Mineraloogia

See artikkel annab lühiülevaate mineraloogiast; mineraloogiaga seotud üldmõisted leiad artiklistMineraloogia mõisteid.

---

Mineraloogia tegeleb mineraalide uurimisega

Mineraloogiaonteadusharu,mille uurimisobjektiks onmineraalid.

Mineraloogia uurib mineraalide kuju, klassifikatsiooni, füüsikalisi omadusi, keemilist koostist, teket ehk geneesi jne.

Mineraloogia on tihedais seoseiskristallograafia,keemia,füüsikajageoloogiaga.Seda loetakse geoloogia alldistsipliiniks.

Ajalugu

Mineraloogia on vana teaduse haru, millest huvitusid juba Vana-Kreeka filosoofid.Kristalltuleneb juba kreeka keelest κρύσταλλος, mis tähendab jääd ning kasutatikvartsinimetamisel. Usuti, et vesi, mis kristalliseerus kõrgel rõhul sügaval maa sisemuses, muutub kvartsiks. Siiamaani kasutatakse terminit "mäekristall"läbipaistva, värvitu kvartsi nimetamiseks. Kreeka filosoofTheophrastos(300 BC) kirjutas esimese raamatu mineraalidest, mis käsitles mineraalide päritolu.Plinius Vanem(surm 79 AD) kirjeldas raamatus "Historia Naturalis" üle kolmekümne mineraali. Ta rõhutas mineraale, mis olid majanduslikult väärtuslikud, ning kirjeldas nende omadusi ja kasutust.

Tänapäevase teadusena kasvas mineraloogia välja pärastGeorgius Agricolaraamatu "De Re Metallica" avaldamist aastal 1556. Järgnenud sajanditel tehti mitmeid tähtsaid avastusi, millele andis hoogu mikroskoobi leiutamine 17. sajandil.Nicolaus Stenoavastas 1669. aastal, et kristallide tahkudevahelised nurgad jäävad alati samaks, sõltumata kristalli suurusest või kujust (teatud ka kuikristallograafia esimene seadus). 1784. aastal pakkus Prantsuse teadlaneRené Just Haüy,et kõik kristallid koosnevad elementaarsetest ehituskividest. Ehituskivist sai hiljem "ühikrakk", mille perioodilisel kordamisel saab ehitada kolmemõõtmelise makroskoopilise kristalli. Järgnes paljude mineraalide kirjeldamine, mis nõudis nende klassifitseerimist. 1774. aastal pakkus A. G. Werner välja mineraalide keemilise klassifikatsiooni. Seda täiustas Rootsi keemikJ. J. Berzeliusning see on kasutusel ka tänapäeval.

Mineraalide atomaarse struktuuri üle jätkusid vaidlused kuni 1912. aastani, kuiröntgenikiirgusegakiiritati kristalle ning jälgiti difraktsiooni. Selle abil tõestasMax von Lauemineraalidekristallvõrestruktuuri. 20. sajandi alguses jätkus röntgenikiirte kasutamine analüütilise vahendiga, millele hiljem lisandusidelektronmikroskoopjaspektromeetrid.

Süstemaatika

Variskiitliivakivilõhedes

Süstemaatiline mineraloogia on mineraalide tuvastamine ja klassifitseerimine nende omaduste järgi. Ajalooliselt oli mineraloogia tegevuseks kivimit moodustavate mineraalide taksonoomiline paigutus. Aastal 1959 moodustas Rahvusvaheline Mineraloogia Assotsiatsioon uute mineraalide ja mineraalinimetuste komisjoni, et reguleerida uute mineraalide nimetamist ning täiustada nomenklatuuri. 2006. aasta juulis ühendati see mineraalide klassifitseerimise komiteega. Mineraale saab klassifitseerida mitmeti, näitekshaabituse,koostise, tekke, omaduste vms järgi.

Mineraale võib jagada üldiselt nii, kuid leiduvad ka mitmed alajaotused:

1. ehedad elemendid;
2. halogeniidid;
3. oksogeniidid;
4. kalkogeniidid.

