Mnohem podrobnější informace najdete v mineralogických e-scriptech na těchto stránkách. V dalším textu najdete jen stručný přehled, pro základní rozhled.
O b s a h : Úvod - hmota, přírodní látka, minerál, krystal
Hmota, která je základem všeho co nás obklopuje, je složena z malých pohybujících se částic.
Jejich počet, druh pohybu a podmínky, ve kterých se vyskytují určují, jak se bude hmota
navenek jevit. Dvě nejznámější formy hmoty jsou záření (pole) a látka. Pojem záření zahrnuje
běžné jevy kolem nás: např. magnetické pole, teplo, světlo, zvuk, aj. Tyto jevy studují různá
odvětví fyziky. My se během povídání o minerálech budeme zabývat látkami - přesněji řečeno
přírodními látkami. A to ještě zdaleka ne všemi. Každý totiž ví, že látka se v prostředí
naší Země může vyskytovat ve třech skupenstvích: pevném, kapalném a plynném. Minerály jsou v naprosté většině látky pevné, ovšem existují i výjimky - např. ryzí rtuť je kapalná.
Obecně ale můžeme říci, že minerál je vlastně pevná přírodní látka, která je složena z atomů a která
vznikla geologickými procesy. Pokud je minerál složen z atomů více prvků jedná se o chemickou přírodní
sloučeninu (například křemen SiO2 - je složen z atomů křemíku a z atomů kyslíku). Může být ale složen
i z atomů jednoho prvku a představovat tak přírodní výskyt tohoto prvku (například zlato - Au). Minerály se vyskytují buď jako látky krystalické nebo jako látky amorfní, neboli beztvaré. Hlavním
rozdílem mezi látkou krystalickou a látkou amorfní je v uspořádání atomů, ze kterých je látka tvořena.
V krystalech (nebo jejich úlomcích) jsou atomy uspořádány pravidelně v krystalových strukturách, kdežto
u látek amorfních jsou atomy rozptýleny nepravidelně. Další důležitou věcí, kterou musíme v této úvodní kapitole zmínit je rozdíl mezi minerálem a horninou.
Prakticky každý si tyto pojmy plete a přitom je to tak jednoduché. Minerál je jedna přírodní chemická
sloučenina (nebo jen prvek), kdežto hornina je mechanická směs minerálů. Například křemen, živec a slída
jsou jednotlivé minerály, které však mohou tvořit horninu - žulu.
Mineralogie je věda zabývající se určováním, popisem, vlastnostmi a v poslední době především vznikem
a přeměnami minerálů. Je součástí velkého balíku geologických věd, které se věnují neživým složkám
naší Země. Mineralogie se snaží pomoci při vysvětlování mnohem širších geologických procesů, jako
je tvorba vznik hornin, pohyby chemických prvků v zemské kůře, apod. Zajímavou součástí mineralogie
je gemologie, která studuje drahé kameny a jejich využití, především ve šperkařství. Velmi důležitou
součástí mineralogie je také krystalografie, která se zabývá detailním studiem struktury krystalů.
Krystal, krystalové plochy a tvary
Krystal můžeme definovat jako stejnorodé (homogenní) těleso s pravidelným uspořádáním stavebních částic
(atomů). Krystal je omezen krystalovými plochami. Rozmístění těchto ploch v prostoru je zákonité a je
projevem vnitřního uspořádání atomů v krystalové struktuře. Pokud krystal rostl v ideálním prostředí,
tzn. že přísun stavebních částic byl pravidelný, je rovnoměrně vyvinutý. Pro názornost jsou v knihách
znázorňovány právě krystaly rovnoměrně vyvinuté - ideální, ale v přírodě se s nimi setkáváme vzácně.
Většinou vznikají krystaly nerovnoměrně vyvinuté, což je způsobeno nepravidelným přísunem nebo nedostatkem
stavebních částic. Důležité ovšem je, že i na nerovnoměrně vyvinutém krystalu zůstávají zachovány úhly mezi
plochami, takže se nemění krystalová souměrnost. Každá krystalová plocha je součástí nějakého
krystalového tvaru. Jako spojka se pak nazývá krystal, který vznikl kombinací několika krystalových tvarů.
