LEKSYKON PRZYRODNICZY Minera�y Olaf Medenbach, Cornelia Sussieck-Fornefeld MINERA�Y Przek�ad i adaptacja Andrzej Koz�owski, Jan Parafiniuk, Ewa S�aby �wiat Ksi��ki Koncepcja serii: Gunter Steinbach Tytu� orygina�u: Steinbachs Naturfiihrer: Mineralien Ilustracje: Karl Medenbach Licencyjne wydanie klubu ��wiat Ksi��ki" za zgod� Mosaik Verlag i GeoCenter International Warszawa �wiat Ksi��ki, Warszawa 1996 � Mosaik Verlag GmbH Monachium 1984 � polskiego wydania GeoCenter International Warszawa 1995 Wszelkie prawa zastrze�one. Reprodukowanie, kodowanie w urz�dzeniach przetwarzania da- nych, odtwarzanie elektroniczne, fotomechaniczne lub w jakiejkolwiek innej formie w telewizji, radio oraz wykorzystywanie w wyst�pieniach publicznych - r�wnie� cz�ciowe - tylko za wy��cznym zezwoleniem w�a�ciciela praw autorskich. Przek�ad z j�zyka niemieckiego i adaptacja tomu Minera�y: zesp� pracownik�w naukowych Instytutu Geochemii, Mineralogii i Petrografii Wydzia�u Geologii Uniwersytetu Warszawskiego, w sk�adzie: dr Andrzej Koz�owski dr Jan Parafiniuk dr Ewa S�aby Redaktor serii: Beata Lewandowska-Kaftan Redaktor tomu Minera�y: Katarzyna Duran Opracowanie graficzne ksi��ki: wed�ug orygina�u niemieckiego Korekta: Ewa Garbowska Sk�ad i �amanie: PHOTOTEXT Warszawa ISBN 83-7129-194-9 Nr 1197 Spis tre�ci 6 Wst�p 8 Czym jest mineralogia 9 Wewn�trzna struktura kryszta��w 18 W�asno�ci minera��w 26 Powstawanie minera��w 28 Klasa I. Pierwiastki rodzime 40 Klasa II. Siarczki i pokrewne 84 Klasa III. Halogenki 94 Klasa IV. Tlenki i wodorotlenki 126 Klasa V. Azotany, w�glany, borany 152 Klasa VI. Siarczany, chromiany, molibdeniany, wolframiany 168 Klasa VII. Fosforany, arseniany, wanadany 194 Klasa VIII. Krzemiany 252 Klasa IX. Zwi�zki organiczne 254 Klucz do oznaczania minera��w 284 Wykaz �r�de� okaz�w minera��w 285 Autorzy zdj�� 286 Wykaz minera��w Przegl�d symboli u�ywanych w ksi��ce I Pierwiastki II Siarczki III Halogenki IV Tlenki V W�glany VI Siarczany VII Fosforany VIII Krzemiany IX Zwi�zki organiczne 5 Wst�p Prawid�owo�� form kryszta��w i minera- ��w oraz pi�kno ich barw czyni�y je od bardzo dawna obiektami dociekliwych obserwacji, a tak�e przedmiotem kolek- cjonowania. Zainteresowanie kolekcjo- nowaniem minera��w w ci�gu ostatnich dziesi�tk�w lat stale wzrasta, czego do- wodem jest coraz wi�ksza liczba uczes- tnik�w wystaw i gie�d minera��w, a tak- �e cz�onk�w stowarzysze� mineralo- gicznych. Ksi��ka ta jest przeznaczona dla amato- r�w. Jej celem jest pog��bienie zna- jomo�ci budowy wewn�trznej kryszta- ��w oraz ich w�asno�ci. Najwa�niejsze rodzaje minera��w zosta�y opisane i przedstawione na zdj�ciach i ry- sunkach. Stanowi to niezb�dn� pomoc do ich oznaczania. Ksi��ka dzieli si� na trzy cz�ci. Wspomniana cz�� og�lna wprowadza czytelnika, kt�ry nie zetkn�� si� dot�d z wiedz� mineralogiczn�, wprost w taj- niki wn�trza kryszta�u. Podane tu s� podstawy wiedzy o strukturze kryszta�u wraz z historycznym przegl�dem wa- �niejszych odkry�, kt�re do jej poznania doprowadzi�y. Ze sk�adu i subtelnej struktury kryszta�u wynikaj� jego chemi- czne i fizyczne w�asno�ci, ale tak�e po- sta� zewn�trzna i jego pi�kno. W drugiej, g��wnej cz�ci przedstawio- ne zosta�y 223 spo�r�d najwa�niejszych, wyst�puj�cych w Europie minera��w i grup mineralnych. Podobnie jak w in- nych tomikach tej serii, rodzaje minera- ��w s� uporz�dkowane wed�ug syste- matyki, kt�ra w mineralogii opiera si� na krystalochemii i zawiera dziewi�� klas: I. Pierwiastki rodzime II. Siarczki i pokrewne III. Halogenki IV. Tlenki i wodorotlenki V. Azotany, w�glany, borany VI. Siarczany, chromiany, molibde- niany, wolframiany VII. Fosforany, arseniany, wanadany VIII. Krzemiany IX. Zwi�zki organiczne Trzecia cz�� ksi��ki zawiera klucz do oznaczania minera��w, kt�ry umo�liwi czytelnikowi oznaczanie poszczeg�l- nych minera��w przez okre�lanie ich g��wnych cech charakterystycznych. Je�eli rozpatrywa� b�dziemy sk�ad sko- rupy ziemskiej, to minera�y s� jej natu- ralnymi, podstawowymi sk�adnikami. Wyr�niaj� si� one jednorodnym (ho- mogenicznym) sk�adem chemicznym i typow� sieci� kryszta�u. Owa sie� po- woduje istnienie u minera��w (i og�lnie - kryszta��w) okre�lonych sta�ych w�as- no�ci fizycznych i chemicznych. Te typowe dla rodzaj�w mineralnych i diagnostycznie u�yteczne w�asno�ci s� stosowane od dawna do identyfikacji mi- nera��w na podstawie ich cech zewn�- trznych. Do�wiadczonemu obserwato- rowi umo�liwiaj� one w wielu przypad- kach szybkie i niew�tpliwe oznaczenie. Zasad� takiej diagnozy jest krytyczna ocena jej rezultatu w celu unikni�cia b��dnej identyfikacji. Liczne minera�y mo�na oznaczy� ca�kowicie pewnie i prosto. Inne, z powodu mniej wyra�- nych cech charakterystycznych, daj� podstawy jedynie do niejednoznacznych przypuszcze�. W takim przypadku o do- k�adn� identyfikacj� nale�y zwr�- ci� si� do specjalisty, kt�ry w celu ca�- kowicie pewnego oznaczenia mo�e za- stosowa� metody fizyczne i chemiczne, 6 jak na przyk�ad rentgenowska analiza fazowa lub - do oznaczenia sk�adu che- micznego mikroskopowych obiekt�w - mikrosonda elektronowa. Aby oznacza� minera�y na podstawie cech makroskopowych, niezb�dne jest odpowiednie do�wiadczenie i praktyka. Osoba zainteresowana nie powinna po- mija� jakiejkolwiek okazji, aby ogl�- daj�c minera�y w kolekcjach i na wysta- wach szkoli� swoje oko. Tylko w ten spos�b, w powi�zaniu z poradami spec- jalist�w i za pomoc� wskaz�wek zawar- tych w tej ksi��ce, mo�na osi�gn�� wy- starczaj�c� pewno�� w oznaczaniu mi- nera��w. Przebieg oznaczania. �atwo mo�na so- bie przyswoi� umiej�tno�� wykorzys- tania trzech wa�nych cech minera��w, a nast�pnie stosowa� je z dobrym skut- kiem do oznaczania minera��w. S� to: 1) po�ysk, 2) rysa, 3) twardo��. Tablice klucza do oznaczania minera��w na ko�cu ksi��ki s� u�o�one wed�ug tych trzech cech. Minera�y z po�yskiem meta- licznym s� zebrane w jednej cz�ci. Da- lej s� one rozdzielone na podstawie ba- rwy w�asnej i wzrastaj�cej twardo�ci. Minera�y o po�ysku niemetalicznym dziel� si� ze wzgl�du na posiadanie barwnej lub bezbarwnej rysy. Minera�y z rys� barwn� dalej