Kryształ jest formą geometryczną występowania danego minerału, a podstawową jego jednostką jest komórka elementarna ( Rys. 1, Rys. 2A). Jest to najmniejsza, powtarzalna część sieci krystalicznej. Ma kształt równoległościanu, w którym rozmieszczone są cząsteczki, atomy i jony. Każda komórka elementarna ma konkretną strukturę i stałą wielkość.
Zwielokrotnienie jednakowych komórek elementarnych, w 3 prostopadłych osiach przestrzennych, tworzy strukturę nazywaną siecią krystaliczną ( Rys. 2B), która dzięki takiemu układowi jest strukturą symetryczną [2], [3].
Elementami charakteryzującymi pojedynczą komórkę elementarną są długości jej boków (a, b, c) wpisane w układ 3 osi oraz kąty α, β, γ pomiędzy tymi osiami. Jednakowe komórki elementarne wypełniają przestrzeń ciała krystalicznego. W przyrodzie występuje 7 różnych typów takich komórek, które definiują układy krystalograficzne ( Rys. 3 ), [4], [1], [3], [5], [6].
Wyrazem budowy krystalicznej minerału jest jego postać zewnętrzna, czyli wytworzenie form wielościanów, ograniczonych płaskimi powierzchniami, które liczą odpowiednią ilość ścian, krawędzi i naroży ( Rys. 2C). Forma ta jest powtarzalna i charakterystyczna dla danego minerału. Osiągana jest przy swobodnym wzroście kryształu. Wyznaczenie elementów zewnętrznych kryształu, czyli ścian, naroży i krawędzi oraz określenie osi symetrii pozwala na przyporządkowanie danego kryształu do właściwego układu krystalograficznego.
Odmiany polimorficzne (odmiany wielopostaciowe) to takie substancje, które mają identyczny skład chemiczny, ale różną strukturę. Każdy minerał będący odmianą polimorficzną ma inną postać krystalograficzną [4], [7], [8]. Przykładem takiej substancji jest związek o wzorze \( Al _2SiO_5 \), który tworzy 3 odmiany: kyanit (układ trójskośny), andaluzyt (układ rombowy) i sillimanit (układ rombowy) (zob. Andaluzyt, kyanit, sillimanit ) oraz zoisyt i klinozoisyt, będące krzemianami glinowo-wapniowymi (zob. Minerały z grupy epidotu ). Każdy z tych minerałów ma inną strukturę, a więc i komórkę elementarną. Zmiany na poziomie struktury, powodują, że te minerały cechuje inny pokrój, kształt kryształów oraz barwa.
Wykształcenie określonej odmiany polimorficznej związane jest z warunkami temperaturowo-ciśnieniowymi panującymi podczas krystalizacji minerału. Odmiany polimorficzne zwykle wyróżniane są jako odrębne minerały np. minerały węglanu wapnia: trygonalny kalcyt i rombowy aragonit lub siarczku żelaza: regularny piryt i rombowy markasyt. Rzadziej traktowane są jako odmiany jednego minerału np. minerały krzemionki \( SiO_2 \) występują jako heksagonalny kwarc α i trygonalny kwarc β (zob. Kwarc ). Choć w przypadku minerałów z grupy krzemionki występują także inne polimorfozy (np. krystalobalit, trydymit, stiszowit, koezyt).
W obrębie minerałów zachodzą przemiany wiążące się ze zmianą ich struktury, jak i składu chemicznego.
Paramorfoza zachodzi w przypadku przekształcenia tylko struktury wewnętrznej kryształu, przy zachowaniu wyjściowego składu chemicznego oraz postaci zewnętrznej. Termin paramorfoza definiuje zarówno proces, jak i formę, czyli wypełnienie postaci jednego minerału przez inną zastępującą go odmianę polimorficzną. Powszechnie w przyrodzie zachodzą paramorfozy aragonitu w kalcyt oraz kwarcu α w kwarc β (zob. Kwarc ).
Pseudomorfoza to zastąpienie jednego minerału przez inny, o odmiennym składzie chemicznym (minerał wtórny) przy zachowaniu postaci zewnętrznej pierwotnego minerału ( Rys. 4 ). Nowy minerał posiada inną strukturę wewnętrzną i skład chemiczny, ale formę zewnętrzną dziedziczy po minerale pierwotnym [7]. Generalnie jest to zastąpienie substancji (jej składu chemicznego) z pozostawieniem formy. Powszechnymi pseudomorfozami są zastąpienia biominerałów w skamieniałościach, ponadto popularne są pseudomorfozy pirytu ( \( FeS_2 \)) po goethycie \( (FeOOH) \), gipsu ( \( CaSO_4×2H_2O \)) po kalcycie ( \( CaCO_3 \)) czy kalcytu ( \( CaCO_3 \)) po dolomicie \( CaMg(CO_3)_2 \).
Izomorfizm (równopostaciowość) to występowanie takich samych form krystalograficznych oraz postaci zewnętrznej u minerałów o zbliżonym składzie chemicznym [7], [5]. Minerały te mogą tworzyć ze sobą ciągi mieszane (szeregi izomorficzne będące tzw. roztworami stałymi) składające się z form pośrednich, powstających przez sukcesywne podstawianie w sieci krystalicznej określonych składników innymi [4]. Przykładem ciągu minerałów izomorficznych są plagioklazy o skrajnych odmianach: albit (sodowy) i anortyt (wapniowy) (zob. Skalenie ), oliwiny o skrajnych odmianach forsteryt (magnezowy oliwin) - fajanit (żelazowy oliwin) (zob. Oliwiny ) oraz epidoty i klinozoisyt (zob. Minerały z grupy epidotu ).
Bibliografia
1. A. Bolewski, A. Manecki: Rozpoznawanie minerałów, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa 1990.2. P. Roniewicz (Red.): Przewodnik do ćwiczeń z geologii dynamicznej, Polska Agencja Ekologiczna S.A., Warszawa 1999.
3. P. Czubla, W. Mizerski, E. Świerczewska-Gładysz: Przewodnik do ćwiczeń z geologii, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2004.
4. A. Bolewski, J. Kubisz, A. Manecki, W. Żabiński: Mineralogia ogólna, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa 1990.
5. T. Penkala: Zarys krystalografii, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1983.
6. Z. Bojarski, M. Gigla, K. Stróż, M. Surowiec: Krystalografia - podręcznik wspomagany komputerowo, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa 1974.
7. J. Żaba: Ilustrowany słownik skał i minerałów, Videograf II, Katowice 1993.
8. A. Manecki: Mineralogia szczegółowa, Mineralpress Kraków, Kraków 2019.