Geologi

Identifiera och klassificera vanliga mineraler som bildar bergarter.

Den fasta jorden består av bergarter, som består av mineraler. För att förstå stenar måste du bekanta dig med mineraler och hur de identifieras. Detta resultat ger dig den bakgrund som behövs för att förstå de termer som används för att identifiera mineraler.

Detta avsnitt introducerar dig till mineraler. Du lär dig de olika tekniker som används av geologer för att identifiera och klassificera mineraler.

Mineralers fysiska egenskaper

Vad är mineraler?

Alla bergarter utom obsidian och kol består av mineraler. (Obsidian är en vulkanisk sten gjord av glas och kol består av organiskt kol). De flesta bergarter innehåller flera mineraler i en blandning som är karakteristisk för den aktuella bergarten. När man identifierar en sten måste man först identifiera de enskilda mineralerna som ingår i stenen.

Mineraler är naturligt förekommande, oorganiska fasta ämnen med en bestämd kemisk sammansättning och en kristallgitterstruktur. Även om tusentals mineraler i jorden har identifierats är det bara tio mineraler som utgör större delen av volymen i jordskorpan – plagioklas, kvarts, ortoklas, amfibol, pyroxen, olivin, kalcit, biotit, granat och lera.

Tillsammans bestämmer den kemiska formeln (typerna och proportionerna av de kemiska grundämnena) och kristallgallret (geometrin för hur atomerna är arrangerade och bundna till varandra) mineralens fysiska egenskaper.

Den kemiska formeln och kristallgallret för ett mineral kan bara bestämmas i ett laboratorium, men genom att undersöka ett mineral och bestämma flera av dess fysiska egenskaper kan du identifiera mineralet. Först måste du bekanta dig med mineralers fysiska egenskaper och hur du känner igen dem.

Mineraler kan identifieras genom sina fysiska egenskaper. Mineralers fysiska egenskaper är relaterade till deras kemiska sammansättning och bindning. Vissa egenskaper, till exempel ett minerals hårdhet, är mer användbara för identifiering av mineraler. Färg är lätt att observera och säkert uppenbar, men den är vanligtvis mindre tillförlitlig än andra fysiska egenskaper.

Hur identifieras mineraler?

Mineralforskare är forskare som studerar mineraler. En av de saker som mineraloger måste göra är att identifiera och kategorisera mineraler. Även om en mineralog kan använda ett kraftfullt mikroskop för att identifiera vissa mineraler kan de flesta kännas igen med hjälp av fysiska egenskaper.

Kolla på mineralet i figur 1. Vilken är mineralets färg? Vilken är dess form? Är de enskilda kristallerna blanka eller matta? Finns det linjer (strimmor) som löper över mineralerna?

Färg, strimmor och lyster

Diamanter är populära ädelstenar eftersom det sätt på vilket de reflekterar ljus gör dem väldigt gnistrande. Turkos är uppskattad för sin slående grönblå färg. Lägg märke till att specifika termer används för att beskriva mineralers utseende.

Färg

Färg är ofta användbar, men man bör inte förlita sig på den. Olika mineral kan ha samma färg. Äkta guld, som syns i figur 2, har en mycket likartad färg som pyriten i figur 1.

Den finns dessutom vissa mineraler i många olika färger. Kvarts kan till exempel vara klar, vit, grå, brun, gul, rosa, röd eller orange. Så färg kan vara till hjälp, men förlita dig inte på färg som den avgörande egenskapen. Figur 3 visar ett prov av kvarts som är färglöst och ett annat kvarts som är lila. En liten mängd järn gör kvartsen lila. Många mineraler färgas av kemiska föroreningar.

Lyster

Lyster beskriver ljusets reflektion från ett minerals yta. Mineraloger har särskilda termer för att beskriva lyster. Ett enkelt sätt att klassificera lyster är baserat på om mineralet är metalliskt eller icke-metalliskt. Mineraler som är ogenomskinliga och glänsande, till exempel pyrit, har en metallisk lyster. Mineraler som kvarts har en icke-metallisk lyster.