podzielono, bior�c pod uwag� barw� rysy i u�o�ono je we- d�ug wzrastaj�cej twardo�ci. Minera�y z rys� bezbarwn� (bia��) uszeregowano jedynie na podstawie wzrastaj�cej twar- do�ci. Po okre�leniu tych trzech najwa�- niejszych cech diagnostycznych minera- ��w i por�wnaniu z innymi rodzajami minera��w w tabeli oraz ilustracjami i opisem w cz�ci g��wnej ksi��ki, ma- my zazwyczaj wystarczaj�c� podstaw� do oznaczenia okazu. Osiem symboli rozpoznawczych w g��wnej cz�ci ksi��ki Kszta�t symbolu informuje o uk�adzie krystalograficznym, jego barwa o rysie minera�u, liczby okre�laj� twardo�� we- d�ug skali Mohsa. Informacja o po�ysku: met. = metaliczny p�met. = p�metaliczny niemet. = niemetaliczny 7 Czym jest mineralogia? Przyrodnicze dyscypliny naukowe: geologia, geofizyka i nauki mineralo- giczne, zajmuj� si� badaniami budo- wy Ziemi. Podczas gdy geologia bada procesy wielkoskalowe jak powsta- wanie g�r czy rozleg�e przemieszcze- nia w skorupie ziemskiej, minera- logowie zwracaj� sie ku pojedynczym minera�om, najmniejszym cz�ciom sk�adowym, tworz�cym ska�y i okre�- laj�cym ich w�asno�ci. S�owo minera� wywodzi si� od �aci�skiego czasowni- ka minare, to znaczy wydobywa� z kopalni. Wskazuje to na historyczny zwi�zek g�rnictwa i badania wydoby- tego urobku, sk�adaj�cego si� z mi- nera��w. Problemy badawcze wsp�czesnych nauk mineralogicznych si�gaj� o wie- le dalej. Podstawowymi kierunkami zainteresowa� s� warunki powstawa- nia minera��w, ich zachowanie w wy- sokich temperaturach i pod wysokimi ci�nieniami, sk�ad krystalochemiczny i przydatno�� do cel�w technologicz- nych. We wsp�pracy z geologami, chemikami, fizykami i naukowcami z dziedzin medycznych, mineralo- gowie zajmuj� si� tak�e problemami interdyscyplinarnymi. W obr�bie nauk mineralogicznych rozr�nia si� trzy dziedziny wiedzy. Krystalografia. S�owo to pochodzi od greckiego krystallos, u�ywanego na okre�lanie kryszta�u g�rskiego, przej- rzystej jak szk�o, bezbarwnej odmia- ny kwarcu. Krystalografia zajmuje si� badaniem stanu krystalicznego mate- rii. Kryszta�y s� tworami o wysoce uporz�dkowanej budowie wewn�trz- nej, polegaj�cej na bardzo prawid�o- wym u�o�eniu chemicznych cegie�ek, czyli atom�w, jon�w lub cz�steczek. Owe cegie�ki maj� w strukturze kry- szta�u swoje sta�e miejsca. Ich prze- strzenne u�o�enie nazywa si� sieci� kryszta�u. Stan krystaliczny jest zwyk- �ym stanem wszystkich cia� sta�ych. Nie tylko skorupa naszej Ziemi jest niemal ca�kowicie zbudowana z krysz- ta��w, ale tak�e ca�a r�norodno�� produkt�w technicznych jak metale i stopy, organiczne i nieorganiczne zwi�zki chemiczne, a tak�e wiele spo- �r�d obiekt�w biologicznych. Szkielety ssak�w i z�by zwierz�t i ludzi s� tak samo zbudowane z kryszta��w jak mu- szle ma��y, �limak�w lub kolce je�o- wc�w. Kryszta�y charakteryzuj� si� je- dnakowymi cechami chemicznymi i fi- zycznymi w granicach ca�ej sieci da- nego rodzaju kryszta�u. Mineralogia. Wszystkie kryszta�y, kt�re powsta�y w przyrodzie bez celo- wego bezpo�redniego wp�ywu cz�o- wieka i poza organizmami �ywymi s� nazywane minera�ami. Znaczenie mi- nera��w dla ludzko�ci jest trudne do przecenienia. Pocz�tkowo u�ywane przez ludzi prehistorycznych jedynie jako narz�dzia i ozdoby, dzi� tworz� podstaw� dla wszystkich technologii �wiata. S� one �r�d�em kruszc�w i materia��w budowlanych, surowcem do produkcji szk�a, ceramiki i dla ca�e- go przemys�u chemii nieorganicznej. Jednak znaczenie minera��w jest o wiele wi�ksze. Bez nich niemo�liwe by�oby powstanie i rozw�j �ycia, poniewa� sk�adniki podstawowe mate- rii �ywej i wa�ne dla proces�w �ycio- wych pierwiastki �ladowe pochodz� z minera��w. Mineralogia zajmuje si� mi�dzy innymi okre�laniem cech fizy- cznych i chemicznych minera��w. Petrologia czyli nauka o ska�ach. Ska- �y s� nagromadzeniami minera��w, kt�re wyst�puj� w przyrodzie w wiel- 8 kich masach. Rozr�nia si� ska�y po- limineralne, w budowie kt�rych bior� udzia� liczne rodzaje minera��w, jak np. granit, kt�ry tworz� skalenie, kwarc i �yszczyki, oraz ska�y monomi- neralne. Te ostatnie sk�adaj� si� z mn�stwa kryszta��w tego samego rodzaju mineralnego, jak na przyk�ad marmur z kalcytu lub kwarcyt z kwar- cu. Petrologia zajmuje si� badaniem i opisem ska� oraz warunk�w ich po- wstawania. Wewn�trzna struktura kryszta��w Prawid�owo�� kszta�tu minera��w od dawna przyci�ga�a swoim urokiem uwag� ludzi. Symetria i doskona�o�� �cian kryszta��w, jako wynik dzia- �ania tajemniczych praw natury, przez tysi�clecia pobudza�a fantazj� badaczy, a� w ko�cu doprowadzi�a do odkrycia wewn�trznej budowy kry- szta��w. Ju� w staro�ytnej Grecji Arystoteles i Teofrastos zwracali szczeg�ln� uwa- g� na minera�y. Wyr�niali oni ju� po- nad sze��dziesi�t rodzaj�w mineral- nych na podstawie cech takich jak po- datno�� na obrabianie, palno�� lub charakter metaliczny. Wiedza ta zosta- �a przej�ta i pomno�ona przez lekarzy arabskich. Al-Biruni ju� oko�o roku 1000 potrafi� stosowa� fizyczne meto- dy dok�adnego oznaczania g�sto�ci I minera��w. Jako pierwszy zauwa�y� on tak�e drobne inkluzje p�yn�w we- wn�trz kryszta��w, kt�re ju� wtedy uwa�a� za pozosta�o�ci o�rodk�w, z jakich owe kryszta�y powstawa�y. Po tym okresie przez kilka stuleci infor- macje o naukach mineralogicznych przesta�y si� pojawia�. Dopiero w 1556 roku, ukaza�a si� ksi��ka nie- mieckiego lekarza i przyrodnika Geo- rga Agricoli, zatytu�owana �De re me- tal lica". Traktowa�a ona o trzech w�w- czas �ci�le zwi�zanych dziedzinach wiedzy: g�rnictwie, hutnictwie i na- ukach mineralogicznych. Prawdopodobnie najistotniejszego odkrycia, kt�re doprowadzi�o do usta- lenia wewn�trznej budowy kryszta��w, dokona� w 1669 roku Du�czyk Niels Steno. Mierzy� on za pomoc� go- niometru kontaktowego i k�tomierza k�ty mi�dzy odpowiednimi �cianami prawid�owo wykszta�conych kryszta- ��w i stwierdzi�, �e u kryszta��w tego samego rodzaju k�t mi�dzy parami tych samych �cian by� zawsze taki sam. Nie odgrywa�o �adnej roli, czy kryszta�, w tym przypadku kwarcu, po- chodzi� z �y� typu alpejskiego, z mar- mur�w karraryjskich czy te� z g��bin kopal� Harzu. K�t, zawarty mi�dzy dwiema �cianami s�upa tych