PODSTAWY NAUK O ZIEMI

Z ELEMENTAMI ROLNICTWA

I LEŚNICTWA

Prof. dr hab. Piotr Skłodowski

Wyższa Szkoła Działalności Gospodarczej w Warszawie

Kierunek : Geodezja i Kartografia

ELEMENTY MINERALOGII

ELEMENTY MINERALOGII

mgr Dorota Wąsowska

Najmniejszą jednostkę (w sensie geologicznym), z jakiej zbudowana jest

skorupa ziemska, stanowi minerał.

Minerał jest to pierwiastek, związek lub jednorodna mieszanina

pierwiastków lub związków chemicznych powstała w sposób
naturalny bez ingerencji człowieka.

Minerały w skorupie ziemskiej występują najczęściej nie pojedynczo,

lecz w zespołach zwanych skałami.

Minerały, które mają istotne znaczenie w budowie skał nazywamy

minerałami skałotwórczymi.

Zdecydowana większość minerałów występuje jako kryształy (ciało o

uporządkowanej budowie wewnętrznej, w którym atomy lub jony
rozmieszczone są w węzłach tzw. sieci krystalicznej). Tylko nieliczne
(np. opal, bursztyn, ozokeryt, asfalt) są ciałami bezpostaciowymi. 

Mineralogia- nauka o , ich właściwościach fizykochemicznych,

pochodzeniu, przeobrażeniach, rozmieszczeniu w skorupie
ziemskiej; wchodzi w zakres nauk geologicznych i jest powiązana z
krystalografią, petrogrfią i geochemią.

Podział minerałów na klasy

1. Pierwiastki rodzime (+węgliki, fosforki, azotki) Au-

złoto, Ag-srebro, C- diament, grafit, S-siarka,

2. Siarczki piryt- FeS2, chalkopiryt-CuFeS

2

,

3. Halogenki - halit - NaCl, fluoryt - CaF

2

, sylwin- KCl

4. Tlenki, wodorotlenki - magnetyt-Fe

3

O

4

, hematyt-Fe2O3,

getyt- FeOOH

5. Sole kwasów tlenowych
• Azotany – sole kwasów HNO

3

: sól chilijska Na NO

3

• Węglany - kalcyt-CaCO

3

, dolomit- CaMg(CO

3

)

2

, malachit-

Cu

2

[CO

3

](OH)

2

• Siarczany – gips - CaSO

4

• 2H

2

O, anhydryt

CaSO

4

,

baryt-

BaSO

4

,

• Fosforany - apatyt- Ca

5

[F, (PO

4

)

3

], wiwianit Fe

3

[PO

4

]

2

•

8H

2

O

• Krzemiany – oliwiny, pirokseny, amfibole, miki –

muskowit, biotyt, skalenie potasowe-ortoklaz, minerały
ilaste.

6. Związki organiczne

3.1. Właściwości fizykochemiczne minerałów i formy ich występowania

I.

Większość występujących w przyrodzie minerałów tworzy

ciała krystaliczne o uporządkowanej budowie wewnętrznej.

Budujące je atomy usytuowane są względem siebie w ściśle
określonym położeniu, tworząc sieć przestrzenną.

W zależności od występujących elementów symetrii wyróżnia
się następujące układy krystalograficzne (sieci
przestrzenne) :

1.trójskośny
2.jednoskośny
3.trygonalny i heksagonalny
4.rombowy
5.tetragonalny

6.regularny

• izometryczny, gdy kryształ ma

identyczne lub zbliżone wymiary w
trzech kierunkach,

• tabliczkowy, gdy kryształ ma różne

wymiary w trzech kierunkach,

• płytkowy, gdy kryształ ma

podobne wymiary w dwóch
kierunkach, zaś w trzecim jest
wyraźnie mniejszy od poprzednich,

• słupkowy, gdy kryształ ma

podobne wymiary w dwóch
kierunkach, w trzecim zaś wymiar
wyraźnie większy od dwóch
poprzednich

II

.