Lyster är hur ytan på ett mineral reflekterar ljus. Det är inte samma sak som färg, så det är avgörande att skilja lyster från färg. Till exempel beskrivs ett mineral som beskrivs som ”glänsande gult” i termer av lyster (”glänsande”) och färg (”gult”), som är två olika fysiska egenskaper. Standardnamn för lyster är bland annat metallisk, glasartad, pärlemoraktig, silkeslen, fet och matt. Det är ofta användbart att först fastställa om ett mineral har en metallisk lyster. En metallisk lyster betyder glänsande som polerad metall. Till exempel uppvisar rengjorda polerade bitar av krom, stål, titan, koppar och mässing alla metallisk lyster, liksom många andra mineraler. Av de icke-metalliska glansarna är glasartad den vanligaste och innebär att mineralets yta reflekterar ljuset som glas. Pärlglans är viktigt för att identifiera fältspater, som är den vanligaste typen av mineral. Pärlglans hänvisar till en subtil irridescens eller ett färgspel i det reflekterade ljuset, på samma sätt som pärlor reflekterar ljus. Silkeslen betyder att ljuset reflekteras med en silkesliknande glans. Fettglans liknar glansen hos stelnat baconfett. Mineraler med matt lyster reflekterar mycket lite ljus. Att identifiera lyster kräver lite övning. Kom ihåg att skilja lyster från färg.

De olika typerna av icke-metallisk lyster beskrivs i tabell 1.

Tabell 1. Sex typer av icke-metallisk lyster.
Glans	Uppträdande
Adamantine	Sparkly
Earthy	Dull, lerliknande
Pärlliknande	Pärlliknande
Hartsliknande	Likt hartser, t.ex. trädsaft
Siltig	Mjuklig med långa fibrer
Vitrös	Glansig

Kan du matcha mineralerna i figur 4 med den korrekta lyster från tabell 1?

Streak

Strimma är färgen på ett minerals pulver. Streck är en mer tillförlitlig egenskap än färg eftersom streck inte varierar. Mineraler som har samma färg kan ha olika färgade strimmor. Många mineral, t.ex. kvarts i figur 3, har inte streck.

För att kontrollera streck, skrapa mineralen över en oglaserad porslinsplatta (figur 5). Guldgul pyrit har en svartaktig rand, en annan indikator på att pyriten inte är guld, som har en guldgul rand.

Specifik gravitation

Täthet beskriver hur mycket materia som finns i en viss mängd utrymme: täthet = massa/volym.

Massa är ett mått på mängden materia i ett föremål. Den mängd utrymme som ett föremål tar upp beskrivs av dess volym. Ett föremåls densitet beror på dess massa och volym. Till exempel har vattnet i ett dricksglas samma densitet som vattnet i samma volym i en simbassäng.

Den specifika gravitationen för ett ämne jämför dess densitet med vattnets. Ämnen som är tätare har högre specifik vikt.

Hårdhet

Hårdhet är den styrka med vilken ett mineral motstår att dess yta skrapas eller punkteras. Vid arbete med handprover utan specialverktyg specificeras mineralhårdheten med Mohs hårdhetsskala. Mohs hårdhetsskala baseras på 10 referensmineraler, från talk som är det mjukaste (Mohs hårdhet 1) till diamant som är det hårdaste (Mohs hårdhet 10). Det är en relativ, eller icke-linjär, skala. En hårdhet på 2,5 innebär helt enkelt att mineralet är hårdare än gips (Mohs hårdhet 2) och mjukare än kalcit (Mohs hårdhet 3). För att jämföra hårdheten hos två mineral se vilket mineral som skrapar ytan på det andra.

Tabell 2. Mohs hårdhetsskala
Hårdhet	Index Mineraler	Gemensamma föremål
1	talc
2	gips	2.5-fingernagel
3	calcit	3.5-pur, obearbetad koppar
4	fluorit
5	fältspat	5 till 5.5-rostfritt stål
		5,5 till 6-glas
6	apatit	6 till 6.5-Hårt stålfil
7	kvarts
8	topas
9	corundum
10	diamant

Med Mohs skala, kan vem som helst testa ett okänt mineral med avseende på dess hårdhet. Föreställ dig att du har ett okänt mineral. Du upptäcker att det kan repa fluorit eller till och med fältspat, men apatit repar det. Du vet då att mineralets hårdhet ligger mellan 5 och 6. Observera att inget annat mineral kan repa diamant.

Klyvning och brott

Att bryta ett mineral bryter dess kemiska bindningar. Eftersom vissa bindningar är svagare än andra bindningar är det troligt att varje typ av mineral bryts där bindningarna mellan atomerna är svagare. Av den anledningen går mineral sönder på karakteristiska sätt.

Klyvning

Klyvning är ett minerals tendens att brytas längs vissa plan för att skapa släta ytor. Halit bryts mellan lager av natrium och klor för att bilda kuber med släta ytor (figur 6).