Mineraalide tekkekeskkonnad

Skarnonmoondekivim,mis tekib magmaplutoonidest pärit hüdrotermaalsete lahuste japlutooneümbritsevate karbonaatsete kivimite vahelise keemilise reaktsiooni tulemusel. Selle tagajärjel tekivad kaltsiumi sisaldavad silikaadid (antud juhul roheline pürokseenaugiitja oranž granaatgrossular). Sinine mineraal onkaltsiit(karbonaatsete kivimite peamine koostismineraal). Pildil kujutatu laius on 6 cm

Mineraalide teke võib aset leida väga erinevates süsteemides, mida saab jagada üldiselt kaheks:endogeensedjaeksogeensedtekkeprotsessid.

Endogeensed protsessid:

• Fluidid/hüdrotermid– hüdrotermaalsed lahused, mis haaravad ümbritsevast kivimist komponente, samuti magmast, mis soojendab vesilahuseid. Mineraale transporditakse, kuni temperatuur ja rõhk vähenevad, mistõttu nad kristalliseeruvad välja. Ookeani keskahelikes esinevad mustad/valged tossutajad.
• Fumaroolid/ pneumatolüüdid/gaas– mõningad mineraalid naguhematiit(Fe₂O₃), realgar (AsS) kristalliseeruvad vulkaanilisest gaasist.
• Magmatism– vedela magma jahtudes ning rõhu vähenedes kristalliseerumine.
• Moone– kivimiteümberkristalliseeruminekõrge rõhu ja temperatuuri tingimustes.

Eksogeensed protsessid:

• Diagenees– sette muutumine settekivimiks ning litifitseerumisjärgsed muudatused.
• Murenemine– protsesside kogum, mille tagajärjel maakoore pealmist osa moodustavad kivimid lagunevad.

Füüsilised omadused

Füüsilised omadused on tähtsad mineraalide määramisel. Makroskoopilisel määramisel on nendeks haabitus,lõhenevus,murre,kõvadus,tihedus,värvus,magnetism,maitse. Tugevate magnetiliste omadustega mineraal onmagnetiit. Maitse järgi saab kindlaks tehahalogeniididehulka kuuluvaid mineraale naguhaliit(NaCl),sülviin(KCl), karnaliit (KMgCl₂*6H₂O), mis maitsevad soolaselt või kibesoolaselt.

Muud omadused:

• radioaktiivsus;
• värvuse muutus;
• fluorestsents;
• lõhn.

Optilised omadused

Epidootpolarisatsioonimikroskoobi all

Makroskoopiliste omaduste kõrval leidub mineraalil mitmeid omadusi, mida saab vaadeldaõhikuspolarisatsioonimikroskoobiall. Selle meetodi puhul eristatakse ortoskoopilist ning konoskoopilist vaatlust.

Ortoskoopiline vaatlus:

Polarisatsioonimikroskoop erineb tavalisest mikroskoobist selle poolest, et kasutatakse valguse polarisaatoreid (niikoleid). Kaks niikolit – polarisaator ja analüsaator. Need asetatakse mikroskoobis üksteise suhtes risti, mis võimaldab vaadelda, kas polarisaatorist tulenevat valguse levikusuunda on muudetud mineraali poolt. Valguse levimisel läbi õhu kristalli toimub keskkondade piiril valguse levikusuuna muutumine ehk murdumine, põhjustatuna valguse levikukiiruse muutusest kristallis. Murdumisnäitaja kirjeldab valguse leviku kiiruse suhet õhus ja kristallis. Optiliselt isotroopseteks aineks või kristalliks loetakse keskkonda, kus valguse levimine on ühtlane ning murdumisnäitaja ei sõltu suunast. Isotroopsed on kõik vedelikud, amorfsed ained ning kuubilise süngoonia kristallid. Kõik teised mineraalid on optiliselt anisotroopsed. Valguse levimise kiirus sõltub valguse levikusuunast.Murdumisnäitajasõltub suunast. Polarisatsioonimikroskoobi all on isotroopsed mineraalid alati mustad, anisotroopsetel mineraalidel on näha erinevaid interferentsvärvusi, mis tekivad tavalise valguseinterferentsitõttu analüsaatori võnkepinnas.

