Loading...
 
Geologia. Ziemia i procesy endogeniczne
Pod redakcją:Tadeusz Słomka
Autorzy/Autorki:Anna Waśkowska, Tadeusz Słomka, Jan Golonka
Afiliacja autorów:AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska
Wydawca:Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica w Krakowie
Data publikacji:2022
Recenzja: Prof. dr hab. Andrzej Ślączka, Uniwersytet Jagielloński
Prof. dr Pavol Rybár, Technische Universität Bergakademie Freiberg (Germany)
ISBN:978-83-963036-1-5

Geologia. Ziemia i procesy endogeniczne
Właściwości fizyczne minerałów

Twardość

Jedną z cech diagnostycznych minerałów jest ich twardość, czyli odporność na zarysowanie wywołane przyłożeniem siły zewnętrznej do powierzchni kryształu [1], [2], [3], [4]. Parametr ten określony jest w oparciu przyrównanie do wzorcowych minerałów wskazanych w skali Mohsa ( Tabela 1 ). Jest to 10-stopniowa skala, składająca się z sekwencji minerałów o rosnącej twardości.

Tabela 1: Skala Mohsa.
STOPIEŃ TWARDOŚCI
MINERAŁ WZORCOWY
1
TALK
2
GIPS
3
KALCYT
4
FLUORYT
5
APATYT
6
ORTOKLAZ
7
KWARC
8
TOPAZ
9
KORUND
10
DIAMENT


Identyfikacja twardości odbywa się przez tzw. zarysowanie powierzchni badanego minerału, czyli przeciągnięcie pod naciskiem narożem minerału wzorcowego. Minerały o wyższej twardości będą zarysowywały, czyli nacinały, powierzchnię minerału o niższej twardości, a minerały o niższej twardości będą ulegały sproszkowaniu na powierzchni minerału o wyższej twardości. Minerały o takiej samej twardości będą wzajemnie zarysowywały swoje powierzchnie i uzyskanie takiego efektu jest podstawą do oszacowania twardości. Podaje się ją z dokładnością do pół stopnia. Minerały wzorcowe mogą być zastępowane przez ekwiwalenty [1]. W warunkach terenowych, gdzie wykonanie powyższych czynności z wykorzystaniem standardowej skali Mohsa jest kłopotliwe, twardość minerałów jest szacowana stosując założenie, że minerały twardości 1 i 2 zostaną zarysowane paznokciem, minerały twardości 3 drutem miedzianym (lub monetą miedzianą), minerały o twardości 4 i 5 ulegną zarysowaniu stalą (np. scyzorykiem) oraz szkłem, a minerały o wyższych wartościach będą rysowały szkło.


Twardość minerału zależy od jego struktury i rodzaju wiązań atomowych tworzących sieć krystaliczną. Kryształy składające się z dużych elementów strukturalnych, połączonych słabymi wiązaniami, wykazują niższe twardości w stosunku do kryształów zbudowanych z małych, gęsto rozmieszczonych elementów. W warunkach laboratoryjnych stosowane są różne precyzyjne metody badania twardości. Pomimo dostępności zaawansowanych metod, stosowanie skali Mohsa jest wciąż praktykowane. Choć jest to skala względna, to jej wykorzystanie jest proste, wygodne i głęboko wrosło w tradycję badań geologicznych. Minerały o twardości wyższej niż kwarc nie są powszechne w przyrodzie, dlatego w praktyce terenowej skalę Mohsa stosuje się głównie do 7 stopnia. Jedną z cech diagnostycznych minerałów jest tzw. tłustość w dotyku, czyli odczucie śliskości przy pocieraniu palcami o skałę. Odczucie to jest przyrównywane do rozcierania suchej kostki mydła lub mąki kartoflanej. Powstaje ono w wyniku wypełnienia przestrzeni pomiędzy liniami papilarnymi sproszkowanymi minerałami o bardzo niskich twardościach. Cecha ta wyróżnia np. talk, grafit, minerały ilaste, czyli takie, których twardość jest niższa niż 2 stopnie w skali Mohsa.

Łupliwość i przełam

Ważną cechą diagnostyczną minerałów jest sposób jego podziału na mniejsze części pod wpływem uderzenia.


zjawisko pękania minerału pod wpływem uderzenia wzdłuż tych samych kierunków na części ograniczone płaskimi powierzchniami ( Rys. 1A), zwane płaszczyznami łupliwości [1], [2], [3], [4], [5]. Minerały mogą wykazywać łupliwość w jednym kierunku lub w wielu kierunkach.

