve. For eksempel bliver et mineral, der beskrives som “skinnende gult”, beskrevet med hensyn til glans (“skinnende”) og farve (“gul”), som er to forskellige fysiske egenskaber. Standardnavne for glans er bl.a. metallisk, glasagtig, perlemorsagtig, silkeagtig, fedtet og mat. Det er ofte nyttigt først at afgøre, om et mineral har en metallisk glans. En metallisk glans betyder skinnende som poleret metal. For eksempel har rensede, polerede stykker krom, stål, titanium, kobber og messing alle metalglans ligesom mange andre mineraler. Blandt de ikke-metalliske glansere er glasagtig den mest almindelige og betyder, at mineralets overflade reflekterer lyset som glas. Perleagtig glans er vigtig ved identifikation af feltspater, som er den mest almindelige type mineral. Perleglans henviser til en subtil irridescens eller et farvespil i det reflekterede lys, på samme måde som perler reflekterer lyset. Silkeagtig betyder, at lyset reflekteres med en silkelignende glans. Fedtglans ligner glansen af størknet baconfedt. Mineraler med kedelig glans reflekterer meget lidt lys. Det kræver lidt øvelse at identificere glansen. Husk at skelne glans fra farve.

De forskellige typer af ikke-metallisk glans er beskrevet i tabel 1.

Tabel 1. Seks typer af ikke-metallisk glans.
Glans	Udseende
Adamantine	Sparkly
Earthy	Dull, leragtig
Pearly	Pearl-like
Resinous	Like resinous	Like resins, som f.eks. træsaft
Silkeagtig	Vejleagtig
Vitreagtig	Glasagtig

Kan du matche mineralerne i figur 4 med den korrekte glans fra tabel 1?

Streak

Strejf er farven på et minerals pulver. Strejf er en mere pålidelig egenskab end farve, fordi strejf ikke varierer. Mineraler, der har samme farve, kan have en forskellig farvet stribe. Mange mineraler, som f.eks. kvarts i figur 3, har ikke striber.

For at kontrollere striber skrabes mineralet hen over en uglaseret porcelænsplade (figur 5). Gulgylden pyrit har en sortlig stribe, hvilket er en anden indikator for, at pyrit ikke er guld, som har en gyldengul stribe.

Specifik tyngdekraft

Densiteten beskriver, hvor meget stof der er i et bestemt rum: Densitet = masse/volumen.

Masse er et mål for mængden af stof i et objekt. Den mængde rum, som et objekt fylder, beskrives ved dets volumen. Et objekts massefylde afhænger af dets masse og dets volumen. F.eks. har vandet i et drikkeglas den samme massefylde som vandet i det samme volumen i en swimmingpool.

Den specifikke vægtfylde for et stof sammenligner dets massefylde med vands massefylde. Stoffer, der er mere tætte, har en højere specifik vægtfylde.

Hårdhed

Hårdhed er den styrke, hvormed et mineral modstår, at dets overflade bliver skrabet eller punkteret. Når man arbejder med håndprøver uden specialværktøj, angives mineralhårdheden ved hjælp af Mohs-hårdhedsskalaen. Mohs-hårdhedsskalaen er baseret på 10 referencemineraler, fra talkum som det blødeste (Mohs-hårdhed 1) til diamant som det hårdeste (Mohs-hårdhed 10). Det er en relativ, eller ikke-lineær, skala. En hårdhed på 2,5 betyder blot, at mineralet er hårdere end gips (Mohs-hårdhed 2) og blødere end calcit (Mohs-hårdhed 3). For at sammenligne hårdheden af to mineraler skal man se, hvilket mineral der kradser i overfladen af det andet.

Tabel 2. Mohs hårdhedsskala
Hårdhed	Index Mineraler	Kommelige genstande
1	talc
2	gips	2.5-fingernegl
3	calcit	3.5-rent, uplettet kobber
4	fluorit
5	feldspat	5 til 5.5-rustfrit stål
		5,5 til 6-glas
6	apatit	6 til 6.5-hård stålfil
7	kvartz
8	topas
9	corundum
10	diamant

Med en Mohsskala, kan enhver teste et ukendt mineral for dets hårdhed. Forestil dig, at du har et ukendt mineral. Du finder ud af, at det kan ridse fluorit eller endda feldspat, men apatit ridser det. Du ved så, at mineralets hårdhed er mellem 5 og 6. Bemærk, at intet andet mineral kan ridse diamant.

Spaltning og brud

Bryder man et mineral, bryder man dets kemiske bindinger. Da nogle bindinger er svagere end andre bindinger, er det sandsynligt, at hver type mineral knækker, hvor bindingerne mellem atomerne er svagere. Af den grund går mineraler i stykker på karakteristiske måder.

