Geologia

Identificare e classificare i minerali comuni che formano le rocce.

La terra solida è fatta di rocce, che sono fatte di minerali. Per comprendere le rocce è necessario acquisire familiarità con i minerali e come vengono identificati. Questo risultato vi dà il background necessario per capire i termini usati nell’identificazione dei minerali.

Questa sezione vi introdurrà ai minerali. Imparerete le varie tecniche usate dai geologi per identificare e classificare i minerali.

Caratteristiche fisiche dei minerali

Cosa sono i minerali?

Tutte le rocce, tranne l’ossidiana e il carbone, sono fatte di minerali. (L’ossidiana è una roccia vulcanica fatta di vetro e il carbone è fatto di carbonio organico). La maggior parte delle rocce contiene diversi minerali in una miscela caratteristica del particolare tipo di roccia. Quando si identifica una roccia bisogna prima identificare i singoli minerali che la compongono.

I minerali sono solidi inorganici presenti in natura con una composizione chimica definita e una struttura cristallina. Sebbene siano stati identificati migliaia di minerali sulla terra, solo dieci minerali costituiscono la maggior parte del volume della crosta terrestre: plagioclasio, quarzo, ortoclasio, anfibolo, pirosseno, olivina, calcite, biotite, granato e argilla.

Insieme, la formula chimica (i tipi e le proporzioni degli elementi chimici) e il reticolo cristallino (la geometria di come gli atomi sono disposti e legati insieme) determinano le proprietà fisiche dei minerali.

La formula chimica e il reticolo cristallino di un minerale possono essere determinati solo in laboratorio, ma esaminando un minerale e determinando alcune delle sue proprietà fisiche, è possibile identificare il minerale. Per prima cosa, è necessario acquisire familiarità con le proprietà fisiche dei minerali e come riconoscerli.

I minerali possono essere identificati dalle loro caratteristiche fisiche. Le proprietà fisiche dei minerali sono legate alla loro composizione chimica e al loro legame. Alcune caratteristiche, come la durezza di un minerale, sono più utili per l’identificazione del minerale. Il colore è facilmente osservabile e certamente ovvio, ma di solito è meno affidabile delle altre proprietà fisiche.

Come si identificano i minerali?

I mineralogisti sono scienziati che studiano i minerali. Una delle cose che i mineralogisti devono fare è identificare e classificare i minerali. Mentre un mineralogista potrebbe usare un microscopio ad alta potenza per identificare alcuni minerali, la maggior parte sono riconoscibili usando le proprietà fisiche.

Guarda il minerale nella Figura 1. Qual è il colore del minerale? Qual è la sua forma? I singoli cristalli sono lucidi o opachi? Ci sono linee (striature) che attraversano il minerale?

Colore, striatura e lucentezza

I diamanti sono gemme popolari perché il modo in cui riflettono la luce li rende molto brillanti. Il turchese è apprezzato per il suo sorprendente colore blu-verde. Notate che vengono usati termini specifici per descrivere l’aspetto dei minerali.

Colore

Il colore è spesso utile, ma non ci si deve fidare. Minerali diversi possono essere dello stesso colore. L’oro vero, come si vede nella figura 2, ha un colore molto simile alla pirite della figura 1.

Inoltre, alcuni minerali sono disponibili in molti colori diversi. Il quarzo, per esempio, può essere chiaro, bianco, grigio, marrone, giallo, rosa, rosso o arancione. Quindi il colore può aiutare, ma non fare affidamento sul colore come proprietà determinante. La figura 3 mostra un campione di quarzo incolore e un altro quarzo viola. Una piccola quantità di ferro rende il quarzo viola. Molti minerali sono colorati da impurità chimiche.

Lucentezza

La lucentezza descrive la riflessione della luce sulla superficie di un minerale. I mineralogisti hanno termini speciali per descrivere la lucentezza. Un modo semplice per classificare la lucentezza è basato sul fatto che il minerale sia metallico o non metallico. I minerali che sono opachi e lucidi, come la pirite, hanno una lucentezza metallica. Minerali come il quarzo hanno una lucentezza non metallica.