krysz- ta��w kwarcu, zawsze by� r�wny 120�. Steno nazwa� t� podstawow� dla kry- stalografii zasad� prawem sta�o�ci k�t�w mi�dzy �cianami. Ju� wtedy rozumia� on, �e ta zewn�trzna prawi- d�owo�� musi wynika� z jakiego� we- wn�trznego porz�dku w kryszta�ach. Rys. 1. Idealne i zdeformowane kryszta�y kwa- rcu. K�ty mi�dzy dwiema tymi samymi �ciana- mi s� zawsze dok�adnie r�wne (prawo sta�o�ci k�t�w) 9 Siedem uk�ad�w krystalograficznych Rys. 8. Wiwianit, jednosko�ny, slup z dwu�cia- nami Trep�a, Serbia/Jugos�awia, 35 x 35 mm Obja�nienia do rysunk�w na str. 11 Rys. 2. Granat (grossular), regularny, 24-�cian delto ido wy Ouebec/Kanada, 25 x25 mm Rys. 3. Kupryt, regularny, sze�cian z o�mio�cianem i 12-�cianem rombowym Onganja/Namibia, 23 *23 mm Rys. 4. Wulfenit, tetragonalny, piramidy z jedno�cianami Tsumeb/Namibia, 30 *30 mm Rys. 5. Mimetezyt, heksagonalny, dwu�cian podstawowy, slup i podw�jna piramida Kopalnia Mt. Bouney, Northern Territory/Kanada, 12 x 12 mm Rys. 6. Kalcyt, trygonalny, romboedr ze skalenoedrem, zorientowane narosty pirytu Kopalnia Lindenberg, G. Taunus/Niemcy 18 x 18 mm Rys. 7. Anglezyt, rombowy, slupy z dwu�cianem Kopalnia Meretrice/Nowa Kaledonia, 12 x 12 mm Rys. 9. Rodonit, tr�jsko�ny, dwu�ciany Pajsberg, Wermland/Szwecja, 12 x 12 mm W ci�gu nast�pnych dziesi�cio- i stu- leci pojawi� si� prawdziwy zalew ba- da� morfologicznych, dokonanych za pomoc� k�tomierzy i wyspecjalizowa- nych goniometr�w krystalograficz- nych. Badania te doprowadzi�y do wniosku, �e wszystkie kryszta�y daj� si� zaliczy� do jednej z grup zwanych uk�adami krystalograficznymi, kt�rych wyr�niono jedynie siedem. Owe uk�ady krystalograficzne wydzie- lono na podstawie symetrii. Do opisa- nia uk�ad�w krystalograficznych i ich symetrii wystarczaj� proste uk�ady wsp�rz�dnych, kt�re charakteryzuj� si� d�ugo�ci� �miar" na ka�dej osi nazwanych odcinkami to�samo�ci X, Y i Z oraz k�tami mi�dzy osiami (patrz str. 10). Za pomoc� siedmiu uk�ad�w krystalo- graficznych sta�o si� mo�liwe sklasy- fikowanie wszystkich minera��w ze wzgl�du na ich symetri�, jednak�e nie dokonano jakiegokolwiek kroku w kierunku poznania budowy wewn�- trznej kryszta��w. Dopiero pewne pe- chowe wydarzenie i zainicjowany przez nie znakomity eksperyment na- prowadzi�y francuskiego mineraloga Ren� J. Haiiy'ego na w�a�ciwy �lad. Hauy ogl�da� pewnego razu zbi�r mi- neralogiczny jednego ze swoich przy- jaci�, gdy nagle pi�kny kryszta� kal- cytu wypad� mu z r�ki i rozt�uk� si�. Podczas dok�adnego ogl�dania okru- ch�w francuski uczony zauwa�y�, �e wszystkie niezliczone od�amki kryszta- �u by�y do siebie podobne. Stanowi�y one bry�y ograniczone sze�cioma rombami czyli romboedry, a k�ty mi�- dzy odpowiednimi �cianami tych rom- boedr�w by�y zawsze jednakowe. Kalcyt jest minera�em o najwi�kszej znanej nam liczbie postaci krysta- lograficznych. Stwierdzono ponad sto r�nych postaci w wi�cej ni� tysi�cu kombinacji. Wykszta�cenie kryszta��w zmienia si� od wyd�u�onych, igie�ko- wych do cienkich jak papier blaszko- wych pokroj�w. Po opisanym wypadku FU. Hauy prze- prowadza� eksperymenty z kalcytami o najrozmaitszych pokrojach kryszta- ��w a wyniki by�y zawsze takie same: pod wp�ywem nacisku mechanicznego kryszta�y rozpada�y si� zawsze na frag- menty romboedryczne o jednakowych k�tach mi�dzy odpowiednimi �cianami. Tak�e podczas obserwacji mikroskopo- wych najdrobniejszych py��w kalcy- towych rezultat by� ten sam: male�kie romboedry dawa�y si� rozkrusza� pod mikroskopem na jeszcze mniejsze okruchy o takich samych �cianach i k�- tach. Wynik tych eksperyment�w i opa- rt� na nich teori� opublikowa� Hauy w 1801 roku w swej pracy �Traite de mineralogie". W tej s�ynnej pracy wy- razi� on pogl�d, �e zaobserwowana �u- pliwo�� kalcytu poprzez zakres mikro- skopowy rozci�ga si� a� do rozmia- r�w submikroskopowych. W ko�cu jed- nak, jak wierzy� Hauy, dochodzi si� do najmniejszego mo�liwego romboedru �upliwo�ci, kt�ry dalej podzieli� si� nie da bez roz��czenia cz�steczki kalcytu czyli w�glanu wapnia CaC03 na jej chemiczne cz�ci sk�adowe. Mia�yby one jednak ca�kowicie odmienne w�as- no�ci i w ten spos�b krystaliczna sub- stancja kalcytu by�aby zniszczona. Owe najmniejsze cz�stki kryszta�u nazwa� Hauy �j�drami �upliwo�ci". Wyobra�aj�c sobie proces odwrotny do swoich eksperyment�w z rozkru- szaniem kryszta��w, Hauy w my�lach odbudowywa� kryszta�y z �j�der �upli- wo�ci". Naturalnie z male�kich rom- boedr�w �atwo jest z�o�y� du�y rom- boedr. Jednak�e przez odpowiednio �cis�e u�o�enie romboedr�w mo�na tak�e otrzyma� zupe�nie odmienne po- stacie kryszta��w jak np. skalenoedr lub s�up. Prawid�owe uk�adanie �j�der �upliwo�ci" prowadzi�o do uzyskania wszystkich obserwowanych kombina- cji postaci znanych dla kalcytu. Da�o tak�e podstaw� do pogl�dowego, a tak- �e mo�liwego do uj�cia w matematycz- ne zale�no�ci, uzasadnienia prawa sta- �o�ci k�t�w podanego przez Steno. Hauy robi� tak�e do�wiadczenia z kry- szta�ami regularnymi, przyjmuj�c, �e ich �j�dra �upliwo�ci" s� male�kimi sze�cianami. Z nich utworzy� on o�mio- �cian, czworo�cian i wiele innych po- staci uk�adu regularnego, kt�re mog�y by� obserwowane w przyrodzie. Rysu- nek 10 przedstawia jeden z przyk�ad�w z jego bogato ilustrowanej ksi��ki �Traite de mineralogie". Tylko z sze�- cian�w zbudowa� Hauy dwunasto�cian rombowy, posta� krystalograficzn� bar- dzo typow� dla granatu (rys. 11). Hauy s�dzi�, �e te najmniejsze �j�dra �upliwo�ci" s� cz�stkami niezmiennymi i sztywnymi. Nie zgadza�y si� z tym 12 13 Rys. 10. Utworzenie dwunasto�cianu rom- bowego z ma�ych sze�cian�w (R.J. Hauy, � Traite de mineralogie", 1801) Rys. 11. Granat o postaci dwunasto�cianu rombowego, Ouebec/Kanada, 17 x 17 mm. Podobne sze�cianiki s� najmniejszymi ele- mentami buduj�cymi ten kryszta� obserwacje, �e pod wp�ywem zewn�- trznego ci�nienia kryszta�y zmniejszaj� swoj� obj�to��. Ta w�asno�� krysz- ta��w jest niewyt�umaczalna przy za�o- �eniu, �e s� one zbudowane z nie- zmiennych, sztywnych cz�stek. Polemi- zuj�c z pracami Hauy'ego, Seebers w 1824 roku wyrazi� przypuszczenie, �e chemiczne cz�ci sk�adowe, kt�rymi w przypadku kalcytu