Każdy kryształ posiada charakterystyczny kształt zwany

pokrojem kryształu. Porównując trzy prostopadłe do siebie
wymiary (a, b, c), można wyróżnić cztery podstawowe typy
pokroju

tabliczkowy
(a różne b
różne c)

płytkow
y
(a=b>c)

słupow
y
(a=b<c)
 

izometryczn
y (a=b=c)

III.

Wiele minerałów można dokładnie zidentyfikować na podstawie zespołu

charakterystycznych właściwości makroskopowych, takich jak:

1.Barwa

2.Rysa

3.Przezroczystość

4.Połysk

5.Łupliwość

6.Przełam

7.Twardość

8.Gęstość właściwa

9.Inne cechy

Cechy fizyczne przydatne do rozpoznawania minerałów można podzielić na :
Cechy mechaniczne:

Cechy optyczne:

- łupliwość

- barwa

- twardość

- rysa

- przezroczystość
- połysk

1. Barwa. Zależy ona od rodzaju i charakteru ułożenia atomów w
przestrzeni, które wpływają na pochłanianie i odbijanie promieni
świetlnych.

Wyróżnia się minerały:

o

barwne, o niezmiennej, charakterystycznej barwie,

o

zabarwione, o barwie pochodzącej od domieszek innych

substancji,

o

bezbarwne.

2. Rysa. Jest ona barwą sproszkowanego materiału.
Bada się ją pocierając minerałem o niepolerowaną płytkę
porcelanową. Minerały barwne dają rysę barwną, zaś
bezbarwne i zabarwione mają zawsze rysę białą.

3. Przezroczystość. Określa ona zdolność minerałów do
przepuszczania promieni świetlnych. Wyróżnia się minerały:

o

przezroczyste (np. kwarc ),

o

przeświecające (np. chalcedon ),

o

nieprzezroczyste (większość minerałów).

Minerały przezroczyste często zatracają tę cechę na skutek
obecności drobnych próżni, banieczek gazów i spękań.

4. Połysk. Jest to cecha powierzchni minerału (jego ścian bądź
powierzchni powstałych po jego rozbiciu), określająca sposób w
jaki odbija ona promienie świetlne.
Wyróżnia się następujące rodzaje połysku:

• metaliczny: właściwy i półmetaliczny,

• niemetaliczny: diamentowy, szklisty, tłusty, perłowy,
jedwabisty i matowy.

5. Łupliwość. Jest to zdolność minerałów do pękania pod
wpływem uderzenia bądź nacisku na części ograniczone
powierzchniami płaskimi. Łupliwość nie występuje u minerałów
bezpostaciowych i u niektórych minerałów krystalicznych. W
zależności od łatwości pękania minerału oraz stopnia
prawidłowości powierzchni, łupliwość dzielimy na:

o

doskonałą

o

bardzo dobrą

o

wyraźną

o

niewyraźną (słabą)

6.

Przełam. Cecha ta mówi nam o braku łupliwości. Minerał

wykazujący przełam, pęka wzdłuż powierzchni zupełnie
przypadkowych, jak np. . Ze względu na kształt tych powierzchni
wyróżnia się następujące typy przełamów:

o równy (powierzchnie zbliżone do płaskich),

o nierówny: muszlowy (przypominający kształtem powierzchnię

muszli), haczykowaty, zadziorowaty i inne.

Niektóre minerały pod wpływem uderzenia pękają wzdłuż słabo

zaznaczających się, niezbyt równych powierzchni, które nie
przecinają całego kryształu. Cecha ta określana jest jako
oddzielność.

7. Twardość. Jest to opór jaki stawia minerał przy próbie
zarysowania go ostrym narzędziem.
Próbę wykonuje się swobodnie pociągając ostrzem po powierzchni
minerału, bez stosowania silnego punktowego nacisku,
powodującego jej kruszenie bądź miażdżenie.