La lucentezza è come la superficie di un minerale riflette la luce. Non è la stessa cosa del colore, quindi è fondamentale distinguere la lucentezza dal colore. Per esempio, un minerale descritto come “giallo brillante” viene descritto in termini di lucentezza (“brillante”) e colore (“giallo”), che sono due diverse proprietà fisiche. I nomi standard per la lucentezza includono metallico, vetroso, perlato, setoso, grasso e opaco. È spesso utile determinare prima se un minerale ha una lucentezza metallica. Una lucentezza metallica significa che brilla come il metallo lucidato. Per esempio, pezzi lucidi puliti di cromo, acciaio, titanio, rame e ottone mostrano tutti una lucentezza metallica, così come molti altri minerali. Dei lustri non metallici, il vetroso è il più comune e significa che la superficie del minerale riflette la luce come il vetro. La lucentezza perlacea è importante per identificare i feldspati, che sono il tipo di minerale più comune. La lucentezza perlacea si riferisce ad una sottile irridescenza o gioco di colori nella luce riflessa, nello stesso modo in cui le perle riflettono la luce. Setoso significa riflettere la luce con una lucentezza simile alla seta. La lucentezza grassa assomiglia alla lucentezza del grasso di pancetta solidificato. I minerali con lustro opaco riflettono pochissima luce. Identificare la lucentezza richiede un po’ di pratica. Ricordate di distinguere la lucentezza dal colore.

Diversi tipi di lucentezza non metallica sono descritti nella tabella 1.

Tabella 1. Sei tipi di lucentezza non metallica.
Lucentezza	Apparenza
Adamantina	Scintillante
Earthy	Opaca, argilloso
perlaceo	perlaceo
resinoso	come le resine, come la linfa degli alberi
Silky	Aspetto morbido con lunghe fibre
Vitoso	Glassoso

Puoi abbinare i minerali in Figura 4 con il lustro corretto dalla Tabella 1?

Streak

La striscia è il colore della polvere di un minerale. La striscia è una proprietà più affidabile del colore perché la striscia non varia. Minerali che sono dello stesso colore possono avere una striscia di colore diverso. Molti minerali, come il quarzo nella figura 3, non hanno una striatura.

Per controllare la striatura, raschiate il minerale su un piatto di porcellana non smaltato (figura 5). La pirite giallo-oro ha una striatura nerastra, un altro indicatore che la pirite non è oro, che ha una striatura giallo oro.

Gravità specifica

La densità descrive quanta materia è in una certa quantità di spazio: densità = massa/volume.

La massa è una misura della quantità di materia in un oggetto. La quantità di spazio che un oggetto occupa è descritta dal suo volume. La densità di un oggetto dipende dalla sua massa e dal suo volume. Per esempio, l’acqua in un bicchiere ha la stessa densità dell’acqua nello stesso volume di una piscina.

Il peso specifico di una sostanza confronta la sua densità con quella dell’acqua. Le sostanze che sono più dense hanno un peso specifico più alto.

Durezza

La durezza è la forza con cui un minerale resiste alla raschiatura o alla perforazione della sua superficie. Lavorando con campioni manuali senza strumenti specializzati, la durezza dei minerali è specificata dalla scala di durezza Mohs. La scala di durezza Mohs si basa su 10 minerali di riferimento, dal talco il più morbido (durezza Mohs di 1), al diamante il più duro (durezza Mohs di 10). È una scala relativa, o non lineare. Una durezza di 2,5 significa semplicemente che il minerale è più duro del gesso (durezza Mohs di 2) e più morbido della calcite (durezza Mohs di 3). Per confrontare la durezza di due minerali, vedere quale minerale graffia la superficie dell’altro.

Tabella 2. Scala di durezza Mohs
Durezza	Index Minerali	Oggetti comuni
1	talc
2	gypsum	2.5-unghie
3	calcite	3.5-rame puro e incontaminato
4	fluorite
5	feldspar	5 a 5.5-acciaio inossidabile
		5.5 a 6-vetro
6	apatite	6 a 6.5-lima in acciaio duro
7	quarzo
8	topazio
9	corindone
10	diamante

Con una scala Mohs, chiunque può testare un minerale sconosciuto per la sua durezza. Immaginate di avere un minerale sconosciuto. Trovate che può graffiare la fluorite o anche il feldspato, ma l’apatite lo graffia. Sapete allora che la durezza del minerale è tra 5 e 6. Notate che nessun altro minerale può graffiare il diamante.

Cleavage e frattura

La rottura di un minerale rompe i suoi legami chimici. Poiché alcuni legami sono più deboli di altri legami, ogni tipo di minerale è probabile che si rompa dove i legami tra gli atomi sono più deboli. Per questa ragione, i minerali si rompono in modi caratteristici.

Cleavage

Cleavage è la tendenza di un minerale a rompersi lungo certi piani per creare superfici lisce. L’halite si rompe tra strati di sodio e cloro per formare cubi con superfici lisce (Figura 6).