Konoskoopiline vaatlus aitab määrata:

1. ühe- ja kaheteljelisi kristalle,
2. määrata indikaatriksi asendit mineraalilõikes,
3. määrata optilist märki,
4. hinnata optiliselt kaheteljeliste kristallide optiliste telgede vahelise nurga (2V) suurust,
5. uurida indikaatriksi ja optiliste telgede dispersiooninähtusi.

Kristalli struktuur

Kristalli struktuuris esinevad erinevad sidemed nagu metalliline, kovalentne, ioonilis-kovalentne ja iooniline side.

• Aatomkristalli osakesi ühendab kovalentne side. Niisugused on näiteksteemandi,ränijagermaaniumikristallid.
• Ioonkristalli osakesi ühendab ioonside. Niisugused on näiteks halogeniidide, metallide oksiidide, sulfiidide ja karbiidide kristallid.
• Metallkristallid koosnevad positiivsetest ioonidest, mida omavahel seovad elektrongaasi moodustavad juhtivuselektronid. Niisugused on näiteks vase, alumiiniumi ja naatriumi kristallid.
• Molekulkristallide koos püsimise tagavad molekulidevahelised nõrgad tõmbejõud ehkvan der Waalsi jõud.Niisugused on näiteks väärisgaaside ja paljude orgaaniliste ühendite kristallid. Molekulkristallide omaette rühma moodustavad vesiniksidemega kristallid. Niisugused on näiteks jää ja vesinikfluoriidi kristallid.

Kristalli struktuur on aatomite paigutus kristallis. Kristalli kujutatakse võre punktidena, mis kordab lihtsat mustrit perioodiliselt kolmes dimensioonis. Kristallvõret saab iseloomustada tema sümmeetriate ja ühikraku mõõtmete põhjal. Neid dimensioone väljendatakse Milleri indeksite abil.Võre püsib muutumatuna, kasutades sümmeetriaoperatsioone (pööre, peegeldus, inversioon) mistahes võre punktis.

Rakenduslik mineraloogia

Rakenduslik mineraloogia tegeleb teadmiste praktilise kasutamisega. Maavarade uurimise mineraloogia tegeleb mineraali lasundite esinemise uurimisega. Traditsiooniliselt kasutati varasemaid teadmisi nagu näiteksmalahhiidiolemasolu, mis juhtis vasemaagini, ning need tuginesid suuresti visuaalsel vaatlusel. Tänapäevased meetodid lubavad uurida maapinda, kasutades elektromagnetilist spektrit, mille abil on leitud ühed suurimadrauamaagileiukohadBrasiilias.

Vääriskividega tegelebgemmoloogia,mis on otseselt seotud mineraloogiaga. Gemmoloogid kasutavad samu tehnikaid mineraalide tuvastamisel, kuid mineraalide analüüsi peab tegema neid kahjustamata. Gemmoloogia on rakenduslik, sest vähese koguse juures on neil suur majanduslik väärtus. Seega nende kaevandamine ja tuvastamine on väga tähtis.

Paljud mineraloogid leiavad töödtsemenditööstuses.Tsemendi uurimisel kasutatakse meetodeid, mis on mineraloogias kasutusel. Olles ehituses väga tähtis materjal, on palju huvi tsemendi kõvenemise,korrosioonija lagunemise protsessidest aru saamisel.

Meditsiinisleiavad mineraloogilised meetodid kasutust, sest näiteks inimese kondid ja hambad koosnevad biogeensest apatiidist. Mineraalid nagusooladjakaltsiumon vajalikud toitainete komponendid. Mineraalid võivad olla ka ohtlikud tervisele naguasbestvõiradioaktiivsedmineraalid.

Vaata ka

• Mineraalide loend

Kirjandust

• 1921Mineraloogia käsiraamat (Julius Osvald Kalkun)
• 1934Mineraloogia konspekt (Armin Aleksander Öpik)
• 1964Kristallograafia. Mineraloogia. Petrograafia (Kaisa Mens,Kalju OjastejaAlfred Reier)