Минерал

Минералите са твърди природни, неорганични, по-рядко органични обекти, с определена структура и химичен състав, образувани при определени физикохимични условия в резултат на различни геоложки процеси. Те са съставните части на скалите и рудите, но образуват и собствени находища. Срещат се както в земната кора, така и на други обекти в Слънчевата система и на другите небесни тела. Изграждат твърдата част на планетите, спътниците, метеоритите и т.н. Техните химични структури обикновено са строго определени, но съотношението на химичните елементи в тях понякога варира в определени граници.

Минералите са относително еднородни, което се обуславя от определения химичен състав и подреждането на химичните елементи в еднакви структури], тъй като елементите в тях са подредени в характерни геометрични форми. Почти всички минерали, с много малко изключения, имат кристална структура. Колоидните (колоидно-дисперсни) минерали с приета аморфна структура при рентгенографски и електронографски изследвания също показват кристално устройство, но при тях тези структури са с много по-малки размери. По-голямата част от познатите до днес над 4000 минерални вида са неорганични, но съществуват и органични минерали – например кехлибар.National Geographic/Minerals and Gems Химичните елементи, които се срещат в природата в естествено състояние, също се определят като минерали.The Mineral & Gemstone Kingdom/What Defines a Mineral

Думата минерал произлиза от термина minera, означаващ къс руда или камък, от който може да се получи някакъв метал. Науката, която се занимава с изучаването на минералите, се нарича минералогия.

Определение С развитието на науката минералогия през вековете определението за понятието минерал непрекъснато еволюира. В съвременната литература съществуват няколко дефиниции за него. Според дефиницията, приета от Международната минералогическа асоциация през 1995 г. минерал е всяко естествено твърдо вещество, характеризирано обикновено с кристална структура и образувано при геоложки процеси. Химичният състав на минералите обикновено е постоянен, но при някои може да варира в определени граници. Самородните химически елементи също се приемат за минерали. Това определение изключва от групата на минералите всички биогенни химични съединения, формирани извън геоложките процеси като черупки на мекотели, пикочни камъни, оксалатни кристали в тъканите на растенията и др. Въпреки това, ако в процеса на създаването на едно вещество са участвали и геоложки фактори, то може да бъде прието за минерал. Пример за това са кехлибарът и уевелитът.

Изкуствено получените химични съединения не могат да се нарекат минерали, защото не се срещат свободно в природата. Като изкуствени (синтетични) минерали се обозначават само тези продукти, които точно отговарят на състава и физичните свойства на природните си аналози.

Съществува един тип вещества, наричани минералоиди. Макар и да не попадат точно в категорията на минералите, те все още обикновено се класифицират като такива. Пример за това е опалът, който няма кристална структура и постоянна химична формула.

История

Праисторията на човечеството, още от неолита и палеолита, е тясно свързана с използването на различни камъни – скали и минерали, като първобитни оръжия и сечива. През Античността вече се развива добива на основните метали от земните недра – мед, злато, сребро, желязо, калай, а редица минерали имат ценно приложение като се използват за пигментиране, декорации, накити и др.

Най-древният писмен източник, в който се споменават минерали и скали е китайският трактат „Шанхайдзин“ („Древни приказки за планини и морета“) от V в. пр.н.е. В него се изброяват метали като злато, сребро, мед, калай, желязо и някои минерали – нефрит, реалгар, магнетит, куприт, яспис и арагонит. Първият специализиран трактат само за минералите е „За камъните“ от Теофраст, ученик на Аристотел, който се приема и за основоположник на минералогията. В него са описани 59 природни и изкуствени минерални вещества, от които 32 минерала, 14 скали и 7 изкуствени продукта. Около 400 години по-късно Плиний Стари събира в четири тома всичко, известно по онова време за минералите. През ХІ век Авицена и Ал-Бируни изучават свойствата на минералите, уточняват диагностиката и правят първата им систематика. В средата на ХІІ век Мохамед бен Мансур написва „Книга за скъпоценните камъни“, която се приема като първия систематичен труд по минералогия. Един век по-късно доминиканският монах Алберт Велики описва свойствата на 94 минерала и поставя началото на аналитично химичните им изследвания. През ХVІ век немският лекар, геолог и минералог Георг Агрикола дава тласък на втория етап от развитието на минералогията, като я допълва с идеи за образуването и откриването на различни минерали. За първи път се прави и разлика между минерали и скали. В началото на ХVІІІ век науката минералогия получава сериозно развитие от Аксел Кронщед и Якоб Берцелиус. По-късно към техните трудове се добавят и тези на Дж. Д. Дейна, Карл Линей, А.Г. Вернер, шотландеца Джеймс Хътън и др. През ХІХ век за развитието на науката за минералите работят Вайс, Джон фон Нойман, Фридрих Моос, Василий Севергин, Г. Розе, Митчерлих. Мориц Франкенхайм извежда за първи път 32-та класа на симетрия, Огюст Браве описва 14-те пространствени решетки. У. Сорби използва микроскопа при изучаване на тънки минерални пластинки, поставяйки началото на кристалооптичните изследвания. По-късно те са доразвити от Лакруа и Беке. Водещи имена в минералогията са още руснаците Владимир Вернадски и Александър Ферсман, както и роденият в Цюрих Виктор Голдшмит. Откритието на Дмитрий Менделеев на периодичното подреждане на елементите дава възможност за развитие на геохимията. Съвременният етап от развитието на минералогията се характеризира с усъвършенствани методи за изследване на минералите и техните свойства.