Krystalografický osní kříž a krystalové soustavy
Pro popis krystalů je zaveden tzv. krystalografický osní kříž. Skládá se ze tří nebo čtyř přímek (os),
které nejsou vzájemně rovnoběžné a protínají se ve středu krystalu. Krystaly (a tedy i minerální druhy)
lze podle stupně jejich souměrnosti zařadit do sedmi krystalografických soustav, které mají své
charakteristické osní kříže. Jednotlivé krystalové soustavy jsou:
Dosavadní řádky jsou jakýmsi nutným základem pro to, abychom si konečně mohli ukázat, jak v
přírodě krystaly minerálů vypadají. Jak už bylo ukázáno, v každé krystalografické soustavě
se vyskytuje mnoho krystalových tvarů, které mohou vytvářet krystalové spojky. V přírodě
jsou samozřejmě spojky mnohem častější než jednoduché tvary, takže určit správnou soustavu
je někdy obtížné. Běžná je situace, že minerály netvoří jen jednoduché krystaly, ale
nejrůznější další formy.
Nejčastěji se krystaly vyskytují v podobě
nepravidelných zrn tvořících nějakou horninu. Krystaly vznikající v těsném sousedství nemají
vlastní krystalové plochy a označují se jako agregáty. Podle vzhledu mohou být rozlišeny
agregáty zrnité, vláknité, paprsčité, ledvinité i jiné. Vlastními plochami omezené krystaly
vznikaly tam, kde měly prostor pro svůj růst - například v dutinách hornin. Jako drúzy označujeme
krystaly narostlé na společném podkladu. Krystaly vzniklé v kulovité dutině tvoří tzv. geodu
a pokud jsou krystaly srostlé náhodně tvoří krystalové srostlice. Dalším způsobem srůstání je
dvojčatění, neboli zákonitý srůst dvou a více krystalů v poloze jiné než rovnoběžné. Krystaly
se při dvojčatění mohou stýkat svými plochami nebo se mohou navzájem prorůstat. Celkový
geometrický dojem krystalu se nazývá vzhled krystalu. Podle tohoto vzhledu lze krystaly
snadno a přiléhavě charakterizovat. Mluvíme pak o krystalech sloupcovitých, jehlicovitých,
tabulkovitých, kostrovitých apod. Různý vzhled krystalů třeba i u jednoho minerálu je důsledkem
různých podmínek při jeho vzniku. Velikost krystalů v přírodě je proměnlivá. Běžně jsou pouze
několik milimetrů až centimetrů velké, ale vzácně jsou nacházeny unikátní krystaly dosahující
délky i několika metrů.
Každý minerální druh má své charakteristické vlastnosti. Podle nich se minerály
řadí do příbuzných skupin a podle nich lze také minerály určovat. Optické, chemické a
strukturní vlastnosti minerálů je nutno studovat pomocí speciálních přístrojů. Pro
nejjednodušší určování minerálů nám tedy zbývají některé fyzikální vlastnosti.
Mezi tyto vlastnosti patří:
Nejrůznějších minerálů je dnes na světě již přes 3800. S odrůdami (např. křemen s varietami ametystem,
záhnědou, křišťálem aj.) je toto číslo ještě vyšší. Ovšem běžně se vyskytujících minerálů je asi 50.