Twardość minerałów określa się porównując ją do twardości
minerałów wzorcowych, tworzących skalę Mohsa.
Jest to zestaw 10 minerałów ułożonych kolejno od najmniej do
najbardziej twardego:

Skala twardości Mohsa podaje
tylko następstwo twardości, a
więc szereg minerałów
rysujących kolejno wszystkie
poprzednie.
Minerały o
twardości 1 i 2 dają się łatwo
zarysować paznokciem, o
twardości 1 do 4 - gwoździem
żelaznym, o twardości do 5 -
ostrzem stalowym. Minerały o
twardości 7 i większej są zdolne
zarysować szkło. Twardość jest
cechą charakterystyczną i stałą
dla danego minerału.

8. Gęstość właściwa.

W przypadku niektórych minerałów stanowi doskonałą cechę
rozpoznawczą (np. - 4,5 g

.

cm

-1

, - 7,58 g

.

cm

-1

). Większość

minerałów skałotwórczych ma jednak gęstość rzędu 2,5 - 3,5
g

.

cm

-1

.

Formy występowania minerałów

Minerały występują w przyrodzie pojedynczo lub w zespołach.

Do bardziej interesujących należą:

• szczotki krystaliczne -stanowią zespół wydłużonych kryształów,

wyrośniętych z jednej podstawy;

• druzy (geody)- różnie skalne o postaci kuli lub elipsoidy

wewnątrz częściowo wypełnione rosnącymi ku środkowi
kryształami, np. kwarcu niskotemperaturowego;

• ziarniste ; wielkoziarniste, gruboziarniste, średnio- i

drobnoziarniste;

• sferolity- formy kuliste zbudowane z kryształów promienistych,

• nerkowate lub groniaste o kształcie kuli zbudowanej przez zespół

pojedynczych form na tej powierzchni kulistej;

• oolity- skupienia złożone z kulek o średnicy do kilku mm;

• promieniste- kryształy w postaci pręcikowej lub igiełkowej

rozchodzące się promieniście od pewnego punktu;

• zbite- nagromadzenie bardzo drobnych ziaren o średnicy poniżej

0,2 mm;

• współśrodkowo-skorupowe- formy owalne zbudowane z warstw

współśrodkowo ułożonych, a kryształy budujące te warstwy są
ułożone radialnie;

• stalaktyty, stalagmity, stalagnaty- sople zwisające ze sklepień

jaskiń, wyrastające z podłoża (dna) i ostatnia, ostateczna postać,
powstała z połączenia stalaktytów i stalagmitów

.

3.2. Główne minerały skałotwórcze

Na podstawie składu chemicznego minerały można podzielić na:
• minerały o stałym składzie chemicznym,
• minerały o zmiennym składzie chemicznym.

Ze względu na ilościowy udział minerałów w skale, możemy

je podzielić na minerały:

• główne- decydujące o definicji skały,

• poboczne- występują w małych ilościach (podrzędne); ich

obecność nie wpływa na stanowisko systematyczne skały,
lecz jedynie na bliższe określenie nazwy skały

• akcesoryczne- występują niemal w każdej skale, lecz ich

obecność nie ma wpływu ani na nazwę, ani na stanowisko
systematyczne skały.

MINERAŁY GŁÓWNE

Grupa krzemionki SiO

2

Do tej grupy należą trzy główne odmiany polimorficzne: kwarc,
trydymit i krystobalit, przy czym każda z nich ma jeszcze dwie
modyfikacje.

Kwarc
występuje w skałach magmowych przesyconych krzemionką. W
skałach takich po związaniu krzemionki w glinokrzemianach i
krzemianach pozostaje jej nadmiar krystalizujący w postaci kwarcu.
Przykładem takich skał jest granit zawierający około 33% kwarcu
( całkowita zawartość SiO2 w granicie dochodzi do 72%). Podczas
wietrzenia granitów kwarc jako minerał odporny chemicznie ulega
jedynie mechanicznemu rozdrobnieniu, rozpada się na ziarna żwiru i
piasku.