В България първият минералогичен труд е написан от проф. Георги Златарски, в който обнародва около 50 минерални вида и разновидности. Академик Георги Бончев полага основите на българските минералогия и петрография. През 1923 г. издава труда си „Минералите на България“, в който разглежда над 100 минерални вида. Един от най-известните български минералози на ХХ век е акад. Иван Костов, чиято монография „Минералогия“ е преведена на руски и английски.

Генезис

Генезисът на минералите се определя като съвкупност от начина на зараждане, растеж и изменение на минералите, от физико-химичния механизъм на кристализация и от геоложките процеси на минералообразуване. Формирането на минералите като съставна част от земната кора е тясно свързано с образуването на различни видове скали. Осъществява се чрез кристализация на природни стопилки, разтвори или пари или от взаимодействието между газове и разтвори с твърдата част на земната кора. Минералите се образуват при кристализация на магмата (под земната повърхност) или на лавата (над земната повърхност), при седиментация (утаечни процеси във водните басейни) и при прекристализация (метаморфизъм) на вече образуваните магмени и седиментни скали.

Значителната част от земната кора е изградена само от осем химични елемента, което определя и основния състав на минералите. Това са елементите (със съответния си масов процент) кислород (46,60%), силиций (27,72%), алуминий (8,13%), желязо (5,00%), калций (3,63%), натрий (2,83%), калий (2,59%) и магнезий (2,09%). Четири други елемента се срещат в количества между 1% и 0,1% – титан, фосфор, водород и манган. Всички останали елементи съставят не повече от 0,5% от масата на земната кора и концентрацията им не е достатъчна за да образуват самостоятелни минерали. Те се срещат само като слаби примеси в минералите.

В зависимост от местообразуването на минералите, техните находища се разделят на две групи, между които се наблюдават и преходни типове:Все о геологии/Процессы минералообразования

Ендогенни – образувани в дълбоките отдели на земната кора и по-специално тези, свързани с процесите в магмата. Възможно е да са образувани и на повърхността, но от изнесени от дълбочина материали. Минералите се формират при високи температура (800 °C-20 °C) и налягане (от няколко хиляди до една атмосфера). В зависимост от начина на образуване се разделят на магматогенни и метаморфогенни. Екзогенни – образувани в повърхностните отдели на литосферата. Към тях се отнасят процесите на изветряне (супергенеза), формират се при ниска температура (0 °C-30 °C) и обикновено налягане от една атмосфера. Според начина на образуване на минералите се разделят на супергенни и седиментогенни.

Ендогенните и екзогенните процеси се подразделят на няколко групи и подгрупи:

Магмени процеси – поделят се на интрузивни и ефузивни. Пегматитов процес Хидротермални процеси – плутогенни, вулканогенни и магматогенни Супергенни процеси – кори на изветряне и зони на окисление и инфилтрационни процеси Седиментогенни процеси – кластични, хемогенни и биогенни, вулканогенно-кластични Метаморфогенни – регионален метаморфизъм, контактен метаморфизъм, дислокационен метаморфизъм, импактен метаморфизъм и метасоматични процеси.

Морфология

Обикновено минералите се разглеждат като кристализирали твърди тела. Появяват се в аморфно състояние много рядко и то при особени случаи, например при образуване на природно кварцово стъкло. Разликата между тези две състояния е много малка – при аморфното се наблюдава плавен преход, а при кристалното свойствата на веществото се променят скокообразно. Като аморфни тела обикновено се разглеждат отложенията от колоидни разтвори, т.нар. колоидни или колоидно-дисперсни минерали. В природата отлагане на минералите от колоидни разтвори се наблюдава главно в повърхностните части на земната кора, но образуваните минерали след време преминават от типично колоидни агрегати към кристални, като запазват само външната си аморфност. Чрез рентгенографски и електронномикроскопски изследвания е доказано, че аморфните минерали всъщност са много финокристални и до голяма степен изчистени от примеси.

Разлика между минерали и скали Минералите са относително еднородни съставки на земната кора. Свързани един с друг по различен начин те образуват скали. Свойствата на скалите зависят от вида и количественото съотношение на минералите, които ги съставят. Повечето от скалите представляват полиминерални агрегати, тъй като са образувани от няколко минерала, всеки със собствените си свойства, което дава възможност те да бъдат различавани един от друг в състава на самата скала. Например гранитът се състои от три минерала – ортоклаз, кварц и слюда, всеки от които е визуално различим от останалите. Макар и по-рядко, съществуват и мономинерални скали, какъвто е мраморът, съставен почти изключително от минерала калцит под формата на зърна, плътно прилепнали едно към друго.

Класификация на минералите

С развитието на минералогията са създавани различни видове класификация на минералите и с различни подходи към нея. Към края на ХІХ век и след това тези класификации са от четири типа – генетични, геохимични, кристалоструктурни и кристалохимични. Съвременните класификации са кристалохимични, създадени въз основа на химичния състав и кристалната структура на минералите. Като пример на този тип са класификациите на Поварених от 1966 г. и тази на Щрунц от 1967 г. В България е прието да се работи по класификацията на акад. Иван Костов от 1993 г.

Названия на минералите

Наименованията на съществуващите и нови минерали се съгласуват с Международната минералогическа асоциация (IMA), към която през 2006 г. е създадена комисията за номенклатура и класификация на нови минерали (New Minerals, Nomenclature and Classification) (CNMNC). Целта ѝ е да се справя с всички проблеми във връзка с наименованията на минералите и съществуващите системи за класификацията им.