s� Ca i C03, we- wn�trz �j�der �upliwo�ci" nie stykaj� si� �ci�le, ale utrzymuj� si� w pewnych mierzalnych odleg�o�ciach. Sk�adniki chemiczne mog�yby wewn�trz �j�der �upliwo�ci" zajmowa� sta�e, w pe�ni uporz�dkowane miejsca, ale jednocze- �nie w pewnej mierze podlega�yby przemieszczeniu a nawet wymianie. Pewne wa�ne odkrycie, kt�re wynika- �o bezpo�rednio z tej teorii, zosta�o dokonane na pocz�tku XIX wieku, w okresie rozkwitu mineralogii, przez chemika Eilharda Mitscherlicha. Mits- cherlich wiedzia�, �e s� r�ne rodzaje minera��w, kt�re krystalizuj� w ca�ko- wicie tych samych postaciach krys- talograficznych. Na przyk�ad apatyt, piromorfit, wanadynit i mimetesyt wy- st�puj� w postaci pi�knych s�up�w he- ksagonalnych, wiwianit, erytryn a tak- �e annabergit tworz� prawie identycz- ne kryszta�y jednosko�ne (rysunki 12 i 13). Mitscherlich stwierdzi� podczas obserwacji tych minera��w o podo- bnym wygl�dzie, �e tak�e ich wzory chemiczne s� nadzwyczaj podobne. Pokazuje to nast�puj�cy przyk�ad: wiwianit Fe3(P04)2-8H20 erytryn C03(As04)2-8H20 Przy podobnym typie wzoru chemicz- nego, w por�wnaniu z wiwianitem w erytrynie �elazo jest zast�pione przez kobalt, a fosfor przez arsen. Podobie�stwo postaci krystalografi- cznych tych dw�ch minera��w o po- dobnej budowie jest uwarunkowane tak�e tym, �e przy ich zbli�onych 14 Rys. 12. Wiwianit FeJPOJ^Hfl, Trep�a, Rys. 13. Erytryn COJAsOJ^Hfi Bou Serbia/Jugos�awia, 12 x 12 mm Azzer/Maroko, 20 x20 mm Wygl�d zewn�trzny wiwianitu i erytrynu jest taki sam, ich wzory chemiczne bardzo podobnego typu. Na tej podstawie Mitscherlich wysnu� wniosek o jednakowym u�o�eniu element�w struktury tych kryszta��w i nazwa� t� cech� izomorfizmem. wzorach chemicznych, okre�lone pier- wiastki chemiczne wzajemnie mog� si� zast�powa�. Mitscherlich nazwa� to zjawisko izomorfizmem tzn. jedna- kowo�ci� postaci. W trakcie dalszych bada� Mitscherlich stwierdzi� r�wnie�, �e niekt�re ca�ko- wicie odmienne minera�y maj� ten sam sk�ad chemiczny. Z substancji CaC03 tworzy si� nie tylko trygonalny kalcyt ale tak�e rombowy aragonit oraz heksagonalny wateryt, czysty w�- giel krystalizuje nie tylko jako heksa- gonalny grafit, ale tak�e jako regular- ny diament (rysunki 15 i 17). Mitscher- lich wywnioskowa�, �e minera� jest charakteryzowany nie tylko przez ro- dzaj chemicznych cz�ci sk�adowych, ale tak�e w bardzo szczeg�lny spos�b przez przestrzenne u�o�enie tych cz�- �ci wewn�trz �j�der �upliwo�ci". Nazwa� on t� cech� polimorfizmem. Na podstawie tej �wiadomo�ci, �e za- r�wno sk�ad chemiczny jak i prze- strzenne u�o�enie cz�ci sk�adowych charakteryzuj� rodzaj mineralny, rozwin�a si� nowoczesna klasyfikacja minera��w zgodnie z ich cechami kry- stalochemicznymi. Cechy te uwzgl�- dniaj� dane analityki chemicznej i ob- liczenia struktury kryszta�u. Wspania�e potwierdzenie znalaz�a ta teoria w eksperymentach, przepro- wadzonych w 1912 roku przez Maxa von Laue, kt�re zreszt� przynios�y mu w roku 1914 Nagrod� Nobla w dziedzi- nie fizyki. Prze�wietli� on kryszta� siar- czanu miedzi promieniami, kt�re w�w- czas zosta�y odkryte przez niemieckie- go fizyka Roentgena. Na kliszy fo- tograficznej, umieszczonej za kryszta- �em, pojawi� si� uk�ad punkt�w, kt�ry odzwierciedla� symetri� kryszta�u. Eksperyment ten wykaza� w spos�b niew�tpliwy dwie rzeczy: 1. Promieniowanie rentgenowskie na elementach strukturalnych kryszta�u zostaje ugi�te i za kryszta�em wywo- 15 Rys. 14. Struktura kryszta�u diamentu Rys. 15. Struktura kryszta�u grafitu. R�na struktura pomimo tego samego sk�adu chemicznego jest przyczyn� ca�kowicie odmiennych w�asno�ci tych dw�ch minera��w Rys. 16. Diament, chemicznie czysty w�giel, Kimberley, RPA, 15x15 mm Rys. 17. Grafit, chemicznie czysty w�giel, Sta- re Mesto, Czechy, 16 x 16 mm �uje obraz interferencyjny. Obraz ten jest odzwierciedleniem symetrii kryszta�u i przestrzennego u�o�enia element�w sk�adowych w jego sieci. 2. Promieniowanie rentgenowskie jest promieniowaniem o naturze falo- wej i bardzo ma�ej d�ugo�ci fali. W obecnych czasach obrazy sieci kry- szta��w mo�na obserwowa� bezpo- �rednio dzi�ki zastosowaniu mikro- skopii elektronowej du�ej rozdzielczo- �ci. Rysunek 18 pokazuje taki obraz du�ej rozdzielczo�ci dla kryszta�u be- rylu, kt�rego struktura sk�ada si� z niezliczonych sze�ciocz�onowych pier�cieni, po��czonych w spos�b przypominaj�cy nieco plaster miodu. Ka�dy pier�cie� to sze�� po��czonych naro�ami czworo�cian�w [Si04 ]4~. Zdj�cie kryszta�u naturalnego (rys. 19) 16 Rys. 18 i 19. Beryl (szmaragd), Muzo, Kolum- bia, 10x10 mm Obraz elektronowo-mikroskopowy du�ej roz- dzielczo�ci pokazuje, �e beryl, kt�ry krystali- zuje w postaci s�up�w o przekroju sze�ciok�- ta, w swojej strukturze wewn�trznej ma tak�e sze�ciok�tne elementy u�o�one podobnie jak kom�rki plastra miodu. odzwierciedla dok�adnie t� wewn�trz- n� budow�. Tak�e rentgenogram wy- konany metod� Lauego (rys. 20) poka- zuje jednoznacznie symetri� heksago- naln� jako sze�ciopromienny uk�ad punkt�w. Po d�ugo trwaj�cych pr�bach rozwi�- zania zagadki wewn�trznej budowy kryszta��w, wiadomo dzi�, �e pojedyn- cze chemiczne cz�ci sk�adowe, jak cz�steczki, atomy lub jony, s� u�o�one w sieci przestrzennej, w kt�rej zajmu- j� one sta�e, podlegaj�ce jedynie nie- wielkim zmianom po�o�enia. Do je- dnoznacznego opisania minera�u niezb�dne jest okre�lenie sk�adu che- micznego jak r�wnie� dok�adna znajo- mo�� jego struktury wewn�trznej. Jednak�e wiedza o strukturze krysz- ta��w niezb�dna jest nie tylko do kla- syfikacji minera��w. Jest o wiele wa�- niejsze, �e na podstawie budowy we- wn�trznej mo�na wyt�umaczy� wyst�- powanie cech zewn�trznych krysz- ta��w. Szczeg�lnie dobrego przy- Rys. 20. R�wnie� obraz rentgenograficzny zwany �Lauegramem"pokazuje wyra�nie he- ksagonaln� symetri� berylu k�adu dostarczaj� dwa polimorficzne minera�y, diament i grafit (rys. 15 i 17). Obydwa s� identyczne chemicznie, ale ich fizyczne w�asno�ci r�ni� si� zasa- dniczo z powodu ich odmiennych struk- tur. Diament jest o wiele twardszy od jakiegokolwiek innego minera�u, zupe�- nie przezroczysty, nie przewodzi pr�du elektrycznego, ma s�abe przewodnic- two cieplne i �upliwo�� wed�ug o�mio- �cianu. W�asno�ci grafitu s� zupe�nie inne: jest mi�kki i nawet u�ywa si� go jako smaru, przewodzi dobrze pr�d i ciep�o, i ma doskona�� �upliwo�� we- d�ug dwu�cianu podstawowego. 