Wzór chemiczny: SiO2 (46,7% Si, 53,3% O2). Jest bardzo stały, sieć

przestrzenna niechętnie przyjmuje obce atomy.

Barwa: Bezbarwny. Zabarwione odmiany noszą odrębne nazwy

mineralogiczne.
Rysa: Biała.

Twardość: 7 (w skali Mohsa), kruchy

Łupliwość: Niewyraźna, przełam muszlowy.

Przezroczystość: Przezroczysty, dla odmian barwnych przezroczysty,

przeświecający, nieprzezroczysty.

Połysk: Szklisty, na powierzchni przełamu tłusty.

Przełam: Włóknisty, promienisty, skorupowy, ziemisty.

Układ krystalograficzny: Trygonalny, klasa trapezoedru

trygonalnego.

Gęstość: G = 2,65 g/cm3
Własności chemiczne: Kwarc jest jednym z najpospolitszych

minerałów w przyrodzie, jest on bowiem związkiem dwóch

najpospolitszych w skorupie ziemskiej pierwiastków: tlenu i krzemu.

Dwutlenek krzemu SiO2 określa się nazwą krzemionki. Nadzwyczaj

odporny na działanie wszystkich czynników chemicznych. W

kwasach nie rozpuszcza się, fluorowodór.
Występowanie: Krzemionka występuje w przyrodzie w postaci kilku

minerałów, które tworzą się w różnych warunkach genetycznych.

KWARC

Agaty

Ametyst (kwarc fioletowy)

Kwarc mleczny

Cytryn (kwarc żółty)

Kwarc zadymiony

Kwarc różowy

Chryzopraz

Tygrysie oko

Jaspis

Skalenie

Należą one do najbardziej rozpowszechnionych minerałów w skorupie
ziemskiej. Grupa skaleni obejmuje glinokrzemiany K, Na i Ca. Wśród skaleni
powszechne jest tworzenie kryształów mieszanych, które polega na
wzajemnym zastępowaniu się jonów

Ze względu na dużą ilość skalni dzieli się je na dwa szeregi:

• Skalenie potasowe,

• Skalenie sodowo-wapniowe, czyli plagioklazy.

Najpospolitszą odmianą szeregu skaleni potasowych jest
ortoklaz, o wzorze chemicznym K[AlSi3O8].

Niektóre cechy makroskopowe:
Barwa: od białej, szarej, żółtawej, poprzez różową , aż po ceglastoczerwoną.
Twardość: 6,0 - wzorcowa w skali Mohsa.
Łupliwość: doskonała.
Gęstość: 2,53 - 2,56 g . cm-3.
Występowanie: skały magmowe : granity, sjenity, ryolity, trachity.

Skalenie sodowo-
wapniowe są to
glinokrzemiany Na i Ca.
Budują one grupę
skaleni mieszanych,
tzw. szereg
plagioklazów, którego
głównymi składnikami
są:
albit – Na[Al Si3O8] i
anortyt Ca[Al2 Si2O8]

Niektóre cechy makroskopowe:

Barwa: jasna - biała, szara, kremowa, czasem żółta lub brunatna.
Twardość: 6,0 - 6,5.
Łupliwość: doskonała.
Gęstość: stopniowo zwiększa się od 2,61 g . cm-1 (albit) do 2,77 g
. cm-1 (anortyt).

Występowanie: Plagioklazy występują we wszystkich skałach
magmowych, z wyjątkiem skał bardzo niedosyconych krzemionką,
oraz w skałach metamorficznych (gnejsy).
Mają udział w budowie skał osadowych - plagioklazy kwaśne, o
większej od plagioklazów zasadowych odporności na wietrzenie.

Skaleniowce

Skaleniowe są minerałami podobnymi
do skaleni, lecz uboższymi w
krzemionkę. Dlatego też nie
występują w skale nigdy obok kwarcu
pierwotnego.
Wchodzą w skład skał zasadowych.