Un minerale che si rompe naturalmente in superfici perfettamente piane sta esibendo il clivaggio. Non tutti i minerali hanno un clivaggio. Un clivaggio rappresenta una direzione di debolezza nel reticolo cristallino. Le superfici di clivaggio possono essere distinte da come riflettono coerentemente la luce, come se fossero levigate, lisce e uniformi. Le proprietà di scissione di un minerale sono descritte in termini di numero di scissioni e, se più di una scissione, gli angoli tra le scissioni. Il numero di scissioni è il numero o le direzioni in cui il minerale si scinde. Un minerale può presentare 100 superfici di scissione parallele tra loro. Queste rappresentano un singolo clivaggio perché le superfici sono tutte orientate nella stessa direzione. Il numero possibile di scissioni che un minerale può avere è 1, 2, 3, 4, o 6. Se è presente più di 1 scissione, e non è disponibile uno strumento per misurare gli angoli, basta dire se le scissioni si intersecano a 90° o non a 90°.

Per vedere la scissione di un minerale, tenete il minerale sotto una luce forte e muovetelo, muovetelo ancora un po’, per vedere come i diversi lati riflettono la luce. Una direzione di clivaggio si mostrerà come una lucentezza liscia, brillante e uniforme della luce riflessa da una serie di superfici parallele sul minerale.

La mica ha clivaggio in una direzione e forma fogli (Figura 7).

I minerali possono scindersi in poligoni. La fluorite forma ottaedri (Figura 8).

Una ragione per cui le gemme sono belle è che i piani di scissione creano una forma attraente del cristallo con facce lisce.

Frattura

La frattura è una rottura in un minerale che non è lungo un piano di scissione. La frattura non è sempre la stessa nello stesso minerale perché la frattura non è determinata dalla struttura del minerale.

I minerali possono avere fratture caratteristiche (Figura 9). I metalli di solito si fratturano in bordi frastagliati. Se un minerale si scheggia come il legno, può essere fibroso. Alcuni minerali, come il quarzo, formano superfici curve lisce quando si fratturano.

Tutti i minerali hanno frattura. La frattura è una rottura che avviene in direzioni che non sono direzioni di scissione. Alcuni minerali, come il quarzo, non hanno alcun tipo di scissione. Quando un minerale senza scissione viene rotto da un martello, si frattura in tutte le direzioni. Si dice che il quarzo presenti una frattura ecoidale. La frattura ecoidale è il modo in cui un pezzo di vetro spesso si rompe con creste concentriche e curve sulle superfici rotte. Tuttavia, alcuni cristalli di quarzo hanno così tanti difetti che invece di mostrare la frattura ecoidale mostrano semplicemente una frattura irregolare. Frattura irregolare è un termine standard per le fratture che non mostrano nessuna delle qualità degli altri tipi di frattura. Nella geologia introduttiva, i tipi di frattura chiave da ricordare sono irregolari, che la maggior parte dei minerali presenta, e concoidali, visti nel quarzo.

Forma del cristallo

Tutti i minerali sono cristallini, ma solo alcuni hanno l’opportunità di mostrare le forme dei loro cristalli, le loro forme cristalline. Molti minerali in un laboratorio introduttivo di geologia non mostrano la loro forma cristallina. Se un minerale ha spazio mentre cresce, può formare cristalli naturali, con una forma cristallina che riflette la geometria del reticolo cristallino interno del minerale. La forma di un cristallo segue la simmetria del suo reticolo cristallino. Il quarzo, per esempio, forma cristalli a sei lati, mostrando la simmetria esagonale del suo reticolo cristallino. Ci sono due fattori complicanti da ricordare qui: (1) i minerali non sempre formano bei cristalli quando crescono, e (2) una faccia di cristallo è diversa da una superficie di scissione. Una faccia di cristallo si forma durante la crescita del minerale. Una superficie di clivaggio si forma quando il minerale viene rotto.

Altre caratteristiche di identificazione

Ci sono alcune proprietà che aiutano solo a distinguere un piccolo numero di minerali, o anche solo un singolo minerale. Un esempio di tale proprietà speciale è la reazione effervescente della calcite ad una soluzione debole di acido cloridrico (5% HCl). La calcite frizza o effervesce quando la soluzione di HCl la dissolve e crea gas CO2. La calcite è facile da identificare anche senza provare la reazione all’HCl, per la sua durezza, lucentezza e scissione.

Un’altra proprietà speciale è il magnetismo. Questo può essere testato vedendo se un piccolo magnete risponde al minerale. Il minerale più comune che è fortemente magnetico è la magnetite. Una proprietà speciale che si manifesta in alcuni campioni di feldspato plagioclasio è la sua tendenza ad esibire striature sulle superfici di clivaggio. Le striature sono linee perfettamente dritte, sottili e parallele. L’ingrandimento può essere necessario per vedere le striature sulle superfici di clivaggio del plagioclasio. Altre proprietà speciali possono essere incontrate da un minerale all’altro.