17 W�asno�ci minera��w Jedn� z cech minera��w, kt�re najbar- dziej rzucaj� si� w oczy, jest posta� kryszta��w (patrz str. 10). Zawsze wte- dy, gdy kryszta�y mog� swobodnie wy- kszta�ci� sw� posta� (idiomorfizm), tworz� formy prawid�owe, na kt�rych ich symetria jest dobrze rozpoznawal- na. Wa�nym krokiem w rozpozna- waniu minera��w jest przyporz�dko- wanie identyfikowanego kryszta�u do jednego z siedmiu uk�ad�w krysta- lograficznych. Jednak�e r�wnie� idio- morficzne kryszta�y jednego rodzaju mineralnego mog� r�ni� si� bardzo od siebie chocia�by z powodu znie- kszta�ce� w czasie wzrostu (rys. 1), co utrudnia rozpoznanie symetrii. Poza tym rozw�j rozmaitych �cian krysz- ta��w powoduje pojawienie si� rozma- itych morfologii. W uk�adzie regula- rnym mog� wyst�pi� np. sze�cian, o�- mio�cian, dwunasto�cian rombowy pojedynczo lub kombinacje tych posta- ci w jednym krysztale. Morfologia jest Rys. 24. Po�ysk szklisty Kalcyt i fluoryt St. Andreasberg, Harz/Niemcy, 40 x40 mm Rys. 21. Katapleit ML St. Hilaire/Kanada, 25 *25 mm heksagonalny, pokr�j tabliczkowy niezale�na od wielko�ci poszczeg�l- nych �cian kryszta�u lub ich stosunku mi�dzy sob�, natomiast pokr�j opisuje relacje wielko�ci poszczeg�lnych �cian. Dlatego te� kryszta�y o tej sa- mej morfologii mog� mie� zupe�nie Rys. 25. Po�ysk diamentowy Sfaleryt Tifin, Ohio/USA, 25x25 mm Rys. 22. Wanadynit Arizona/USA, 15x15 mm heksagonalny, pokr�j izometryczny odmienny pokr�j. Wyja�niaj� to ry- sunki 21-23. Po�ysk minera��w jest charakterys- tyczn� cech� rodzajow�, �atw� do rozpoznania nawet dla niezbyt wy�wi- czonego oka. St�d jej du�a u�ytecz- Rys. 26. Po�ysk p�lmetaliczny Pirargyryt St. Andreasberg, Harz/Niemcy Rys. 23. Mimetesyt z bayldonitem Tsumeb/Namibia, 35 x35 mm heksagonalny, pokr�j s�upkowy no�� jako w�asno�ci diagnostycznej. Rozr�nia si� przede wszystkim mi- nera�y o po�ysku niemetalicznym i o po�ysku metalicznym. Wszystkie minera�y o po�ysku niemetalicznym s� przezroczyste lub prze�wiecaj�ce, Rys. 27. Po�ysk metaliczny Piryt Peru, 32x32 mm a ich po�ysk jest o r�nej intensywno�ci (s�abszy lub silniejszy). Odr�nia si� s�abszy po�ysk - szklisty (rys. 24) od po�ysku silnego - diamentowego (rys. 25) lub od po�ysku t�ustego, �ywi- cznego, jedwabistego, per�owego, p�- matowego czy matowego. U�ywamy te� terminu po�ysk p�metaliczny dla niekt�rych minera��w przezroczystych, kt�re po�yskuj� metalicznie. Minera�y o po�ysku metalicznym s� ca�kowicie nieprzezroczyste a ich �ciany b�yszcz� cz�sto silnie jak lustro (rys. 27). Skupienia. Sw�j idiomorficzny kszta�t mog� kryszta�y rozwin�� tylko w ta- kim przypadku, je�li nic nie przeszka- dza w ich wzro�cie, np. podczas swo- bodnego unoszenia si� w stopie skal- nym lub jako osobniki druzowe w miarolach ska�. Natomiast je�li kry- szta�y stykaj� si� i ��cz� w trakcie wzrostu, powsta�e w ten spos�b utwo- ry nazywa si� skupieniami. Formy skupie� s� w wielu przypadkach typo- we dla rodzaj�w mineralnych, a za- tem tak�e cenne diagnostycznie. Nie- kt�re rodzaje skupie� wskazuj� r�- wnie� na warunki wzrostu minera��w. Kryszta�y szkieletowe lub dendrytowe rosn� zazwyczaj szybko w �rodowis- kach o du�ym dop�ywie substancji za- silaj�cej wzrost, skupienia typu szkla- nej g�owy lub nerkowato-groniaste z regu�y tworz� si� z �elopodobnej lub koloidalnej substancji wyj�ciowej. Typowe skupienia pokazuj� rysunki 28-35. Twardo��. Obok postaci kryszta��w, po�ysku i barwy, twardo�� (okre�lana przez zarysowanie) jest najwa�niej- sz� cech� rozpoznawcz� minera��w. Zazwyczaj stosuje si� nieliniow� ska- l� twardo�ci wg Mohsa, kt�ra obej- muje warto�ci od 1 (bardzo mi�kki) do 10 (nadzwyczaj twardy). Patrz rysunki 36-44. Skala twardo�ci wg Mohsa daj� si� rysowa� paznokciem daj� si� rysowa� ostrzem stalowym daj� si� rysowa� szk�em 1 =talk 2= gips 3 = kalcyt 4=fluoryt 5 = apatyt 6=ortoklaz 7 = kwarc 8=topaz 9 =korund 10=diament Rys. 28. Skupienia tabliczkowo-blaszkowe Torbernit Musonoi, Szaba/Zair, 30x21 mm Rys. 29. Skupienia wl�knisto-igie�kowe Cyanotrychit CapGaronne, Mar/Francja, 19x13 mm Rys. 30. Skupienia sferolityczne Wavellit Pencil Bluff, Arkansas/USA, 16x11 mm Rys. 31. Skupienia kuliste Wavellit Garland Co., Arkansas/USA, 31 x 22 mm Rys. 32. Skupienia nerkowato-groniaste Skorodyt Djebel Debar/Algeria, 60 x42mm Rys. 33. Skupienia typu �szklana g�owa" Hematyt Cumberland/Wielka Brytania, 58 x 41 mm Rys. 34. Naloty ziemiste Elyit Lautenthal, Harz/Niemcy, 6x4 mm Rys. 35. Wzrost szkieletowy Mied� rodzima Ajo, Arizona/USA, 40 x28 mm 20 21 Aby oznaczy� dok�adnie twardo��, nale�y pos�u�y� si� zestawem ma- �ych ziaren tych 10 minera��w, kt�ry- mi rysuje si� oznaczany minera� lub oznaczanym minera�em s� one zary- sowywane. Na przyk�ad, je�li niezna- ny minera� zarysuje fluoryt, ale on sam zostanie zarysowany apatytem, jego twardo�� zawiera si� mi�dzy 4 i 5, co okre�lamy jako 4,5. Do przy- bli�onego okre�lenia twardo�ci wy- starczaj� proste �rodki: paznokie�, drut miedziany, scyzoryk i okruch szk�a. Przy oznaczaniu twardo�ci na- le�y zwraca� uwag�, aby robi� to na �wie�ych �cianach kryszta�u lub po- wierzchniach �upliwo�ci. Powierzch- nia kryszta�u cz�sto wykazuje zani�o- n� twardo�� z powodu zmian wietrze- niowych. Podobnie oznaczanie twa- rdo�ci skupie� drobnoziarnistych cz�- sto daje nieprawdziwe wyniki. Barwa. Nale�y do cech minera��w, kt�re najbardziej przyci�gaj� wzrok. Rozr�nia si� tak zwane minera�y idiochromatyczne czyli o w�asnej bar- wie oraz allochromatyczne czyli zaba- rwione. Ka�dy minera� idiochroma- tyczny ma jedn� typow� barw�, kt�ra s�u�y tak�e jako cecha rozpoznawcza. Minera�y allochromatyczne, w stanie czystym bezbarwne, uzyska�y swoje zabarwienie z powodu obecno�ci do- mieszek obcych pierwiastk�w lub de- fekt�w sieci kryszta�u. Bezbarwny ko- rund w taki spos�b zamienia si� dzi�ki domieszce chromu w cenny czerwony rubin, bezbarwny beryl tak�e z powo- du