Mineraloogia

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

---

Mineraloogia tegeleb mineraalide uurimisega

Mineraloogia on teadusharu, mille uurimisobjektiks on mineraalid.

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

Mineraloogia on tihedais seoseis kristallograafia, keemia, füüsika ja geoloogiaga. Seda loetakse geoloogia alldistsipliiniks.

Ajalugu

Mineraloogia on vana teaduse haru, millest huvitusid juba Vana-Kreeka filosoofid. Kristall tuleneb juba kreeka keelest κρύσταλλος, mis tähendab jääd ning kasutati kvartsi nimetamisel. Usuti, et vesi, mis kristalliseerus kõrgel rõhul sügaval maa sisemuses, muutub kvartsiks. Siiamaani kasutatakse terminit "mäekristall" läbipaistva, värvitu kvartsi nimetamiseks. Kreeka filosoof Theophrastos (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 pärast Georgius Agricola raamatu "De Re Metallica" avaldamist aastal 1556. Järgnenud sajanditel tehti mitmeid tähtsaid avastusi, millele andis hoogu mikroskoobi leiutamine 17. sajandil. Nicolaus Steno avastas 1669. aastal, et kristallide tahkudevahelised nurgad jäävad alati samaks, sõltumata kristalli suurusest või kujust (teatud ka kui kristallograafia esimene seadus). 1784. aastal pakkus Prantsuse teadlane René 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 keemik J. J. Berzelius ning see on kasutusel ka tänapäeval.

Mineraalide atomaarse struktuuri üle jätkusid vaidlused kuni 1912. aastani, kui röntgenikiirgusega kiiritati kristalle ning jälgiti difraktsiooni. Selle abil tõestas Max von Laue mineraalide kristallvõre struktuuri. 20. sajandi alguses jätkus röntgenikiirte kasutamine analüütilise vahendiga, millele hiljem lisandusid elektronmikroskoop ja spektromeetrid.

Süstemaatika

Variskiit liivakivi lõhedes

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, näiteks haabituse, 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

Skarn on moondekivim, mis tekib magmaplutoonidest pärit hüdrotermaalsete lahuste ja plutoone ümbritsevate karbonaatsete kivimite vahelise keemilise reaktsiooni tulemusel. Selle tagajärjel tekivad kaltsiumi sisaldavad silikaadid (antud juhul roheline pürokseen augiit ja oranž granaat grossular). Sinine mineraal on kaltsiit (karbonaatsete kivimite peamine koostismineraal). Pildil kujutatu laius on 6 cm

Mineraalide teke võib aset leida väga erinevates süsteemides, mida saab jagada üldiselt kaheks: endogeensed ja eksogeensed tekkeprotsessid.

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 nagu hematiit (Fe₂O₃), realgar (AsS) kristalliseeruvad vulkaanilisest gaasist.
• Magmatism – vedela magma jahtudes ning rõhu vähenedes kristalliseerumine.
• Moone – kivimite ümberkristalliseerumine kõrge 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 on magnetiit. Maitse järgi saab kindlaks teha halogeniidide hulka kuuluvaid mineraale nagu haliit (NaCl), sülviin (KCl), karnaliit (KMgCl₂*6H₂O), mis maitsevad soolaselt või kibesoolaselt.

Muud omadused:

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

Optilised omadused

Epidoot polarisatsioonimikroskoobi all

Makroskoopiliste omaduste kõrval leidub mineraalil mitmeid omadusi, mida saab vaadelda õhikus polarisatsioonimikroskoobi all. 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. Murdumisnäitaja sõltub suunast. Polarisatsioonimikroskoobi all on isotroopsed mineraalid alati mustad, anisotroopsetel mineraalidel on näha erinevaid interferentsvärvusi, mis tekivad tavalise valguse interferentsi tõttu 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 näiteks teemandi, räni ja germaaniumi kristallid.
• 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 ehk van 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 näiteks malahhiidi olemasolu, mis juhtis vasemaagini, ning need tuginesid suuresti visuaalsel vaatlusel. Tänapäevased meetodid lubavad uurida maapinda, kasutades elektromagnetilist spektrit, mille abil on leitud ühed suurimad rauamaagi leiukohad Brasiilias.

Vääriskividega tegeleb gemmoloogia, 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 tööd tsemenditööstuses. Tsemendi uurimisel kasutatakse meetodeid, mis on mineraloogias kasutusel. Olles ehituses väga tähtis materjal, on palju huvi tsemendi kõvenemise, korrosiooni ja lagunemise protsessidest aru saamisel.

Meditsiinis leiavad mineraloogilised meetodid kasutust, sest näiteks inimese kondid ja hambad koosnevad biogeensest apatiidist. Mineraalid nagu soolad ja kaltsium on vajalikud toitainete komponendid. Mineraalid võivad olla ka ohtlikud tervisele nagu asbest või radioaktiivsed mineraalid.

Vaata ka

• Mineraalide loend

Kirjandust

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