Spaltning

Klevnedbrydning er et minerals tendens til at gå i stykker langs bestemte planer for at skabe glatte overflader. Halit knækker mellem lag af natrium og klor for at danne terninger med glatte overflader (figur 6).

Et mineral, der naturligt knækker til helt flade overflader, udviser spaltning. Ikke alle mineraler har kløvning. En kløvning repræsenterer en retning af svaghed i krystalgitteret. Kløvningsflader kan skelnes ved, hvordan de konsekvent reflekterer lys, som om de er polerede, glatte og jævne. Et minerals kløvningsegenskaber beskrives ved antallet af kløvninger og, hvis der er mere end én kløvning, ved vinklerne mellem kløvningerne. Antallet af kløvninger er det antal eller de retninger, hvori mineralet kløver. Et mineral kan have 100 spaltningsflader parallelt med hinanden. Disse repræsenterer en enkelt spaltning, fordi overfladerne alle er orienteret i samme retning. Det mulige antal spaltninger, som et mineral kan have, er 1,2,3,4 eller 6. Hvis der er mere end 1 kløvning, og der ikke er et apparat til måling af vinkler til rådighed, skal man blot angive, om kløvningerne skærer hinanden ved 90° eller ikke 90°.

For at se mineralkløvning skal man holde mineralet op under et stærkt lys og flytte det rundt, flytte det lidt mere rundt for at se, hvordan de forskellige sider reflekterer lyset. En kløvningsretning vil vise sig som en glat, skinnende, jævnt lysende glans af lys, der reflekteres af et sæt parallelle overflader på mineralet.

Glimmer har kløvning i én retning og danner plader (figur 7).

Mineraler kan kløves i polygoner. Fluorit danner oktaedre (figur 8).

En af grundene til, at ædelsten er smukke, er, at kløvningsplanerne giver en attraktiv krystalform med glatte flader.

Fraktur

Fraktur er et brud i et mineral, som ikke ligger langs et kløvningsplan. Brud er ikke altid det samme i det samme mineral, fordi brud ikke er bestemt af mineralets struktur.

Mineraler kan have karakteristiske brud (figur 9). Metaller går normalt i brud i takkede kanter. Hvis et mineral splintrer som træ, kan det være fibrøst. Nogle mineraler, som f.eks. kvarts, danner glatte, buede overflader, når de brydes.

Alle mineraler har brud. Brud er brud, som opstår i retninger, der ikke er spaltningsretninger. Nogle mineraler, f.eks. kvarts, har ingen spaltning overhovedet. Når et mineral uden kløvning brydes fra hinanden med en hammer, knækker det i alle retninger. Kvarts siges at udvise kegleformede brud. Konchoidalbrud er den måde, hvorpå et tykt stykke glas går i stykker med koncentriske, krumme riller på de brudte overflader. Nogle kvartskrystaller har imidlertid så mange fejl, at de i stedet for at udvise kegleformet brud blot udviser uregelmæssige brud. Uregelmæssig brud er en standardbetegnelse for brud, der ikke udviser nogen af de andre brudtyper. I en introduktion til geologi er de vigtigste brudtyper, som man skal huske, uregelmæssige, som de fleste mineraler udviser, og konchoidale, som ses i kvarts.

Krystalform

Alle mineraler er krystallinske, men kun nogle har mulighed for at vise formen på deres krystaller, deres krystalformer. Mange mineraler i et indledende geologilaboratorium viser ikke deres krystalform. Hvis et mineral har plads, mens det vokser, kan det danne naturlige krystaller med en krystalform, der afspejler geometrien af mineralets indre krystalgitter. Formen af en krystal følger symmetrien i dens krystalgitter. Kvarts danner f.eks. sekskantede krystaller, der viser den sekskantede symmetri i dets krystalgitter. Der er to komplicerende faktorer, der skal huskes her: (1) mineraler danner ikke altid pæne krystaller, når de vokser, og (2) en krystalflade er noget andet end en spaltningsflade. En krystalflade dannes under væksten af mineralet. En kløvningsflade dannes, når mineralet brydes.

Andre identifikationsegenskaber

Der er nogle egenskaber, som kun hjælper med at skelne et lille antal mineraler, eller endda kun et enkelt mineral. Et eksempel på en sådan speciel egenskab er calcits brusereaktion på en svag opløsning af saltsyre (5% HCl). Calcit bobler eller sprudler, når HCl-opløsningen opløser det og danner CO2-gas. Calcit er let at identificere, selv uden at teste reaktionen på HCl, ved sin hårdhed, glans og spaltning.