obecno�ci domieszki chromu w strukturze staje si� wysoce cenio- nym zielonym szmaragdem. Poniewa� odr�nianie minera��w barwnych od zabarwionych mo�e by� niepewne, stosuje si� dla cel�w identyfikacyjnych zamiast barwy minera�u raczej barw� jego rysy, zwan� w skr�cie rys�. Rysa. Uzyskuje si� j� przez poci�- gni�cie minera�em po niepolewanej bia�ej p�ytce porcelanowej. Drobne cz�stki substancji s� �cierane z kry- szta�u i mo�emy zobaczy� na p�ytce typow�, uwolnion� od wp�ywu domie- szek i zaburze� sieci barw� sprosz- kowanego minera�u czyli jego rys�. Minera�y, kt�re makroskopowo maj� barwy wygl�daj�ce zupe�nie podob- nie, mog� mie� ca�kowicie odmienne rysy. Na przyk�ad trzy minera�y o cza- rnej barwie i b�yszcz�cej powierzch- ni: tlenki �elaza magnetyt i hematyt oraz tlenowodorotlenek �elaza goe- thyt maj� zupe�nie r�ne rysy, a mia- nowicie odpowiednio: czarn�, wi�nio- woczerwon� i brunatn�. Luminescencja. Jest to wydzielanie �wiat�a, najcz�ciej widzialnego, przez kryszta�y pod wp�ywem r�nych czynnik�w (zmian temperatury, nacis- ku, reakcji chemicznych). Je�li jest wywo�ana przez promieniowanie Rys. 36. Twardo�� 1, talk St. Gotthard/Szwajcaria, 37x 55 mm Rys. 37. Twardo�� 2, gips Eisleben, Harz/Niemcy 54 *80 mm Rys. 38. Twardo�� 3, kalcyt Elmwood, Tennessee/USA, 33 x49 mm Rys. 39. Twardo�� 4, fluoryt Meksyk, 40x60 mm Rys. 40. Twardo�� 5, apatyt Erongo/Namibia, 10 x 15 mm Rys. 41. Twardo�� 6, ortoklaz Minas Gerais/Brazylia, 67 x 100 mm Rys. 42. Twardo�� 7, kwarc Herkimer, New York/USA, 30x44 mm Rys. 43. Twardo�� 8, topaz Thomas Rang�, Utah/USA, 25 x37mm Rys. 44. Twardo�� 9, korund Sri Lanka (Cejlon), 46 x68 mm Twardo�� 10, diament (patrz rys. 15) 22 Rys. 45. Blenda skorupowa (sfaleryt) z Alten- bergu kolo Akwizgranu w �wietle zwyczajnym, 60* 60 mm ultrafioletowe, nazywa si� fluorescen- cj� (rysunki 45 i 46). Tak�e te barwne zjawiska u�ywane s� jako cechy rozpo- znawcze i maj� zastosowanie przy po- szukiwaniu mineralizacji u�ytecznych, np. scheelitowej. �upliwo��. Jest to w�asno�� powoduj�- ca rozpadanie si� kryszta��w na frag- menty ograniczone mniej lub bardziej p�askimi �cianami pod wp�ywem dzia- �ania mechanicznego, np. uderzenia m�otka. Te �ciany p�askie odpowiadaj� najcz�ciej pospolitym postaciom krys- talograficznym. A zatem s�l kamienna (halit) i galena rozpadaj� si� na ma�e sze�ciany, fluoryt i diament- na o�mio- �ciany. �upliwo�� i jej stopie� s� u�yte- cznymi wskaz�wkami diagnostycznymi. Stopie� �upliwo�ci okre�la si� jako�cio- wo, np.: wy�mienity (�yszczyki, grafit), doskona�y (kalcyt, halit), dobry (fluoryt, sfaleryt), wyra�ny (ortoklaz), niewyra�- ny (kasyteryt), brak (kwarc). Minera�y bez �upliwo�ci podczas kruszenia daj� powierzchnie nieregularne, okre�lane 24 Rys. 46. Ten sam obiekt, ��tozielona fluores- cencja spowodowana przez promieniowanie ultrafioletowe jako prze�am z przymiotnikami: musz- lowy skorupowy zadziorowaty itd. G�sto��. Jak wszystkie inne substan- cje, minera�y maj� okre�lone g�sto�ci. Mog� one by� dok�adnie zmierzone metodami fizycznymi i wyra�one np. w g/cm3, i wtedy s� dobrymi cechami diagnostycznymi. Ale po kr�tkim �wiczeniu mo�na w terenie oceni� g�s- to�� okazu lub kryszta�u, �wa��c" w r�ku i decyduj�c, czy jest ci�ki, �redni czy lekki; w ten spos�b u�atwia- my sobie oznaczenie. Pseudomorfozy. Zazwyczaj minera�y tworz� si� w do�� dok�adnie ograni- czonych warunkach. Diament powsta- je tylko pod bardzo wysokim ci�nie- niem, kt�re odpowiada naciskowi ska� nadleg�ych na g��boko�ci oko�o 150 kilometr�w. Je�eli warunki fizyko- chemiczne zmieniaj� si�, pierwotne minera�y mog� stawa� si� nietrwa�e i mog� by� zast�powane przez inne minera�y przy zachowaniu pierwotne- go kszta�tu (rys. 47). . Zbli�niaczenia. Cech� wielu krysz- ta��w, zw�aszcza o niskiej symetrii, jest tworzenie bli�niak�w. W tym przypadku dwa lub wi�cej osobnik�w tego samego rodzaju kryszta��w zra- sta si� zgodnie z okre�lonymi regu�a- mi. Utworzony w ten spos�b bli�niak osi�ga zazwyczaj symetri� wy�sz�, ni� ta, kt�r� ma pojedynczy kryszta�. Rysunki 48 i 49 pokazuj� powstanie i wygl�d bli�niak�w cynobru. Rys. 47. Pseudomorfoza malachitu po azurycie. W okre�lonych warunkach fizykochemicznych niebieski azuryt CuJOH/COJ^mienia si� w zielony malachit Cu2 [(OH) J CO J. Tsumeb/Namibia, 70 x70 mm Parageneza. Dalsza cecha diagnosty- czna, mo�liwa do stosowania przez osoby nieco bardziej do�wiadczone to tak zwana parageneza, czyli chara- kterystyczny zesp� minera��w, kt�ry powsta� w trakcie jednego procesu minera�otw�rczego. Niekt�re para- genezy s� bardzo typowe, na przyk�ad kasyteryt z regu�y pojawia si� z fluorytem, wolframitem i to- pazem. Poza tym niekt�re paragene- zy s� rzadkie, ma�o prawdopodobne lub niemo�liwe, jak wyst�powanie kwarcu z nefelinem lub kwarcu z oli- winem w jednej skale, wykluczone z powod�w chemicznych. Rys. 48. Cynober, bli�niak przeros�y dw�ch romboedr�w. Huna n/Chiny, 28x28 mm Rys. 49. Powstanie bli- �niaka przeroslego z dw�ch pojedynczych romboedr�w 25 Powstawanie minera��w Jak wszystkie inne obiekty, tak�e mi- nera�y s� w��czone w pewien za- mkni�ty obieg od powstania do znisz- czenia. Ska�y mog� by� wynoszone dzi�ki procesom geologicznym z miejsc ich powstania w g��binach Ziemi na jej powierzchni�. Pod wp�y- wem czynnik�w atmosferycznych wiet- rzej� one, powstaj� nowe minera�y, kt�re dzi�ki sile ci�ko�ci i wodom s� transportowane, ponownie nagroma- dzane i przykrywane m�odszymi osa- dami. Dzi�ki rosn�cemu nadk�adowi podwy�szaj� si� ci�nienie i tempera- tura, dochodzi do rekrystalizacji daw- nych oraz powstawania nowych mine- ra��w. Dalszy wzrost ci�nienia i tem- peratury mo�e spowodowa� topnienie minera��w i wydzielanie si� ognis- top�ynnej magmy (nazwa pochodzi od greckiego s�owa oznaczaj�cego cia- sto), z kt�rej podczas och�adzania po- nownie tworz� si� kryszta�y. W ten spos�b zamyka si� obieg materii skal- nej. Ze wzgl�du na warunki po- wstawania zalicza si� minera�y do na- st�puj�cych grup genetycznych: 1. Minera�y magmowe 2. Minera�y osadowe 3. Minera�y metamorficzne. Magmowe utwory mineralne. We wn�trzu Ziemi, kt�re og�lnie jest w stanie sta�ym, w niekt�rych miejs- cach mog�, dzi�ki szczeg�lnym fizy- cznym i chemicznym warunkom, pojawia� si� stopy skalne (magmy), kt�re maj� temperatury od 650 do 1250�C, w zale�no�ci od ich sk�adu chemicznego. Owe stopy albo wydo- bywaj� si� na powierzchni� Ziemi tworz�c ska�y wylewne (wulkanicz- ne), albo te� pozostaj� na du�ych g��- boko�ciach, gdzie zastygaj� w skaty g��binowe (plutoniczne). 