Mineralogický systém se zabývá popisem jednotlivých minerálů, které podle krystalové struktury a
chemického složení řadí do 7 tříd. I. Prvky II. Sulfidy III. Halogenidy IV. Oxidy a hydroxidy V. Karbonáty VI. Sírany VII. Fosforečnany VIII. Křemičitany IX. Organolity
V zemské kůře i na jejím povrchu probíhá velké množství geologických procesů, které mohou vést ke
vzniku minerálů a hornin. Podle způsobu vzniku je možno minerály dělit do několika skupin:
1) Minerály magmatického původu 2) Minerály hydrotermálních roztoků 3) Minerály sedimentárního a organického původu 4) Minerály vzniklé zvětráváním 5) Minerály metamorfního původu Nejčastější metody výzkumu minerálů
Nejednoduší metodou studia vzhledu minerálů je pozorování binokulárním mikroskopem - jakousi vylepšenou
velkou lupou. Speciálnější jsou tzv. polarizační mikroskopy, které umožňují studium minerálů podle jejich
optických vlastností v procházejícím nebo odraženém světle. Tento typ studia již vyžaduje speciální úpravu
vzorku - tzv. výbrusy nebo nábrusy. Nejrozšířenějším způsobem studia struktury látek, tedy i minerálů jsou
rentgenometrické metody. Jsou založeny na interakci rentgenového paprsku s krystalickou látkou, nelze je
tedy použít u amorfních látek. Rentgenometrické metody se v mineralogii používají pro přesnou identifikaci
minerálů. Jejich největší výhodou je, že vyžadují minimální množství vzorku, někdy i méně než 1 mm3.
Pro studium chemického složení minerálů se dnes používá metoda elektronové mikroanalýzy
(tzv. mikrosonda). Tato metoda spočívá na interakci svazku urychlených elektronů, který je
vysílán na vyleštěný povrch vzorku se studovanými minerály. Chemické složení může být pomocí
mikrosondy detekováno i z velmi malých ploch preparátu (i méně než 0,01 mm2). Na interakci
elektronového paprsku je založen i tzv. elektronový mikroskop, který umožňuje pozorování
minerálů při zvětšení několikanásobně vyšším než mikroskop klasický nebo polarizační.
Úvod - hmota, přírodní látka, minerál, krystal
Mineralogické vědy
Krystal, krystalové plochy a tvary
Krystalografický osní kříž a krystalové soustavy
Vzhled krystalů
Vlastnosti minerálů
Mineralogický systém
Vznik a výskyt minerálů
Nejčastější metody výzkumu minerálů
Krystal je omezen plochami, které se stýkají na hranách a v rozích.
Ukázka vzniku spojek kombinací krystalových tvarů krychle s osmistěnem
v případě a) a krychle s dvanáctistěnem v případě b).
Pravidelně (příklad a) a různoměrně (b, c) vyvinuté krystaly křemene a jejich průřezy. Všimněme si,
že vnější tvar krystalů se mění, ovšem úhly mezi plochami zůstávají.
Soustava:
Osní kříž:
1) Trojklonná - sem patří krystaly s nejnižší souměrností.
Tři osy osního kříže (a,b,c) jsou různě dlouhé a úhly mezi nimi jsou také různé.
Důležité minerály:albit, modrá skalice (chalkantit)
2) Jednoklonná - tato soustava má opět tři nestejně dlouhé osy, ovšem mezi osami a, b jsou pravé úhly; úhel b > 90.
Důležité minerály: azurit, malachit, ortoklas, sádrovec, slídy
3) Kosočtverečná - soustava je charakteristická třemi různě dlouhými na sebe kolmými osami (a, b, c).
Důležité minerály: aragonit, olivín, topaz
4) Čtverečná - tato soustava má dvě stejně dlouhé osy a1, a2 a různě dlouhou osu c. Osy a1, a2 i c jsou na sebe kolmé.
Důležité minerály: chalkopyrit, kasiterit
5) Šesterečná - v této soustavě jsou již čtyři osy. Tři jsou stejnocenné (a1, a2, a3) a svírají navzájem úhel 60°. K nim je kolmá osa c.
Důležité minerály: apatit, beryl, led
6) Klencová - klencová soustava je příbuzná soustavě šesterečné a má tedy stejný osní kříž.
Důležité minerály: hematit, kalcit, korund, křemen, turmalín
7) Krychlová - krychlová soustava má nejvyšší souměrnost. Je charakterizována tříosým křížem, kde jsou všechny osy stejné a na sebe kolmé.
Důležité minerály: diamant, fluorit, granát, pyrit, zlato, stříbro, měď
Různé typy sněhových vloček, které mají šesterečnou souměrnost a kostrovitý vzhled.
Skupiny krystalů se nejčastěji vyskytují jako drúzy a), geody b) nebo náhodné srostlice c).