Alcuni minerali hanno altre proprietà uniche, alcune delle quali sono elencate nella tabella 3. Puoi nominare una proprietà unica che ti permetterebbe di identificare istantaneamente un minerale che è stato descritto abbastanza spesso in questo capitolo? (Suggerimento: molto probabilmente si trova sulla tua tavola.)

Tabella 3. Alcuni minerali hanno proprietà insolite che possono essere usate per l’identificazione.
Proprietà	Descrizione	Esempio di minerale
Fluorescenza	Il minerale brilla alla luce ultravioletta	Fluorite
Magnetismo	Il minerale è attratto da un magnete	Magnetite
Radioattività	Il minerale emette radiazioni che possono essere misurate con contatori Geiger	Uraninite
Reattività	Si formano bolle quando il minerale è esposto a un acido debole	Calcite
Odore	Alcuni minerali hanno un odore particolare	Zolfo (odore di uova marce)
Gusto	Alcuni minerali hanno un sapore salato	Halite

Classificazione dei minerali

I minerali sono classificati secondo le loro proprietà chimiche. Ad eccezione della classe degli elementi nativi, la base chimica per classificare i minerali è l’anione, lo ione caricato negativamente che di solito si presenta alla fine della formula chimica del minerale. Per esempio, i solfuri si basano sullo ione zolfo, S2-. La pirite, per esempio, FeS2, è un minerale solfuro. In alcuni casi, l’anione di una classe di minerali è poliatomico, come (CO3)2-, lo ione carbonato. Le principali classi di minerali sono:

• silicati
• solfuri
• carbonati
• ossidi
• alogenuri
• solfati
• fosfati
• elementi nativi

Silicati

In base all’anione poliatomico, (SiO4)4-, che ha una forma tetraedrica. La maggior parte dei minerali della crosta terrestre e del mantello sono minerali silicati. Tutti i minerali di silicato sono costituiti da tetraedri di silicio-ossigeno (SiO4)4- in diverse disposizioni di legame che creano diversi reticoli cristallini. Si possono capire le proprietà di un minerale di silicato come la forma del cristallo e la scissione sapendo quale tipo di reticolo cristallino ha.

• Nei nesosilicati, chiamati anche silicati insulari, i tetraedri di silicato sono separati gli uni dagli altri e legati completamente ad atomi non di silicato. L’olivina è un silicato insulare.
• Nei sorosilicati o silicati appaiati, come l’epidoto, i tetraedri di silicato sono legati a coppie.
• Nei ciclosilicati, chiamati anche silicati ad anello, i tetraedri di silicato sono uniti in anelli. Il berillo o smeraldo è un silicato ad anello.
• Nei fillosilicati o silicati a fogli, i tetraedri sono legati a tre angoli per formare fogli piatti. La biotite è un silicato a fogli.
• Negli inosilicati a catena singola i tetraedri del silicato sono legati in catene singole. I pirosseni sono inosilicati a catena singola.
• Negli inosilicati a doppia catena i tetraedri di silicato sono legati in doppia catena. Gli anfiboli sono inosilicati a doppia catena.
• Nei tectosilicati, conosciuti anche come silicati quadro, tutti gli angoli dei tetraedri di silicato sono legati agli angoli di altri tetraedri di silicato, formando un quadro completo di tetraedri di silicato in tutte le direzioni. Il feldspato, il minerale più comune nella crosta terrestre, e il quarzo sono entrambi silicati quadro.

Solfuri

Sono basati sullo ione solfuro, S2-. Gli esempi includono la pirite, FeS2, la galena, PbS, e la sfalerite, ZnS nella sua forma pura di zinco. Alcuni solfuri sono estratti come fonti di metalli come zinco, piombo, rame e stagno.

Carbonati

Sono basati sullo ione carbonato, (CO3)2-. La calcite, CaCO3, e la dolomite, CaMg(CO3)2, sono minerali carbonati. I minerali carbonati tendono a dissolversi relativamente facilmente in acqua, specialmente in acqua acida, e l’acqua piovana naturale è leggermente acida.

Ossidi

Sono basati sull’anione ossigeno, O2-. Gli esempi includono ossidi di ferro come l’ematite, Fe2O3 e la magnetite, Fe3O4, e la pirolusite, MgO.