26 Ju� w wysokiej temperaturze podczas nawet nieznacznego och�odzenia powstaj� pierwsze kryszta�y. S� to tak zwane krystalizaty wczesne, z ty- powymi minera�ami takimi jak chromit, magnetyt i apatyt. Podczas dalszego obni�ania si� temperatury zestala si� g��wna masa stopu i po- wstaje ska�a. Na tym etapie krystali- zacji g��wnej powstaj� najwa�niejsze magmowe krzemiany: oliwin, piro- ksen, bardzo cz�ste skalenie i kwarc. Po krystalizacji g��wnej pozostaje z magmy pierwotnej tylko niewielka cz��, tak zwany stop resztkowy. Jest on wzbogacony w liczne pierwiastki rzadkie, kt�re z powodu bardzo ma�e- go lub bardzo du�ego promienia ich atom�w nie znalaz�y dla siebie miejs- ca w strukturach krzemian�w ska- �otw�rczych. S� to na przyk�ad beryl, bor, cyna, molibden, uran i pierwias- tki ziem rzadkich. Ponadto stop resztkowy zawiera du�o wody i dwu- tlenku w�gla, ma zatem ma�� lepko�� i jest bardzo ruchliwy [mobilny). Mo- g� z niego powstawa� olbrzymie kry- szta�y, tak�e w du�ych miarolach. Ta- kie bardzo grubokrystaliczne ska�y nazywa si� pegmatytami. Utworami pegmatytowymi s� na przyk�ad cenio- ne przez zbieraczy gemmolog�w to- pazy, akwamaryny, turmaliny i kwar- ce r�owe. �atwolotne i niekiedy bar- dzo agresywne, silnie reaktywne sk�adniki �rodowiska pegmatytowego mog� penetrowa� ska�y o�cienne wzd�u� p�kni�� i szczelin, i powodo- wa� ich g��bokie przeobra�enia. W ten spos�b powstaj� utwory pneu- matoli�yczne, do kt�rych zalicza si� tak wa�ne z�o�a jak nagromadzenia kruszc�w cyny, wolframu i molibdenu w g�rnych cz�ciach du�ych masy- w�w granitoidowych. Poni�ej oko�o 500GC stopy resztkowe przechodz� stopniowo w roztwory, sk�adaj�ce si� g��wnie z wody, dwutlenku w�gla i rozpuszczonych: NaCI, KCI, metali ci�kich jak r�wnie� Si02. Ten etap krystalizacji minera��w nazywa si� hy- drotermalnym. Powstanie du�ej cz�ci wa�nych gospodarczo z�� kruszc�w metali kolorowych jest zwi�zane z dzia�alno�ci� hydrotermaln�. �y�y hydrotermalne tworzy�y na przyk�ad z�o�a w G�rach Harzu, G�rach Krusz- cowych lub w Sudetach. Wi�kszo�� pi�knie wykszta�conych, warto�cio- wych kolekcjonersko kryszta��w po- wsta�a w warunkach hydrotermalnych. Osadowe utwory mineralne. W warun- kach, jakie panuj� na powierzchni Zie- mi, ska�y i liczne minera�y ulegaj� wietrzeniu. Pod wp�ywem czynnik�w fizycznych, chemicznych i organicz- nych kryszta�y ulegaj� rozpuszczaniu, przeobra�eniom oraz s� przenoszone na inne miejsca. W ten spos�b mog� zosta� zniszczone ca�e masywy grani- toidowe. W czasie tych proces�w ze skaleni tworzy si� kaolinit, g��wny sk�adnik kaolinu, surowca do produk- cji porcelany. W klimacie tropikalnym z wietrzej�cych ska� zasadowych powstaj� wa�ne ekonomicznie z�o�a boksytowe i laterytowe, dostarczaj�ce surowca do produkcji glinu i �elaza. Minera�y, kt�re dzi�ki swojej odporno- �ci chemicznej i du�ej twardo�ci ule- gaj� bardzo powolnemu zniszczeniu, mog� by� przenoszone przez wody i gromadzi� si� w piaskach rzecz- nych i pla�owych. M�wi si� w takim przypadku o z�o�ach okruchowych, do kt�rych zalicza si� wiele wa�nych wyst�pie� z�ota, platyny, diament�w, kasyterytu czy monacytu. Wody trans- portuj� tak�e rozpuszczone produkty wietrzenia jak chlorki lub w�glany, przenosz�c je do oceanu. W procesie odparowania s�onych w�d w lagunach rozpuszczone substancje krystalizuj� i w ten spos�b tworz� si� ska�y ewa- porytowe. Przyk�ady takiej chemicznej sedymentacji to licz�ce kilka tysi�cy metr�w mi��szo�ci wapienie kredowe po�udniowych Niemiec, ska�y w�gla- nowe, gipsowe i solne w cechsztynie p�nocnych Niemiec oraz �rodkowej i p�nocnej Polski czy Zapadliska Przedkarpackiego. Metamorficzne utwory mineralne. Je�- li ska�y magmowe lub osadowe dosta- n� si� w takie cz�ci skorupy ziems- kiej, gdzie panuj� warunki inne ni� podczas ich powstawania, zmieniaj� si� tak�e minera�y. Kosztem ma�ych ziarn powi�kszaj� si� du�e ziarna mi- nera��w, niekt�re minera�y rozpadaj� si� i powstaj� nowe. Ten proces nazy- wany jest metamorfoz�. Odr�nia si� metamorfoz� regionaln�, kiedy du�e pogr��one kompleksy skalne podda- wane s� dzia�aniu wysokich ci�nie� i temperatur, od metamorfozy kontak- towej, b�d�cej wynikiem oddzia�y- wania gor�cej magmy na ska�y os�o- ny. Powstaj�ce w taki spos�b ska�y metamorficzne maj� pewien typowy wygl�d i charakterystyczny sk�ad mi- neralny. Minera�y metamorficzne to na przyk�ad granat, sillimanit, andaluzyt, cyanit, staurolit, kordieryt czy we- zuwian. Na podstawie obecno�ci niekt�rych z nich w ska�ach mo�na wnioskowa� o warunkach powsta- wania takich ska�. Cyanit powstaje wy- ��cznie w ska�ach, kt�re przesz�y przez etap dzia�ania bardzo wysokich ci�nie�, andaluzyt jest typowym produktem metamorfizmu kontakto- wego. Mi�dzy 650 a 900�C zachodzi w ska�ach metamorficznych proces wytapiania (anateksis) stopu krze- mianowego i w ten spos�b obieg sub- stancji wchodzi ponownie w etap mag- mowy. 27 Klasa I. Pierwiastki rodzime Chemia. Ka�dy pierwiastek sktada si� z male�kich cz�ci, atom�w. Masa jedne- go atomu jest rz�du 10"24g (=0,000 000 000 000 000 000 000 001 g), jego �rednica oko�o 10~10 m. Atomy s� niepodzielne metodami chemicznymi. Obecnie znane jest 105 pierwiastk�w i odpowiednio 105 r�nych rodzaj�w atom�w. Spo�r�d nich 90 znaleziono dotychczas w przyrodzie, pozosta�e otrzymano jedynie w laborato- riach. Cz�sto�� wyst�powania r�nych pierwiastk�w w przyrodzie jest bardzo rozmaita. Zewn�trzne cz�ci Ziemi (geo- sfery): litosfera, hydrosfera i atmosfera, sk�adaj� si� w przybli�eniu w po�owie z tlenu, a w jednej czwartej z krzemu. Wi�kszo�� pierwiastk�w wyst�puje tylko w postaci zwi�zk�w chemicznych, sk�ada- j�cych si� przynajmniej z dw�ch r�nych rodzaj�w atom�w. Po��czenie chemiczne dw�ch