Několik běžnějších typů agregátů.
Ukázky několika typů dvojčatění na vybraných minerálech.
V přírodě je více než 90 chemických prvků. V ryzím stavu se vyskytuje asi 1 z nich. Přírodní výskyty
prvků lze rozdělit na kovy, polokovy a nekovy. Kovové prvky jsou často ohebné a mají opakní vzhled
( = nepropouštějí světlo), jsou také dobrými vodiči elektrického proudu. Obvyklý je celistvý nebo
drátovitý vzhled. Dobře vyvinuté krystaly jsou vzácné. Polokovy jsou narozdíl od kovů špatnými
vodiči elektrického proudu a vyskytují se obvykle v zrnitých a celistvých agregátech. Nekovové prvky
jsou často průsvitné až průhledné, kromě grafitu nevedou elektrický proud. Typickými zástupci kovů
jsou měď (Cu), stříbro (Ag), zlato (Au), platina (Pt), železo (Fe) a kapalná rtuť (Hg). Z polokovů
uveďme arsen (As), antimon (Sb) a bismut (Bi). Mezi nejznámější nekovové prvky patří síra (S) a uhlík
(C), který se může vyskytovat buď jako krychlový diamant (v přírodě nejtvrdší minerál) nebo jako
šesterečný grafit (velmi měkký).
Sulfidy jsou chemické sloučeniny, ve kterých se na síru vážou kovové a polokovové prvky. Vlastnosti
sulfidů a jim podobných sloučenin jsou značně různé. Většina běžných sulfidů má kovový vzhled a vysokou
hustotu. Často tvoří dobře vyvinuté krystaly a krystalové drúzy. Sulfidy jsou velmi důležité rudy olova,
zinku, železa, mědi i jiných kovů. Za atmosférických podmínek bývají málo stabilní a snadno zvětrávají
(oxidují) na sírany. Mezi nejznámější zástupce patří kovově žlutý pyrit (FeS2), strukturně odlišný
markazit(FeS2), dále arsenopyrit (FeAsS), chalkopyrit (CuFeS2), galenit (PbS), sfalerit (ZnS) a antimonit (Sb2S3).
Halogenidy jsou sloučeniny kovů s halogeny (prvky VII. skupiny periodické tabulky). Mají většinou skelný
lesk, jsou průsvitné a mají malou tvrdost a hustotu. Vyskytují se v rozpuštěném stavu v mořské vodě,
ze které se usazují v sedimentárních pánvích. Tak vznikají ložiska soli kamenné - halitu (NaCl), ale
i jiných minerálů. Halogenidy však mohou vznikat i z ohřátých roztoků jako například fluorit (CaF2).
Do této třídy patří bezvodé nebo naopak hydratované sloučeniny kyslíku s ostatními prvky. Tyto sloučeniny
se vyskytují v mnoha geologických prostředích. Obvykle nejsou elektricky vodivé a jejich vlastnosti jsou
velmi různé. Mezi oxidy patří například i pevné skupenství vody - led. V přírodě nejrozšířenější je oxid
křemičitý (SiO2). Mezi jeho nejznámější krystalované formy patří mléčně bílý až šedý křemen, který je
charakteristický značnou tvrdostí (T ~ 7), svou neštěpností a lasturnatým lomem. Má mnoho barevných variet:
fialový ametyst, žlutý citrín, hnědá záhněda, růžový růženín, černý morion a čirý křišťál a další. Mezi
amorfní formy hmoty SiO2 patří například chalcedon nebo opál (SiO2 . nH2O). Směs křemene, chalcedonu a opálu
pestře obarvená dalšími sloučeninami se nazývá jaspis nebo achát (pokud je hmota koncentricky uspořádaná).
Dalším známým oxidem je korund (Al2O3) a jeho barevné odrůdy. Nejznámější je červený rubín a modrý safír,
které jsou velmi oblíbenými drahými kameny. Mezi důležité oxidy, které jsou těženy jako rudy průmyslově
využívaných kovů patří například hematit (Fe2O3), magnetit (Fe3O4), uraninit (UO2), kasiterit (SnO2), wolframit
((Fe,Mn)WO4), rutil (TiO2) a chromit ((Fe,Mg)Cr2O4), nebo směsi hydratovaných oxidů a hydroxidů Al a Fe -
bauxit a limonit.
