Skały i minerały na Ziemi

Na początek należałoby wyjaśnić, co to są minerały. A więc minerały to są występujące w przyrodzie nieorganiczne ciała stałe o określonym składzie chemicznym i uporządkowanym układzie atomów. Większość pierwiastków wchodzących w skład skorupy naszej planety w wyniku procesów geologicznych łączy się ze sobą, tworząc minerały (do tych pierwiastków należą: tlen, krzem, glin, żelazo, wapń, sód, potas, magnez i trochę innych pierwiastków – ok. 1%...). Każdy minerał ma charakterystyczne właściwości fizyczne i chemiczne, dzięki czemu może być rozpoznawany. Niektóre właściwości mają duże znaczenie w nauce i przemyśle – przez badanie właściwości minerału geologowie mogą dowiedzieć się, jak powstawał, a także rozpoznać, jaki to minerał. Jednakże istnieją minerały identyczne pod względem chemicznym – z powodu ich innej struktury. Np. pierwiastek węgiel występuje jako grafit i diament... Różnica ta wynika z odmiennego ułożenia atomów. W graficie każdy atom węgla jest mocno złączony z trzema innymi w tej samej warstwie. Ale warstwy są od siebie dość odległe – i dlatego słabo połączone. Za to w diamencie każdy atom węgla jest silnie złączony z czterema innymi, a wszystkie tworzą sztywną, gęstą strukturę.

Twardość minerałów mierzy się w skali Mohsa (od 1-10). Twardość minerału zależy od siły, z jaką wiążą się atomy. Najbardziej miękki minerał to talk, a następne to gips, kalcyt, fluoryt, apatyt, ortoklaz, kwarc, topaz, korund i ostatni, najtwardszy – diament. Jednak odstępy pomiędzy rzeczywistymi twardościami minerałów, a odstępy w skali Mohsa są nierówne. Tak naprawdę diament jest 40 razy twardszy od talku, a za to korund tylko 9 razy.

Niektóre kryształy mają tendencję do pękania wzdłuż określonych linii – ta własność jest spowodowana uporządkowanym rozmieszczeniem atomów w krysztale. Dla przykładu: Antymonit (ruda antymonu – takiego pierwiastka) wykazuje doskonałą łupliwość na cieniutkie blaszki, a to dzięki słabym wiązaniom między łańcuchami atomów antymonu i siarki. Galena dzięki specyficznemu rozmieszczeniu atomów ołowiu i siarki, po uderzeniu, na powierzchni kryształu tworzą się specyficzne schodki.
Co ciekawe, istnieją minerały o właściwościach magnetycznych. Dwa pospolite minerały, magnetyt i pirotyn (oba to związki żelaza) są silnie magnetyczne.

To teraz przejdźmy do skał. Skały to są naturalne kombinacje jednego lub kilku minerałów. Niektóre skały, takie, jak kwarcyt lub marmur, zawierają tylko jeden minerał. Zazwyczaj w skale jest kilka rodzajów minerałów, których wielkość ziaren i struktura jest zależna od tego, jak dana skała powstawała. W gruboziarnistej skale, takiej jak granit, trzy główne minerały wchodzące w skład skały są widoczne gołym okiem – kwarc (szary), skaleń (różowy lub biały) i mika (czarna). Za to bazalt (skała z wulkanów) składa się głównie z trzech minerałów – oliwinu, piroksenu i plagioklazu. Jednak dlatego, że te minerały mają drobne ziarenka, nie można ich rozróżnić gołym okiem.

Skały i minerały występują w najróżniejszych postaciach – nie muszą twarde i mocne – sypki piasek czy ił też są uważane za skały. Wielkość ziarenek minerałów waha się od kilku milimetrów do kilku metrów.

Gdy skały skorupy i górnego płaszcza się topią i zamieniają w magmę, może się ona wydostawać na powierzchnie podczas erupcji wulkanu. Gdy magma wyschnie, powstają skały magmowe wylewne. Przykładową skałą magmową jest bazalt. Magma, która nie wydostanie się na powierzchnię i wyschnie pod ziemią, zwana jest skałą magmową głębinową. Jedną z takich skał jest granit, który składa się głównie z ziaren kwarcu, skalenia i miki. Poszczególne ziarna są duże, ponieważ tworzyły się, gdy magma wolno stygła głęboko w ziemi. Inną skałą magmową głębinową jest obsydian. Jest to skała, która powstała przez szybkie ochłodzenie lawy. Obsydian ma kolor smoły i wygląda jak szkło.

Skały wytworzone przez działalność wulkaniczną można podzielić na dwie grupy – na skały piroklastyczne oraz lawy kwaśne i zasadowe. Skały piroklastyczne powstają ze stałych brył albo z plastycznych jeszcze kawałków lawy wyrzucanych z krateru wulkanu, które krzepną w locie. Natomiast skały z zestalonej lawy są różne, zależnie od jej typu.
Skały metamorficzne to są skały magmowe lub osadowe, które zostały zmienione przez ciepło i ciśnienie. Minerały w skałach rekrystalizują się i tworzą nowe minerały.

Skały osadowe to są skały poddane wietrzeniu i erozji. Często fragmenty tych skał przemieszczają się na nowe miejsce (np. w inne koryto rzeki) i tam odkładają jako osad, zazwyczaj warstwami, które są potem zasypane. Z czasem następuje połączenie się wszystkich cząsteczek – powstają wtedy nowe skały, zwane osadowymi. Wiele skał osadowych składa się z resztek kiedyś żyjących organizmów. Czasami pozostałości zwierząt są bardzo wyraźne, co pozwala czasami rozpoznać organizmy sprzed 160 mln lat (!).

W tym referacie nie napisałem jeszcze o wielu rzeczach, choćby o kamieniach szlachetnych, marmurze czy o zastosowaniu minerałów przemyśle. Temat skał i minerałów jest bardzo obszerny i trudno wszystko napisać w jednym referacie i do tego w krótkim czasie.