Ett mineral som naturligt bryts till helt plana ytor uppvisar klyvning. Alla mineral har inte klyvning. En klyvning representerar en svaghetsriktning i kristallgitteret. Klyvningsytor kan särskiljas genom hur de konsekvent reflekterar ljus, som om de vore polerade, släta och jämna. Ett minerals klyvningsegenskaper beskrivs i termer av antalet klyvningar och, om det finns fler än en klyvning, vinklarna mellan klyvningarna. Antalet klyvningar är det antal eller de riktningar i vilka mineralet klyvs. Ett mineral kan uppvisa 100 klyvningsytor parallellt med varandra. Dessa representerar en enda klyvning eftersom alla ytorna är orienterade i samma riktning. Det möjliga antalet klyvningar som ett mineral kan ha är 1,2,3,4 eller 6. Om det finns mer än 1 klyvning och det inte finns någon anordning för att mäta vinklar, kan man helt enkelt ange om klyvningarna skär varandra vid 90° eller inte 90°.

För att se mineralens klyvning kan man hålla upp mineralen under ett starkt ljus och flytta runt den, flytta runt den lite till, för att se hur de olika sidorna reflekterar ljuset. En klyvningsriktning kommer att synas som en slät, glänsande, jämnt ljusglans av ljus som reflekteras av en uppsättning parallella ytor på mineralet.

Glimmer har klyvning i en riktning och bildar skivor (figur 7).

Mineraler kan klyvas i polygoner. Fluorit bildar oktaeder (figur 8).

En anledning till att ädelstenar är vackra är att klyvningsplanerna ger en attraktiv kristallform med släta ytor.

Fraktur

Fraktur är en brytning i ett mineral som inte ligger längs ett klyvningsplan. Brott är inte alltid lika i samma mineral eftersom brottet inte bestäms av mineralets struktur.

Mineraler kan ha karakteristiska brott (figur 9). Metaller brukar vanligtvis brytas i käftade kanter. Om ett mineral splittrar som trä kan det vara fibröst. Vissa mineral, t.ex. kvarts, bildar släta böjda ytor när de spricker.

Alla mineral har brott. Fraktur är brott som sker i riktningar som inte är klyvningsriktningar. Vissa mineral, till exempel kvarts, har ingen klyvning alls. När ett mineral utan klyvning bryts sönder med en hammare bryts det i alla riktningar. Kvarts sägs uppvisa konchoida frakturer. Konchoida fraktur är det sätt på vilket ett tjockt glas går sönder med koncentriska, böjda kammar på de brutna ytorna. Vissa kvartskristaller har dock så många brister att de i stället för att uppvisa konchoida frakturer helt enkelt uppvisar oregelbundna frakturer. Oregelbunden fraktur är en standardterm för frakturer som inte uppvisar någon av egenskaperna hos de andra frakturtyperna. I en introduktion till geologi är de viktigaste frakturtyperna att komma ihåg oregelbundna, som de flesta mineraler uppvisar, och konchoida, som ses i kvarts.

Kristallform

Alla mineraler är kristallina, men bara vissa har möjlighet att uppvisa formerna på sina kristaller, sina kristallformer. Många mineraler i ett introduktionslaboratorium i geologi uppvisar inte sin kristallform. Om ett mineral har utrymme medan det växer kan det bilda naturliga kristaller, med en kristallform som återspeglar geometrin hos mineralets inre kristallgitter. Formen på en kristall följer symmetrin i dess kristallgitter. Kvarts, till exempel, bildar sexsidiga kristaller som visar den hexagonala symmetrin i dess kristallgitter. Det finns två komplicerande faktorer att komma ihåg här: (1) Mineraler bildar inte alltid fina kristaller när de växer, och (2) en kristallyta är något annat än en klyvningsyta. En kristallyta bildas under mineralets tillväxt. En klyvningsyta bildas när mineralen bryts.

Andra identifierande egenskaper

Det finns vissa egenskaper som bara hjälper till att skilja ett litet antal mineral från varandra, eller till och med bara ett enda mineral. Ett exempel på en sådan speciell egenskap är kalcits sprudlande reaktion på en svag lösning av saltsyra (5 % HCl). Kalcit sprudlar när HCl-lösningen löser upp den och skapar koldioxidgas. Kalcit är lätt att identifiera även utan att testa reaktionen på HCl, genom sin hårdhet, lyster och klyvning.

En annan speciell egenskap är magnetism. Denna kan testas genom att se om en liten magnet reagerar på mineralet. Det vanligaste mineralet som är starkt magnetiskt är magnetit. En speciell egenskap som visar sig i vissa prov av plagioklasfältspat är dess tendens att uppvisa strimmor på klyvningsytor. Strieringar är helt raka, fina, parallella linjer. Det kan krävas förstoring för att se strimmor på plagioklas klyvningsytor. Andra speciella egenskaper kan påträffas från mineral till mineral.