Do této třídy patří především soli kyseliny uhličité. Karbonáty jsou minerály elektricky nevodivé, s
nekovovým vzhledem, menšími tvrdostmi a různými barvami. V důsledku vnitřní struktury často krystalizují
v klencové soustavě. Jedním z nejběžnějších minerálů v přírodě je kalcit (CaCO3). Vytváří stovky krystalových
tvarů a jeho nejčastější barva je bílá až žlutá. Kalcitu příbuzné minerály jsou například magnezit (MgCO3)
a siderit (FeCO3), které se využívají v průmyslu a aragonit, který se od kalcitu liší vnitřní strukturou.
Dolomit (CaMg(CO3)) a ankerit (CaFe(CO3)) jsou karbonáty se dvěma kovy ve vzorci. Jsou mnohem méně časté
než kalcit. Poslední důležitou skupinou jsou karbonáty se skupinou (OH) ve vzorci - zelený malachit
(CuCO3 . Cu(OH)2) a modrý azurit (2CuCO3 . Cu(OH)2). Vznikají zvětráváním měděných rud, proto se také vyskytují
v jejich blízkosti.
Sírany jsou soli kyseliny sírové. Jsou elektricky nevodivé a mají nekovový vzhled. Mohou být
bezvodé nebo hydratované. Minerály této třídy vznikají nejčastěji zvětráváním sulfidů, obvykle mají
malou tvrdost a nízkou hustotu (kromě barytu). Nejvýznamnějším síranem je baryt (BaSO4). Vyskytuje
se často v tabulkovitých krystalech a je charakteristický svou vysokou hustotou a tedy i hmotností.
Další známý síran je anhydrit (CaSO4), vznikající nejčastěji na solných ložiskách vypařováním z mořské
vody. Hydratovaná forma síranu vápenatého je sádrovec (CaSO4 . 2H2O), který je vůbec nejrozšířenějším
přírodním síranem. Je typickým produktem zvětrávání pyritu, ale vzniká běžně i usazováním z mořské vody.
K dalším známým hydratovaným síranům patří skupina skalic, z nichž nejčastější je chalkantit = modrá
skalice (CuSO4 . 5H2O), která je rozpustná ve vodě.
Do této třídy patří především soli kyseliny trihydrogenfosforečné. Ačkoliv je známo několik stovek
fosforečnanů a podobných sloučenin, až na výjimky jsou poměrně vzácné. Některé se vyskytují jako primární
mikroskopické příměsi v horninách, jiné vznikají zvětráváním sulfidů. Vlastnosti fosfátů jsou značně
různorodé. Nejznámějším fosforečnanem je apatit (Ca5(PO4)3F). Tvoří často krystaly. Mikroskopický
apatit je hojně obsažen v kostech všech živých organismů. Fosfáty zahrnují i některé radioaktivní minerály -
tzv. uranové slídy, které tvoří pestře zbarvené tabulkovité krystaly na zvětrávajícím uraninitu. Mezi
fosfáty patří i známé drahé kameny - modrozelený tyrkys, nebo modrý lazulit.
Křemičitany jsou spolu s křemenem nejrozšířenějšími minerály (představují až 95 % zemské kůry),
ale i známých pevných těles ve vesmíru. Pozor, jejich název je odvozen od křemíku, nikoliv od křemene.
Mají převážně nekovový vzhled a nejsou elektricky vodivé. Jinak mají nejrozmanitější vlastnosti a
složitou vnitřní strukturu. Jejich základní strukturní jednotkou je tetraedr (čtyřstěn), který je
tvořen atomem křemíku obklopeným čtyřmi atomy kyslíku (SiO4). Podle uspořádání těchto tetraedrů se
silikáty dělí do 6 podtříd. Minerály v každé podtřídě pak mají některé společné vlastnosti. Mezi
důležité křemičitany patří živce (albit, ortoklas), slídy (světlý muskovit a tmavý biotit), granáty
(např. červený pyrop, nafialovělý almandin), zelený olivín, dále amfiboly a pyroxeny. Všechny tyto
minerály jsou významnými složkami mnohých hornin, proto jim říkáme horninotvorné minerály. Do třídy
silikátů patří i drahé kameny jako topaz nebo beryl (s odrůdami - modrým akvamarínem a zeleným smaragdem).