Najważniejsze odmiany skaleniowców
to:
Leucyt K[AlSi

2

O

6

]

Nefelin Na[AlSiO

4

]

Niektóre cechy makroskopowe:

Barwa: kryształy bezbarwne, białe lub szare.
Twardość: 5,5 - 6,0.
Gęstość: 2,45 - 2,5 g . cm-1.

Łyszczyki (miki)

Grupa łyszczyków, zwanych również mikami,
obejmuje szereg minerałów o zbilżonych
cechach fizycznych.
Skład chemiczny oraz ich struktura są
skomplikowane.
Łyszczyki są uwodnionymi glinokrzemianami
potasu oraz kationów dwu- i
trójwartościowych: glinu, magnezu, żelaza i
innych.

Miki dzielą się na dwie grupy: jasne i ciemne.
Najpospolitszymi ich przedstawicielami są:

Muskowit mika jasna (biała)
Biotyt mika ciemna (czarna).

Wszystkie łyszczyki posiadają budowę
trójwarstwową.

Różna jest odporność mik na wietrzenie:
muskowit jest bardzo odporny (znajdziemy
go w zwietrzelinach), biotyt- mało.

Łyszczyki występują powszechnie w wielu skałach. Należą do głównych
minerałów skał magmowych, są ważnymi składnikami skał
metamorficznych i często występują w skał osadowych. Minerały
należące do tej grupy są pospolite w wielu zwietrzelinach, gdzie
zwracają na siebie uwagę charakterystycznym blaszowatym kształtem i
połyskliwością (tzw. kocie złoto).

muskowit

biotyt

Pirokseny

Tworzą liczną grupę minerałów o zróżnicowanym i dość skomplikowanym
składzie chemicznym.
Ogólnie można określić, że są krzemianami wapnia, magnezu i żelaza, w
mniejszym stopniu manganu, sodu a także glinu.
Pirokseny tworzą mniej lub bardziej ciągłe szeregi kryształów
mieszanych.

Ich odporność na wietrzenie chemiczne
jest słaba.
Pirokseny występują zarówno w
skałach magmowych obojętnych, jak i
zasadowych, w kwaśnych są nieco
mniej pospolite

.

Najbardziej
rozpowszechnionym minerałem
z grupy piroksenów jest augit.

Amfibole

Najpospolitszym minerałem występującym w skałach magmowych jest
hornblenda. Amfibole podobnie jak pirokseny występują licznie w
skałach magmowych, a przede wszystkim w skalach zasadowych i
obojętnych.

Podobnie jak pirokseny
tworzą grupę, do której
należy dużo minerałów
o znacznej zmienności
składu chemicznego.
Skład chemiczny
amfiboli jest zbliżony
do piroksenów, z tym że
amfibole są
uwodnionymi
krzemianami (zawierają
grupę OH).

Oliwiny

Minerały należące do tej grupy są
krzemianami żelaza i magnezu o
ogólnym wzorze (Mg,Fe)2 [SiO4].

Oliwiny charakteryzują się słabą
odpornością na wietrzenie chemiczne.
Ulegając wietrzeniu oliwin może
przeobrazić się w limonit i węglany z
wydzieleniem krzemionki, jednak
najczęstszym przeobrażeniem jest
serpentyn.

Są one składnikiem głównie
zasadowych skał magmowych i w
niewielkich ilościach niektórych
obojętnych (gabro, bazalt. Występują
zatem w skałach ubogich w
krzemionkę.

Oliwin w bazalcie

MINERAŁY POBOCZNE I AKCESORYCZNE (DODATKOWE)

Najczęściej występują one w skale w rozproszeniu w postaci drobnych,
niedostrzegalnych makroskopowo kryształów.
Do najpospolitszych minerałów w tej grupie należą:

Magnetyt – o wzorze Fe

3

O

4

–

tworzy kryształy o barwie i
rysie czarnej.

Hematyt – o wzorze Fe2O3 –
tworzy blaszki o barwie
najczęściej czarnej, czerwono
prześwietlającej.

Granaty – dość liczna
grupa minerałów
(krzemiany żelaza,
wapnia, magnezu, glinu
i innych metali).