Vissa mineral har andra unika egenskaper, varav några anges i tabell 3. Kan du nämna en unik egenskap som skulle göra det möjligt för dig att omedelbart identifiera ett mineral som har beskrivits en hel del i det här kapitlet? (Tips: Det finns med största sannolikhet på ditt middagsbord.)

.

Tabell 3. Vissa mineraler har ovanliga egenskaper som kan användas för identifiering.
Egenskap	Beskrivning	Exempel på mineral
Fluorescens	Mineral lyser under ultraviolett ljus	Fluorit
Magnetism	Mineral dras till en magnet	Magnetit
Radioaktivitet	Mineral avger strålning som kan mätas med geigerräknare	Uraninit
Reaktivitet	Bubblor bildas när mineralen utsätts för en svag syra	Calcit
Röklukt	Vissa mineraler har en distinkt lukt	Svavel (luktar som ruttna ägg)
Smak	Vissa mineraler smakar salt	Halit

Klassificering av mineraler

Mineraler klassificeras enligt sina kemiska egenskaper. Med undantag för klassen för naturliga grundämnen är den kemiska grunden för klassificering av mineraler anjonen, den negativt laddade jon som vanligtvis dyker upp i slutet av mineralets kemiska formel. Sulfiderna är till exempel baserade på sufurjonen, S2-. Pyrit, till exempel, FeS2, är ett sulfidmineral. I vissa fall är anjonen i en mineralklass polyatomär, till exempel (CO3)2-, karbonatjonen. De viktigaste mineralklasserna är:

• silikater
• sulfider
• karbonater
• oxider
• halogenider
• sulfater
• fosfater
• naturliga grundämnen

Silikater

Baserat på den polyatomiska anjonen, (SiO4)4-, som har en tetraedrisk form. De flesta mineraler i jordskorpan och manteln är silikatmineraler. Alla silikatmineraler är uppbyggda av kisel-oxygen-tetraeder (SiO4)4- i olika bindningsarrangemang som skapar olika kristallgitter. Man kan förstå egenskaperna hos ett silikatmineral, t.ex. kristallform och klyvning, genom att veta vilken typ av kristallgitter det har.

• I nesosilikater, även kallade ö-silikater, är silikattetraederna separerade från varandra och helt bundna till icke-silikatatomer. Olivin är ett ö-silikat.
• I sorosilikater eller parvisa silikater, till exempel epidot, är silikattetraederna bundna i par.
• I cyklosilikater, även kallade ringsilikater, är silikattetraederna sammanfogade i ringar. Beryl eller smaragd är ett ringsilikat.
• I fylosilikater eller plansilikater är tetraederna bundna i tre hörn för att bilda platta ark. Biotit är ett plansilikat.
• I enkelkedjiga inosilikater är silikattetraederna bundna i enkla kedjor. Pyroxener är enkelkedjiga inosilikater.
• I dubbelkedjiga inosilikater är silikattetraederna bundna i dubbelkedjor. Amphiboler är dubbelkedjiga inosilikater.
• I tektosilikater, även kallade ramsilikater, är alla hörn av silikattetraederna bundna till hörn av andra silikattetraeder, vilket bildar ett komplett ramverk av silikattetraeder i alla riktningar. Fältspat, det vanligaste mineralet i jordskorpan, och kvarts är båda ramsilikater.

Sulfider

Dessa är baserade på sulfidjonen S2-. Som exempel kan nämnas pyrit, FeS2, galna, PbS, och sphalerit, ZnS i sin rena zinkform. Vissa sulfider bryts som källor till metaller som zink, bly, koppar och tenn.

Karbonater

Dessa är baserade på karbonatjonen (CO3)2-. Kalcit, CaCO3, och dolomit, CaMg(CO3)2, är karbonatmineraler. Karbonatmineraler tenderar att lösa sig relativt lätt i vatten, särskilt surt vatten, och naturligt regnvatten är svagt surt.

Oxider

Dessa är baserade på syrejonen, O2-. Exempel är järnoxider som hematit, Fe2O3 och magnetit, Fe3O4, samt pyrolusit, MgO.

Halider

Sulfater

Dessa har den polyatomära sulfatjonen, (SO4)2-, som anjon. Anhydrit, CaSO4, är ett sulfat.

Fosfater

Dessa har den polyatomära fosfatjonen, (PO4)3-, som anjon. Fluorapatit, Ca5(PO4)3F, som gör dina tänder hårda, är ett fosfatmineral.