Liczba kierunków spękań oraz ich przestrzenny układ jest cechą stałą i indywidualną minerałów i nie zależy od kierunku uderzenia. Przy opisie łupliwości uwzględniana jest liczba kierunków spękań, kąt pomiędzy nimi oraz stopień wyrazistości łupliwości, który zwykle określany jest jako doskonały, dobry, wyraźny oraz niewyraźny. W sytuacjach, gdy pod wpływem nacisku następuje niewyraźny podział wzdłuż mniej więcej płaskich powierzchni przebiegający tylko przez część minerału wyróżnia się oddzielność.

Łupliwości nie wykazują mineraloidy oraz niektóre minerały, wówczas taka cecha nazywana jest przełamem.


zjawisko podziału minerału pod wpływem uderzenia wzdłuż przypadkowych i nierównych powierzchni ( Rys. 1B), [1], [2], [3].

Ze względu na charakter powierzchni wyróżniane są przełamy: równy, gdy powierzchnie są zbliżone do płaskich oraz nierówny, który może mieć zróżnicowaną fakturę i występuje w odmianach:

  • ziemistym, z obyłymi nierównościami,
  • haczykowatym, z wydłużonymi, ostrymi wypustkami,
  • zadziorowatym, z licznymi i drobnymi wyrostkami,
  • muszlowym, z łukowato wygiętymi pręgami,
  • włóknistym, z gęstą siecią pręg.
A: łupliwość trójkierunkowa w krysztale ortoklazu, B: powierzchnia przełamu w krysztale kwarcu β.
Rysunek 1: A: łupliwość trójkierunkowa w krysztale ortoklazu, B: powierzchnia przełamu w krysztale kwarcu β.

Inne cechy fizyczne

Kolejną indywidulaną cechą minerałów jest gęstość [2], czyli stosunek masy do objętości. W minerałach parametr ten jest zróżnicowany i wynosi od 0,9 \( g/cm^3 \) dla lodu do 22,5 \( g/cm^3 \) dla osmu rodzimego. Za minerały ciężkie uważane są minerały o gęstości równej lub powyżej 2,9 \( g/cm^3 \), czyli takie, których gęstość jest wyższa od popularnych minerałów skałotwórczych, tj. kwarc (2,65 \( g/cm^3 \)), skalenie (2,56-2,76 \( g/cm^3 \)), a za minerały o gęstości niższej lub równej 2,76 \( g/cm^3 \) za bardzo lekkie.
Przy opisach cech fizycznych minerałów, poza standardowymi, uwzględnia się również cechy specyficzne. Są to cechy, które występują tylko u niektórych minerałów, najczęściej są to: zapach, smak, kowalność, plastyczność, sprężystość, promieniotwórczość, magnetyzm, przewodnictwo, rozpuszczalność [1], [2], [5].


Większość minerałów akcesorycznych to minerały ciężkie. Zawierają one pierwiastki, które najczęściej nie tworzą swoich własnych minerałów (np. metale ziem rzadkich, pierwiastki grupy platyny). Badanie takich minerałów pozwala na ustalenie z jakiego środowiska pochodzą te minerały, w jakich procesach powstały i jaką ewolucję przeszły.

Bibliografia

1. A. Bolewski, J. Kubisz, A. Manecki, W. Żabiński: Mineralogia ogólna, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa 1990.
2. A. Bolewski, A. Manecki: Rozpoznawanie minerałów, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa 1990.
3. J. Żaba: Ilustrowany słownik skał i minerałów, Videograf II, Katowice 1993.
4. T. Penkala: Zarys krystalografii, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1983.
5. P. Roniewicz (Red.): Przewodnik do ćwiczeń z geologii dynamicznej, Polska Agencja Ekologiczna S.A., Warszawa 1999.
Zaloguj się/Zarejestruj w OPEN AGH e-podręczniki
Czy masz już hasło?

Hasło powinno mieć przynajmniej 8 znaków, litery i cyfry oraz co najmniej jeden znak specjalny.

Przypominanie hasła

Wprowadź swój adres e-mail, abyśmy mogli przesłać Ci informację o nowym haśle.
Dziękujemy za rejestrację!
Na wskazany w rejestracji adres został wysłany e-mail z linkiem aktywacyjnym.
Wprowadzone hasło/login są błędne.