lub wi�cej pierwiastk�w daje ca�- kowicie now� substancj�, np. dwa gazo- we pierwiastki tlen i wod�r ��cz� si� w ciek�y zwi�zek chemiczny - wod� (tle- nek wodoru). R�ne pierwiastki maj� nie- jednakow� sk�onno�� do wchodzenia w zwi�zki chemiczne, im bardziej s� one szlachetne, tym cz�ciej spotyka si� je w przyrodzie w postaci rodzimej, jako czysty pierwiastek. Jako rodzime (w wi�k- szo�ci minera�y) spotyka si� wzgl�dnie cz�sto 24 pierwiastki. Dzieli si� je na metale rodzime: �elazo Fe, kobalt Co, nikiel Ni, platyna Pt, pallad Pd, rod Rh, osm Os, iryd Ir, ruten Ru, mied� Cu, srebro Ag, z�oto Au, cynk Zn, o��w Pb, cyna Sn, rt�� Hg; p�lmetale i niemetale: arsen As, antymon Sb, bizmut Bi, w�giel C, fosfor P, siarka S, selen Se, tellur Te. Skr�ty umieszczone po nazwach pierwia- stk�w s� ich mi�dzynarodowymi symbo- lami chemicznymi, pochodz�cymi od naj- cz�ciej greckich lub �aci�skich nazw, np. Pb od plumbum (o��w). Krystalografia. Metale i ich stopy krystali- zuj� tworz�c struktury (sieci) typu metali, w kt�rych w�z�y s� obsadzone przez do- datnio na�adowane jony. W zale�no�ci od rodzaju sieci ka�dy jon jest otoczony przez 8 lub 12 s�siad�w. Mi�dzy nimi poruszaj� si� ujemnie na�adowane cz�s- tki - elektrony - i utrzymuj� sie� krysz- ta��w w stanie stabilnym. Owa mobilno�� elektron�w jest przyczyn� dobrego prze- wodnictwa elektrycznego metali i ich nie- przezroczysto�ci. Poniewa� dodatnie jony mog� przemieszcza� si� wzgl�dem siebie tak�e stosunkowo �atwo, metale s� gi�tkie, plastyczne i nie maj� �upliwo�ci. �atwo si� poleruj� i na g�adkich powierz- chniach maj� silny lustrzany po�ysk. W sieciach kryszta��w niemetali znajduj� si� w zasadzie elektrycznie oboj�tne ato- my, u�o�one w grupy, �a�cuchy, pier�cie- nie lub rusztowania przestrzenne. U�o�e- nie atom�w zale�y od warunk�w powsta- wania kryszta��w. Pojawiaj� si� zatem r�ne odmiany strukturalne, jak na przy- k�ad diament (wysokie ci�nienia) i grafit (niskie ci�nienia), dwie odmiany w�gla (patrz str. 16117). P�metale r�ni� si� od metali zaznaczaj�c� si� �upliwo�ci� i kru- cho�ci�. Niemetale s� kruche i najcz�- ciej maj� po�ysk metaliczny. Petrologia. Pierwiastki rodzime stanowi� jedynie bardzo niewielk� cz�� skorupy ziemskiej. Zwi�kszone zawarto�ci metali rodzimych w z�o�ach mog� pojawi� si� w wyniku utleniania pierwotnych kru- szc�w siarczkowych (w tzw. czapach �e- laznych). W wyniku wietrzenia z�� pier- wotnych z�oto i platyna mog� si� groma- dzi� w z�o�ach okruchowych. Metale ro- dzime mog� tak�e powstawa� w nisko- temperaturowej cz�ci procesu pneu- matolitycznego i w warunkach hydrote- rmalnych a z fumaroli niekiedy krystalizu- je siarka rodzima. Srebro rodzime Freiberg, Saksonia/Niemcy, 29 x40 mm 28 Z�oto rodzime Au W�asno�ci. Z�oto nie ma zauwa�alnej top- liwo�ci, prze�am jest zadziorowaty; barwa: 2,5-3 z�ocisto��te, mo�na met. je rozklepa� lub rozwalcowa� na ba- rdzo cienk� foli� (0,0001 mm, z�oto p�atkowe) i wtedy prze�wie- ca niebiesko lub zielono. G�sto�� czystego z�ota wynosi 19,3. Rodzime z�oto zazwyczaj zawiera domieszk� srebra od 2 do 20% i z te- go powodu jest ja�niejsze. Niekiedy zawiera tak�e domieszk� platyny lub miedzi. Z�oto bo- gate w domieszk� srebra (ok. 20%) ju� przez Pliniusza by�o nazywane elektrum. Czyste z�o- to jest metalem bardzo odpornym na czynniki chemiczne, nie dzia�a na nie tlen powietrza ani kwasy poza wod� kr�lewsk� (mieszanin� kwas�w azotowego i solnego), w kt�rej si� rozpuszcza. Z regu�y spotyka si� silnie znie- kszta�cone kryszta�y z wygi�tymi �cianami i zaokr�glonymi kraw�dziami i naro�ami. Na �cianach o�mio�cianu cz�sto wyst�puj� figury tr�jk�tne (trygony). Skupienia o powierzchni granulowanej, pierzaste lub drzewiaste, cz�s- to przero�ni�te innymi minera�ami, np. arse- nopirytem. Najcz�ciej jednak z�oto jest zbite, naros�e w postaci drut�w, subtelnych ga��zek, wyst�puje w formie p�ytek, jako nalot, wpry�- ni�cia, lu�ne nieregularne porowate bry�ki, ziarna i �useczki. Powstawanie. Z�oto jest znajdowane w z�o- �ach pierwotnych oraz w z�o�ach wt�rnych okruchowych. Z�o�a pierwotne to g��wnie �y�y hydrotermalne, szczeg�lnie wyst�puj�ce w starych masywach g�rskich (stare �y�y z�o- tono�ne). Kruszcowymi minera�ami towarzy- sz�cymi s� piryt i arsenopiryt, rzadziej piro- tyn, chalkopiryt, sfaleryt, galena, tetraedryt. Tak�e w ska�ach wulkanicznych (m�ode �y�y z�otono�ne) mo�e wyst�powa� z�oto w �y�ach i strefach impregnacji. Towarzyszy� mu mog� piryt, sfaleryt, tetraedryt, liczne minera�y sreb- ra, tellurki, rzadziej selenki. Ten typ z�� jest obecnie w zasadzie wyeksploatowany, jak na przyk�ad Z�oty Tr�jk�t Siedmiogrodu (Brad, Nagyag, Offenbanya, Nagybanya). Je�eli ska�a zawieraj�ca z�oto zwietrzeje, z�oto transporto- wane jest z produktami wietrzenia i nagroma- dza si� razem z innymi minera�ami ci�kimi w okruchowych z�o�ach wt�rnych. Wyst�powanie. Staro�ytni Rzymianie uzyski- wali z�oto mi�dzy innnymi z aluwi�w Renu; jeszcze w 1874 r. zawarto�� z�ota wynosi�a w nich 1 g na ton�. Gor�czka z�ota w Kalifornii w roku 1849 by�a spowodowana odkryciem z�ota w z�o�u okruchowym doliny Sacramento. Podobne z�o�a znaleziono w okr�gu Klondike nad Jukonem na Alasce. W roku 1851 z�oto zosta�o odkryte w Australii. Ogromnym kopal- nym i zmetamorfizowanym okruchowym z�o�em z�ota jest Witwatersrand ko�o Jo- hannesburga w RPA. Tak�e rejon g�r A�dan na Syberii dostarcza du�ych ilo�ci z�ota. Mo- ther Lode w Kalifornii i Berezowsk na Uralu s� przyk�adami pierwotnych z�� z�ota. S�ynne s� pi�kne okazy z�ota z Verespatak w Siedmio- grodzie. W Polsce niewielkie ilo�ci z�ota wydo- byto w Tatrach i w Z�otym Stoku. Drobne ziar- na mo�na znale�� w piaskach rzek Dolnego �l�ska. Z�oto towarzyszy te� rudom miedzi regionu Legnica-G�og�w. Zastosowanie. Z�oto jak �aden inny metal wp�ywa�o na losy wielu narod�w, by�o symbo- lem w�adzy. Imiona Tutenchamona (jego sar- kofag z czystego z�ota wa�y 110 kg) i Cortesa, nazwy Aztekowie i Inkowie, jak r�wnie� bada- nia �redniowiecznych alchemik�w s� nieroz��- cznie zwi�zane ze z�otem. Ocenia si�, �e w dziejach ludzko�ci wydobyto 80000 t z�ota; obecny �wiatowy stan pos