Další velkou skupinou silikátů jsou jílové minerály (např. kaolinit), nebo zeolity.
Do této nevelké skupiny náleží minerály vzniklé přeměnou organických zbytků. Patří sem soli organických
kyselin, uhlovodíky, zemní vosky a pryskyřice. Jedná se o měkké a nízkohustotní minerály. Nejznámějším
zástupcem této skupiny je jantar, utuhlá třetihorní pryskyřice, která v sobě často obsahuje fosilie
prehistorického hmyzu nebo rostlin.
Tyto minerály vznikají krystalizací z magmatu. Magma je horká křemičitanová tavenina (o teplotě mezi
600 - 1200 0C), která proudí pod pevnou částí zemské kůry. Dostává-li se magma k povrchu, chladne a
začínají krystalizovat jednotlivé minerály. Magmatické minerály tvoří nejčastěji nepravidelná zrna,
která jsou součástí větších pevných těles - magmatických hornin.
Již utuhlými horninami migrují teplé a horké roztoky s rozpuštěnými minerálními látkami. Při chladnutí
těchto roztoků v puklinách také mohou krystalizovat minerály a vznikají tzv. hydrotermální žíly.
Pokud jsou přítomny rudní minerály, mluvíme o hydrotermálních rudních žilách. Minerální výplň
takové žíly má dvě hlavní složky - rudní (kovové prvky, sulfidy, aj.) a nerudní (křemen, kalcit, aj.).
Hydrotermální žíly často obsahují dutiny s pěknými krystaly minerálů a mohou být i bohatými ložisky některých rud.
Do této skupiny patří jednak minerály vznikající srážením z chladných vod. Například z mořské vody
se postupně za příhodných podmínek usazuje halit, sádrovec a další minerály. Polohy těchto minerálů
vznikají v mělkých mořských pánvích a označují se jako evapority. Druhým prostředím vzniku minerálů
sedimentárního původu jsou sedimentární (usazené) horniny. Při jejich zpevňování dochází k migraci
chladných roztoků, ze kterých se některé minerály srážejí v podobě kulovitých útvarů - konkrecí.
Dalším příkladem sedimentárního vzniku minerálů je usazování krápníkové (nejčastěji kalcitové)
výzdoby v jeskyních. V neposlední řadě patří do této skupiny i minerály vzniklé v důsledku činnosti
živých organismů. Jde především o akumulace produktů jejich metabolismu nebo schránek mrtvých těl.
Horniny a minerály jsou v blízkosti zemského povrchu vystaveny mnoha vlivům, které způsobují
jejich přeměny. Primární minerály, které vznikají prvotními geologickými procesy, např. krystalizací
z taveniny apod., se při zvětrávání mění na minerály sekundární. Mechanické procesy, jako erozní
činnost vody nebo větru způsobují, že se horniny a minerály rozpadají a jsou transportovány z
místa svého vzniku. Chemickými procesy (reakce s vodou, organickými látkami apod.) zase dochází
k jejich rozpouštění a znovu srážení. Významným příkladem zvětrávání je rozklad a přeměna minerálního
složení hornin za vzniku půdy, bez které by život na naší planetě nemohl existovat.
Při horotvorných pohybech, během tavení nebo při vulkanické činnosti dochází ke zvyšování tlaku
a teploty v geologickém prostředí. Minerály se tak mohou stát nestabilními a dojde k jejich přeměně
(metamorfóze) na minerály jiné, které jsou v nových podmínkách stabilnější. Při metamorfóze se mohou
minerály zcela přeměnit na jiné nebo pouze překrystalizují do nové podoby.
Otevřít celé stránky v novém okně