Halidi

Solfati

Questi hanno lo ione poliatomico solfato, (SO4)2-, come anione. L’anidrite, CaSO4, è un solfato.

Fosfati

Questi hanno lo ione fosfato poliatomico, (PO4)3-, come anione. La fluorapatite, Ca5(PO4)3F, che rende i denti duri, è un minerale fosfato.

Elementi nativi

Questi sono fatti di un solo elemento. L’oro (Au), il rame nativo (Cu), il diamante e la grafite, che sono fatti di carbonio, sono tutti minerali di elementi nativi. Ricordiamo che un minerale è definito come presente in natura. Pertanto, gli elementi purificati e cristallizzati in laboratorio non si qualificano come minerali, a meno che non siano stati trovati anche in natura.

Tabelle di classificazione dei minerali

Nelle tabelle 1-3, la durezza è misurata sulla scala di durezza Mohs. Mentre leggi le tabelle, puoi cliccare sulle immagini dei minerali per vedere una versione più grande della foto.

Tabella 1. Nonmetallic Luster-Light Color
Typical Color	Hardness	Cleavage/Fracture	Mineral Name	Photo of Mineral
incolore	7	frattura di concio	quarzo
variabile	7	frattura di concio	calcedonio (chert, ecc.)
rosa o bianca	5-6	2 piani ad angolo retto	ortoclasio (feldspato)
bianco	5-6	2 piani ad angolo retto	Na-plagioclasio (feldspato)
da bianco a grigio	5-6	2 piani ad angolo retto	Ca-plagioclasio (feldspato)
variabile	4	4 piani	fluorite
incolore o bianco	3	3 piani ad angoli dispari	calcite
rosa o bianca	3	3 piani ad angoli dispari	dolomite
incolore o bianco	2.5-3	3 piani ad angoli dispari	alite
incolore o bianco	2.5	1 piano	muscovite
incolore o bianco	2	2 piani ad angolo retto	gesso
variabile	1	1 piano	talc
bianco	< 1	uniforme (diventa polvere)	kaolinite

Tabella 2. Colore scuro-lucentezza non metallica
Colore tipico	Durezza	Cleavage/Fracture	Nome del minerale	Foto del minerale
verde	5-6	irregolare	olivina
rosso	5-6	irregolare	garnet
rosso	3-6	irregolare	ematite
verde scuro	3-6	2 piani ad angolo retto	pirosseno
nero	4.5-6	2 piani ad angoli dispari	cornoblenda (anfibolo)
nero	2.5	1 piano	biotite
verde	2	1 piano	clorite

Tabella 3. Lucentezza metallica
Colore tipico	Durezza	Cleavage/Fracture	Nome del minerale	Foto del minerale
nero o grigio scuro	6	irregolare	magnetite
giallo ambrato	6	irregolare	pirite
giallo coppale	4	irregolare	calcopirite
argento	3	3 piani ad angolo retto	galena

Come identificare i minerali

Prima, hai bisogno di una buona luce e di una lente a mano o d’ingrandimento. Una lente a mano è una piccola lente di ingrandimento a doppia lente che ha un potere di ingrandimento di almeno 8× e può essere acquistata in alcune librerie e negozi di natura.

I minerali vengono identificati sulla base delle loro proprietà fisiche, che sono state descritte nella sezione precedente. Per identificare un minerale, lo si guarda da vicino. A prima vista, la calcite e il quarzo sembrano simili. Entrambi sono solitamente incolori, con una lucentezza vetrosa. Tuttavia, le loro altre proprietà sono completamente diverse. Il quarzo è molto più duro, abbastanza duro da graffiare il vetro. La calcite è morbida e non graffia il vetro. Il quarzo non ha scissione minerale e si rompe nello stesso modo irregolare in cui si rompe il vetro. La calcite ha tre direzioni di scissione che si incontrano ad angoli diversi da 90°, quindi si rompe in pezzi solidi con lati perfettamente piatti, lisci e lucidi.

Quando si identifica un minerale, è necessario:

1. Guardarlo da vicino su tutti i lati visibili per vedere come riflette la luce
2. Testare la sua durezza
3. Identificare la sua scissione o frattura
4. Nominare la sua lucentezza
5. Valutare qualsiasi altra proprietà fisica necessaria per determinare l’identità del minerale

Nelle tabelle dei minerali che accompagnano questa sezione, i minerali sono raggruppati secondo la loro lucentezza e colore. Sono anche classificati in base alla loro durezza e alla loro scissione o frattura. Se riesci a identificare alcune di queste proprietà fisiche, puoi identificare il minerale.

Una semplice lezione su come identificare i minerali si vede in questo video.

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