Naturliga grundämnen

Dessa består endast av ett enda grundämne. Guld (Au), nativ koppar (Cu) samt diamant och grafit, som är gjorda av kol, är alla mineraler med nativa element. Kom ihåg att ett mineral definieras som naturligt förekommande. Därför räknas inte grundämnen som renats och kristalliserats i ett laboratorium som mineraler, om de inte också har hittats i naturen.

Tabeller för klassificering av mineraler

I tabellerna 1-3 mäts hårdheten på Mohs hårdhetsskala. När du läser igenom tabellerna kan du klicka på bilderna på mineralerna för att se en större version av fotot.

.

Tabell 1. Icke-metallisk glans-ljusfärg
Typisk färg	Hårdhet	Klyvning/brott	Mineralnamn	Foto av mineral
färglös	7	konchodialfraktur	kvarts
variabel	7	konchodialfraktur	kalcedon (chert, etc.)
rosa eller vit	5-6	2 plan i rät vinkel	orotoklas (fältspat)
vit	5-6	2 plan i rät vinkel	Na-Plagioklas (fältspat)
vitt till grått	5-6	2 plan i rätvinkliga vinklar	Ca-plagioklas (fältspat)
varierande	4	4 plan	fluorit
färglös eller vit	3	3 plan på udda vinklar	kalcit
rosa eller vita	3	3	3 plan i udda vinklar	dolomit
färglös eller vit	2.5-3	3 plan i udda vinklar	halit
färglös eller vit	2.5	1 plan	muscovit
färglös eller vit	2	2 plan i rät vinkel	gips
variabel	1	1 plan	talc
vit	< 1	ojämn (blir till pulver)	kaolinit

Tabell 2. Icke metallisk glans-mörk färg
Typisk färg	Hårdhet	Klyvning/brott	Mineralnamn	Foto av mineral
grön	5-6	iregelbunden	olivin
röd	5-6	iregelbunden	garnet
röd	3-6	iregelbunden	hematit
mörkgrön	3-6	2 plan i rät vinkel	pyroxen
svart	4.5-6	2 plan i udda vinklar	hornblände (amfibol)
svart	2.5	1 plan	biotit
grön	2	1 plan	klorit

.

.

Tabell 3. Metallisk glans
Typisk färg	Hårdhet	Klyvning/Fraktur	Mineralnamn	Foto av mineral
svart eller mörkgrå	6	irregulärt	magnetit
brassig gul	6	iregelbunden	pyrit
knappt gul	4	iregelbunden	kalkopyrit
silver	3	3 plan i rät vinkel	galena

Hur man identifierar mineraler

Först, behöver du bra ljus och en handlins eller ett förstoringsglas. En handlins är ett litet förstoringsglas med dubbla linser som har en förstoringseffekt på minst 8× och kan köpas i vissa bokhandlar och naturbutiker.

Mineraler identifieras på grundval av deras fysikaliska egenskaper, som har beskrivits i det föregående avsnittet. För att identifiera ett mineral tittar man noga på det. Vid en första anblick ser kalcit och kvarts likadana ut. Båda är vanligtvis färglösa och har en glasartad lyster. Deras andra egenskaper är de dock helt olika. Kvarts är mycket hårdare, tillräckligt hårt för att repa glas. Kalcit är mjuk, och kommer inte att repa glas. Kvarts har inga mineraliska klyvningar och spricker på samma oregelbundna sätt som glas spricker. Kalcit har tre klyvningsriktningar som möts i andra vinklar än 90°, så den går sönder i fasta bitar med helt platta, släta, glänsande sidor.

När du identifierar ett mineral måste du:

1. Se det noga på alla synliga sidor för att se hur det reflekterar ljus
2. Testa dess hårdhet
3. Identifiera dess klyvning eller fraktur
4. Nämn dess lyster
5. Utvärdera alla andra fysikaliska egenskaper som är nödvändiga för att fastställa mineralets identitet

I mineraltabellerna som åtföljer det här avsnittet är mineralerna grupperade enligt deras lyster och färg. De klassificeras också utifrån deras hårdhet och deras klyvning eller fraktur. Om du kan identifiera flera av dessa fysiska egenskaper kan du identifiera mineralet.

En enkel lektion om hur man identifierar mineraler ses i den här videon.

Kontrollera din förståelse

Svar på frågan/frågorna nedan för att se hur väl du har förstått ämnena som behandlades i föregående avsnitt. Den här korta frågesporten räknas inte in i ditt betyg och du kan göra om den ett obegränsat antal gånger.

Använd den här frågesporten för att kontrollera din förståelse och besluta om du ska (1) studera det föregående avsnittet ytterligare eller (2) gå vidare till nästa avsnitt.