Piryt – o wzorze FeS2

Turmaliny – duża grupa minerałów
(uwodnione borokrzemiany
rozmaitych metali).

Rutyl – dwutlenek
tytanu TiO

2

.

Tytanit – krzemian tytanu i
wapnia o składzie CaTiSiO

5

.

Apatyt – fosforan wapnia,
zawierający fluor, czasem
chlor.

Cyrkon – krzemian cyrkonu
ZrSiO4.

3.3.1. Minerały skał magmowych

W zależności od ilościowego udziału minerały skałotwórcze
skał magmowych dzieli się na:

• Główne - z których zbudowana jest przeważająca część
skały. Ich obecność decyduje o przynależności skały do danej
grupy. Do minerałów tych należą skalenie, kwarc, łyszczyki
amfibole, pirokseny, oliwiny i skaleniowce.

• Poboczne - pospolite w wielu skałach, ale występujące w
niewielkich ilościach. Należy tu magnetyt, apatyt, hematyt i
inne.

• Akcesoryczne - obecne w małych ilościach i nie we
wszystkich skałach. Mogą one występować lokalnie w
większych ilościach, jako charakterystyczny składnik skały,
np. granit z granatami.

3.3.2.Minerały skał osadowych

Wśród budujących skałę osadową minerałów ze względu na ich
pochodzenie wyróżnić możemy dwie główne grupy:

•

minerały autogeniczne

minerały autogeniczne czyli minerały powstałe w środowisku

(w basenie sedymentacyjnym) tworzenia się skały osadowej.
Zaliczamy do nich: skalenie, kwarc, łyszczyki.

•

minerały allogeniczne

minerały allogeniczne w przeciwieństwie do minerałów

autogenicznych pochodzą spoza basenu sedymentacyjnego
skały osadowej. Należą do nich: węglany, siarczany, chlorki,
wodorotlenki i inne.

W grupie minerałów autogenicznych, czyli wśród materiału
detrytycznego (okruchowego), dominuje kwarc w większym lub
mniejszym stopniu obtoczony na skutek transportu. Skalenie
występują w nieznacznych ilościach z uwagi na mniejszą
odporność na procesy wietrzeniowe, podobnie jak i plagioklazy.
Z minerałów akcesorycznych obecne są odporne na wietrzenie
cyrkon, turmalin, rutyl, chloryny i wodorotlenki żelaza.
Głównymi minerałami allogenicznymi są: minerały ilaste,
glaukonit, opal i chalcedon, węglany, siarczany, chlorki i tlenki
żelaza oraz fosforany.

Minerały autogeniczne i allogeniczne mogą występować w
jednaj skale.

Opal i chalcedon są zbudowane z uwodnionej krzemionki

opale

krzemienie

Minerały węglanowe
Z węglanów najważniejszy jest węglan wapnia CaCo3, występujący w
dwóch modyfikacjach, a mianowicie jako kalcyt i aragonit.

kalcyt

aragonit

Syderyt jest węglanem
żelazowym

Dolomit jest to węglan wapnia i magnezu

Gips jest dwuwodnym siarczanem wapnia CaSO

4



2H

2

O.

Baryt BaSO

4

jest siarczanem baru

Siarczany

Anhydryt jest bezwodnym siarczanem
wapnia.

Sól kamienna czyli halit, jest chlorkiem
sodu NaCl.

Tlenki żelaza

limonit 2Fe2O3  2H2O

Minerały solne

Sylwin
KCl

3.3.3.Minerały skał metamorficznych

Skład mineralny skał metamorficznych zależy w dużym stopniu od
skały wyjściowej. Większość minerałów skałotwórczych wytrzymuje
proces metamorfizmu. W procesie przeobrażania skał znikają np.
minerały ilaste. Pojawiają się również nowe minerały,
charakterystyczne wyłącznie dla tej grupy skał, jak np.: talk, korund
lub grafit.

Talk

Korund

Grafit