En anden særlig egenskab er magnetisme. Dette kan testes ved at se, om en lille magnet reagerer på mineralet. Det mest almindelige mineral, der er stærkt magnetisk, er mineralet magnetit. En særlig egenskab, som viser sig i nogle prøver af plagioklas-feltspat, er dets tendens til at vise striber på spaltningsfladerne. Striber er helt lige, fine, parallelle linjer. Det kan være nødvendigt med forstørrelse for at se striber på plagioklas-spaltningsflader. Andre specielle egenskaber kan forekomme fra mineral til mineral.

Somlige mineraler har andre unikke egenskaber, hvoraf nogle er anført i tabel 3. Kan du nævne en unik egenskab, som ville gøre det muligt for dig at identificere et mineral med det samme, som er blevet beskrevet en del i dette kapitel? (Hint: Det findes højst sandsynligt på dit spisebord.)

Tabel 3. Nogle mineraler har usædvanlige egenskaber, som kan bruges til at identificere dem.
Egenskab	Beskrivelse	Eksempel på mineral
Fluorescens	Mineralet lyser op under ultraviolet lys	Fluorit
Magnetisme	Mineral tiltrækkes af en magnet	Magnetit
Radioaktivitet	Mineral afgiver stråling, der kan måles med geigertæller	Uraninit
Reaktivitet	Bobler dannes, når mineralet udsættes for en svag syre	Kalcit
Lugt	Nogle mineraler har en karakteristisk lugt	Svovl (lugter som rådne æg)
Smag	Nogle mineraler smager salt	Halit

Klassificering af mineraler

Mineraler er klassificeret efter deres kemiske egenskaber. Bortset fra klassen for det oprindelige grundstof er det kemiske grundlag for klassificering af mineraler anionen, den negativt ladede ion, der normalt optræder i slutningen af mineralets kemiske formel. F.eks. er sulfiderne baseret på svovlionen, S2-. Pyrit, f.eks. FeS2, er f.eks. et sulfidmineral. I nogle tilfælde er anionen i en mineralklasse polyatomar, som f.eks. (CO3)2-, carbonat-ionen. De vigtigste klasser af mineraler er:

• silikater
• sulfider
• carbonater
• oxider
• halogenider
• sulfater
• phosphater
• native grundstoffer

Silikater

Baseret på den polyatomare anion, (SiO4)4-, som har en tetraedrisk form. De fleste mineraler i jordens skorpe og kappe er silikatmineraler. Alle silikatmineraler er opbygget af silicium-oxygen-tetraedre (SiO4)4- i forskellige bindingsarrangementer, som skaber forskellige krystalgitter. Man kan forstå et silikatminerals egenskaber som f.eks. krystalform og spaltning ved at vide, hvilken type krystalgitter det har.

• I nesosilikater, også kaldet ø-silikater, er silikat-tetraederne adskilt fra hinanden og bundet helt til ikke-silikatatomer. Olivin er et ø-silikat.
• I sorosilikater eller parrede silikater, som f.eks. epidot, er silikat-tetraederne bundet parvis.
• I cyclosilikater, også kaldet ringsilikater, er silikat-tetraederne forbundet i ringe. Beryl eller smaragd er et ringsilikat.
• I phyllosilikater eller pladesilikater er tetraederne bundet i tre hjørner for at danne flade plader. Biotit er et pladesilikat.
• I enkeltkædede inosilikater er silikat-tetraederne bundet i enkeltkæder. Pyroxener er enkeltkædede inosilikater.
• I dobbeltkædede inosilikater er silikat-tetraederne bundet i dobbeltkæder. Amphiboler er dobbeltkædede inosilikater.
• I tektosilikater, også kendt som rammesilikater, er alle hjørner af silikat-tetraederne bundet til hjørner af andre silikat-tetraeder, hvilket danner en komplet ramme af silikat-tetraeder i alle retninger. Feltspat, det mest almindelige mineral i jordskorpen, og kvarts er begge rammesilikater.

Sulfider

Disse er baseret på sulfidionen, S2-. Som eksempler kan nævnes pyrit, FeS2, galena, PbS, og sphalerit, ZnS i sin rene zinkform. Nogle sulfider udvindes som kilder til metaller som zink, bly, kobber og tin.

Carbonater

Disse er baseret på carbonat-ionen, (CO3)2-. Calcit, CaCO3, og dolomit, CaMg(CO3)2, er karbonatmineraler. Karbonatmineraler har en tendens til at opløses relativt let i vand, især surt vand, og naturligt regnvand er let surt.

Oxider

Disse er baseret på oxygenanionen, O2-. Eksempler herpå er jernoxider som hæmatit, Fe2O3, og magnetit, Fe3O4, samt pyrolusit, MgO.

Halider

Sulfater

Disse har den polyatomare sulfat-ion, (SO4)2-, som anion. Anhydrit, CaSO4, er et sulfat.

Phosphater

Disse har den polyatomare fosfat-ion, (PO4)3-, som anion. Fluorapatit, Ca5(PO4)3F, som gør dine tænder hårde, er et fosfatmineral.

