Minerál

O iných významoch výrazu minerál pozri minerál (rozlišovacia stránka).

Rôzne druhy kryštálov kremeňa, jedného z najbežnejších minerálov. Prírodovedné múzeum vo Frankfurte.

Zbierka rôznych minerálov

Detail labradoritu

Minerál alebo nerast je homogénna prírodnina s presne definovateľným chemickým zložením a s vysoko usporiadanou stavbou častíc. Väčšinou vzniká v anorganickými procesmi. Ich tvrdosť sa meria Mohsovou stupnica tvrdosti. Minerály majú tieto vlastnosti:

• za normálnych podmienok ide o kryštalickú látku
• prirodzene sa vyskytuje v prírode
• má rovnorodé chemické zloženie (môže sa však v rámci istých medzí meniť) a rovnorodé fyzikálne vlastnosti v ľubovoľnej časti (rovnorodú štruktúru aj na mikroskopickej úrovni); samozrejme sa nevylučuje prítomnosť vrastlíc a iných porúch v mineráli

Hoci je veľká väčšina minerálov anorganická, existuje aj niekoľko organických minerálov. Okrem toho sa niekedy uvádza, že môže byť akéhokoľvek skupenstva, čiže sem patria aj plyny ako oxid uhličitý či sírovodík. Ďalej sa niekedy uvádza, že museli vzniknúť prostredníctvom geologických procesov (teda na Zemi), ale dnes sa už za minerály považujú aj látky z iných kozmických telies (Mars, Mesiac, meteority). Minerály sú materiálom, z ktorého pozostávajú všetky horniny.

Existuje niekoľko substancií považovaných často za minerály, hoci porušujú vyššie uvedenú definíciu, sú to napríklad:

• dve kvapalné látky: ortuť a kvapalná voda (niekedy sa voda v kvapalnom stave, na rozdiel od ľadu medzi minerály neradí)
• mineraloidy, čiže amorfné anorganické (po slovensky beztvaré neústrojné) látky bez kryštálovej štruktúry, ktoré inak spĺňajú definíciu minerálu (opál, obsidián); amorfné minerály vytvárajú zvyčajne guľovité alebo hroznovité útvary
• biogénne (čiže v živých sústavách obsiahnuté) materiály, ak sa na ich formovaní podieľali geologické procesy (napr. minerály guana).

Naopak za minerály nie sú považované:

• atmosférické plyny atď. (tie sa však niekedy za minerály považujú, pozri vyššie)
• ropa a nekryštalické bitúmenové látky, napr. uhlie, tie sa však za minerály často považujú tiež
• antropogénne (človekom vytvorené) materiály, geologickými procesmi modifikované antropogénne materiály,
• látky vzniknuté zásahom človeka do prírody (napr. produkty horenia uhoľných háld), ale naopak za minerály považujeme látky vzniknuté premenou materiálu háld baní, na stenách baníckych diel atď.
• biogénne materiály, ak nie sú modifikované geologickými procesmi (žlčové kamene, schránky mäkkýšov a pod.),
• zmesi minerálov (horniny)
• horniny, čo sú obyčajne mechanické zmesi rôznych minerálov (napr. žula sa skladá z kremeňa, živcov, sľúd a ďalších minerálov). Výnimkou sú monominerálne horniny, ktoré sú tvorené iba jedným minerálom (napr. mramor sa skladá len zo zŕn kalcitu).

Ako vidno, definície sa mierne rozchádzajú, dôležité ale vždy je, že minerál vznikol prirodzenými silami bez ľudského zásahu.

Chemické zloženie minerálu možno vyjadriť chemickou značkou alebo chemickým vzorcom. Veda o mineráloch (nerastoch) je mineralógia, v staršej literatúre aj nerastopis.

Kryštály

Minerály (syn. nerasty) v zemskej kôre vznikajú v dutinách, tavenine magmy, trhlinách a podobne kryštalizáciou (tvorením kryštálov) z tavenín, z roztokov alebo z plynov. Každý minerál má charakteristický tvar kryštálu (napríklad halit má kryštál tvaru kocky), pozri aj kryštálová štruktúra. V hornine býva kryštál často deformovaný, pretože mu prekáža iný minerál. Kryštál môže byť mikroskopicky malý, niekoľkocentimetrový a ojedinele aj niekoľkometrový.

Kryštály narastené na spoločnom základe vytvárajú drúzu. Veľa kryštálov toho istého minerálu vyvíjajúcich sa na obmedzenom priestore vytvára kryštalické agregáty (zhluky kryštálov).

Horninotvorné minerály

Olivín, bežný horninotvorný minerál tvoriaci podstatnú časť zemského plášťa.

Väčšina hornín sa z väčšej časti skladá (okrem iného) z pomerne malého počtu (asi 30) minerálov, ktoré nazývame horninotvorné minerály.