Naturlige grundstoffer

Disse består kun af et enkelt grundstof. Guld (Au), naturligt kobber (Cu) og diamant og grafit, som er lavet af kulstof, er alle mineraler af naturlige grundstoffer. Husk på, at et mineral er defineret som naturligt forekommende. Derfor kan grundstoffer, der er renset og krystalliseret i et laboratorium, ikke betegnes som mineraler, medmindre de også er fundet i naturen.

Mineralklassifikationstabeller

I tabellerne 1-3 er hårdheden målt på Mohs hårdhedsskala. Når du læser tabellerne igennem, kan du klikke på billederne af mineralerne for at se en større udgave af billedet.

Tabel 1. Ikke-metallisk glans-lysfarve
Typisk farve	Hårdhed	Sprængning/spaltning	Mineralnavn	Foto af mineral
farveløs	7	konchodialfraktur	kvarts
variabel	7	7	konchodialfraktur	kalcedon (chert, osv.)
rosa eller hvid	5-6	2 planer i rette vinkler	orothoklas (feldspat)
hvid	5-6	2 flader i rette vinkler	Na-plagioklas (feldspat)
hvid til grå	5-6	2 planer i rette vinkler	Ca-plagioklas (feldspat)
variabel	4	4 flader	4 flader	fluorit
farveløs eller hvid	3	3 flader på ulige vinkler	kalcit
rosa eller hvid	3	3	3 planer i ulige vinkler	dolomit
	farveløs eller hvid	2.5-3	3 planer i ulige vinkler	halit
	farveløs eller hvid	2.5	1 plan	muscovit
farveløs eller hvid	2	2 planer i rette vinkler	gips
variabel	1	1 plan	talc
hvid	< 1	ujævn (bliver til pulver)	kaolinit

Tabel 2. Ikke-metallisk glans-mørk farve
Typisk farve	Hårdhed	Sprængning/brud	Mineralnavn	Foto af mineral
grøn	5-6	irregulært	olivin
rød	5-6	irregulært	garnet
rød	3-6	irregulært	hematit
mørkegrøn	3-6	2 planer i rette vinkler	pyroxen
sort	4.5-6	2 planer i ulige vinkler	hornblende (amfibol)
	sort	2.5	1 plan	biotit
grønt	2	1 plan	chlorit

Tabel 3. Metallic Luster
Typisk farve	Hårdhed	Sprængning/spaltning	Mineralnavn	Foto af mineral
sort eller mørkegrå	6	irregulært	magnetit
brassy yellow	6	irregulær	pyrit
kobergul	4	irregulær	kalkopyrit
sølv	3	3 planer i rette vinkler	galena

Hvordan man identificerer mineraler

Først, har du brug for godt lys og en håndlinse eller et forstørrelsesglas. En håndlinse er et lille, dobbeltlinset forstørrelsesglas, der har en forstørrelse på mindst 8× og kan købes i visse boghandlere og naturbutikker.

Mineraler identificeres på grundlag af deres fysiske egenskaber, som er beskrevet i det foregående afsnit. For at identificere et mineral ser man nærmere på det. Ved første øjekast ser calcit og kvarts ens ud. Begge er normalt farveløse og har en glasagtig glans. Men deres andre egenskaber er de helt forskellige. Kvarts er meget hårdere, hårdt nok til at ridse glas. Calcit er blødt og vil ikke ridse glas. Kvarts har ingen mineralsk spaltning og knækker på samme uregelmæssige måde, som glas knækker. Calcit har tre spaltningsretninger, der mødes i andre vinkler end 90°, så det knækker i solide stykker med helt flade, glatte og skinnende sider.

Når du identificerer et mineral, skal du:

1. Se det nøje på alle synlige sider for at se, hvordan det reflekterer lyset
2. Test dets hårdhed
3. Identificer dets kløvning eller brud
4. Nævn dets glans
5. Vurder alle andre fysiske egenskaber, der er nødvendige for at bestemme mineralets identitet

I de mineraltabeller, der følger med dette afsnit, er mineralerne grupperet efter deres glans og farve. De er også klassificeret på grundlag af deres hårdhed og deres spaltning eller brud. Hvis du kan identificere flere af disse fysiske egenskaber, kan du identificere mineralet.

En simpel lektion om, hvordan man identificerer mineraler, ses i denne video.

Tjek din forståelse

Svar på nedenstående spørgsmål for at se, hvor godt du forstår de emner, der blev behandlet i det foregående afsnit. Denne korte quiz tæller ikke med i din karakter i klassen, og du kan tage den igen et ubegrænset antal gange.

Brug denne quiz til at tjekke din forståelse og beslutte, om du (1) skal studere det foregående afsnit yderligere eller (2) gå videre til næste afsnit.