Vyše 90 % zemského povrchu tvoria minerály kremičitany (olivín, pyroxén, amfibol, živec a kremeň), ktoré sú v magmatických, metamorfných aj v ílovitých sedimentárnych horninách. Druhou významnou skupinou sú uhličitany, ktoré sú v sedimentárnych horninách (napr. vo vápenci), treťou skupinou sú oxidy (hematit).

Delenia (systematika)

Podľa vzniku

• primárne minerály, ktoré vznikli v rovnakom čase ako hornina, ktorej sú časťou
• sekundárne minerály, ktoré vznikli až chemickým zvetrávaním alebo metamorfózou z primárnych minerálov

alebo (pozri dole kapitolu Vznik)

• endogénne minerály
• exogénne minerály

Podľa obsahu kovov

• rudné minerály – obsahujú využiteľné kovy (napr. magnetit), spracúvajú sa v baniach
• nerudné minerály – neobsahujú kovy alebo obsahujú len nevyužiteľné kovy (napr. kamenná soľ), používajú sa v stavebníctve, sklárstve, energetickom priemysle, chemickom priemysle a pod.

Podľa chemickej „zložitosti“

• prvky
• zlúčeniny

Podľa chemického zloženia a kryštalografických vlastností rozlišujeme nasledujúcu tzv. sústavu minerálov (tzv. kryštalo-chemická sústava):

Prvky

Zlatý nuget

Do skupiny prvkov sú zaraďované minerály, tvorené alebo jedným chemickým prvkom, alebo ich zliatiny, prípadne karbidy, fosfidy, nitridy niektorých prvkov. Patrí sem 20 minerálov, z toho 10 geologicky významných. Delia sa na kovové a nekovové (prípadne aj polokovové). Kovové sa delia na krehké a kujné.

• príklady: meď (Cu), striebro (Ag), zlato (Au), síra (S), grafit (C), diamant (C)

Sulfidy

Pyrit

Sulfidy sú zlúčeniny síry s kovmi alebo polokovmi. K sulfidom patrí asi 600 minerálov. Z mineralogického hľadiska sem patria aj selenidy (Se^2-), teluridy (Te^2-), antimonidy (Sb^3-) a bizmutidy (Bi^3-).

• príklady: galenit (PbS), pyrit (FeS₂), sfalerit (ZnS), rumelka (HgS)

Halogenidy

Je ich asi 140 a pozostávajú z halogénového aniónu (F^-, Cl^-, Br^- alebo I^-) s katiónmi ako sú sodík alebo vápnik.

• príklady: fluorit (CaF₂), kamenná soľ (NaCl)

Oxidy a hydroxidy

Hematit

Sú to zlúčeniny kovov alebo nekovov s kyslíkom alebo hydroxylovými skupinami (anión OH^-) vzniká asi 400 oxidov resp. hydroxidov.

• príklady: spinel (MgAl₂O₄), hematit (Fe₂O₃), magnetit (Fe₃O₄), korund (Al₂O₃), smolinec (UO₂), goetit (FeO(OH))

Kyslíkové soli

Uhličitany

Je ich vyše 200 a sú to soli s aniónom (CO₃)^2-.

• príklady: dolomit (CaMg(CO₃)₂), kalcit (CaCO₃), malachit (Cu₂CO₃(OH)₂)

Fosforečnany, arzeničnany, vanadičnany

Fosforečnany sú kyslíkaté soli aniónom (PO₄)^3-. Zaraďujú sa sem an aj arzeničnany a vanadičnany (VO₄)^3-. Do skupiny patrí asi 400 minerálov.

• príklady: apatit (Ca₅(PO₄)₃(F,Cl,OH)), tyrkys (CuAl₆(PO₄)₄(OH)₈ · 5H₂O), karnotit (K₂(UO₂)₂(VO₄)₂ · 3H₂·)

Dusičnany

Dusičnany sú ľahko rozpustné soli s aniónom (NO₃)^-.

Sírany (sulfáty)

Anhydrit

Síranov je asi 300 a sú kyslíkaté soli s aniónom (SO₄)^2-. Zaraďujú sa sem aj chrómany, telúrany a iné.

• príklady: anhydrit (CaSO₄), sadrovec (CaSO₄ · 2H₂O)

Molybdénany a volfrámany

Molybdénany a volfrámany sú zlúčeniny s aniónom MoO₄)^2- resp. (WO₄)^2-.

• príklady: wulfenit (PbMoO₄), volframit ((Fe,Mn)WO₄)

Boritany

Medzi boritany patrí asi 125 minerálov, ktoré obsahujú boritanový anión BO₃)^3-, resp. jeho komplexnejšie formy

• príklady: bórax (Na₂B₄O₅(OH)₄ · 8 H₂O), sassolin (H₃BO₃)

Kremičitany (silikáty)

Kremeň

Kremičitany predstavujú asi 500 zlúčenín, v ktorých je základnou stavebnou jednotkou tetraéder (SiO₄)^4-.

• príklady: olivín ((Mg, Fe)₂SiO₄), zirkón (ZrSiO₄), andaluzit (Al₂SiO₅), topás (Al₂SiO₄(OH,F)₂), beryl (Be₃Al₂Si₆O₁₈), kremeň (SiO₂)

Organolity

Medzi organolity patrí kyselina mellitová a kyselina šťaveľová.

• príklady: mellit

Boritany a dusičnany sa niekedy dávajú do jednej skupiny s uhličitanmi, molybdenany a volframany so síranmi a kozmické minerály často tvoria samostatnú skupinu. Pri takomto postupe dostaneme sústavu tzv. tried, ktorá je od 60. rokov 20. storočia azda (aspoň v Česku a na Slovensku) najbežnejšia:

• I. Prvky
• II. Sulfidy
• III. Halogenidy
• IV. Oxidy a hydroxidy
• V. Dusičnany
• VI. Sírany
• VII. Fosforečnany
• VIII. Kremičitany
• IX. Organolity
• X. Meteority

Vlastnosti minerálov

Minerály majú množstvo fyzikálnych a chemických vlastností, pomocou ktorých sa dajú identifikovať.

Fyzikálne vlastnosti

Kryštál číreho kremeňa.

Vybrúsený kryštál ametystu, jednej z odrôd kremeňa.

Z fyzikálnych vlastností sa najprv skúma farba, lesk a vzhľad (habitus). Potom sa určuje tvrdosť, špecifická hmotnosť - hustota a farba vrypu. Štiepateľnosť a lom bývajú prevažne dobre viditeľné najmä na čerstvom úlomku minerálu. Najčastejšie zisťované fyzikálne vlastnosti minerálov sú:

• vzhľad kryštálu (ním sa zaoberá kryštalografia):
  • habitus minerálu
  • kryštálový tvar
  • kryštálová sústava
• mechanické vlastnosti
  • hustota minerálu
  • tvrdosť minerálu
  • pevnosť minerálu
  • štiepateľnosť minerálu
  • deliteľnosť minerálu
  • lom minerálu
  • súdržnosť minerálu (krehké, jemné, kujné minerály)
  • pružnosť minerálu
• optické vlastnosti:
  • farba minerálu
  • farba a lesk vrypu
  • lesk minerálu
  • priepustnosť svetla
  • lom svetla
  • reflexia
  • dvojlom
  • optická jedno- a dvojosovosť
  • pleochroizmus
  • luminiscencia
• tepelné vlastnosti
  • taviteľnosť
  • žiaruvzdornosť
• fyziologické vlastnosti:
  • chuť
  • vôňa
  • ohmat
• magnetické vlastnosti
• elektrické vlastnosti
• rádioaktivita

Chemické vlastnosti

Chemické vlastnosti sú základom delenia minerálov (pozri hore). Chemické vlastnosti závisia od chemického zloženia a kryštálovej štruktúry. Najdôležitejšou chemickou vlastnosťou je samozrejme samotné chemické zloženie vyjadriteľné formou vzorca.

Pri zisťovaní chemických vlastností minerálov sa zisťuje, ako sa minerály rozpúšťajú vo vode (halit sa rozpúšťa, zlato nie), ako reagujú s kyselinami, s roztokmi hydroxidov a podobne. Minerály ako platina, zlato, kremeň sú veľmi odolné proti pôsobeniu kyselín či hydroxidov. minerál sa rozkladá aj pri vysokej teplote (napríklad kalcit sa rozpadá na oxid vápenatý a oxid uhličitý)

Chemické podmienky vzniku minerálov a látkové zloženie zemského telesa skúma geochémia.

Vznik

Minerály môžu vznikať rôznorodými pochodmi a za rozličných podmienok.

Primárny vznik

Endogénne minerály

Endogénne (vzniknuté vo vnútri) minerály vznikajú vďaka uvoľňovaniu tepelnej energie z vnútra zemegule. Minerály takto vzniknuté sú v širšom zmysle slova produkty magmatickej činnosti. Horniny a ložiská vznikajú kryštalizáciou samotnej magmy a jej rozličných odštiepenín. Procesy vzniku minerálov prebiehajú v rozličných hĺbkach pri rozličných ale prevažne vysokých teplotách.

Magmatická tvorba minerálov

Smaragd, druh berylu.

Na Zemi podlieha všetko neustálym premenám. Aj minerály vznikajú, rastú a menia sa. Väčšina z nich vznikla a aj dnes vzniká vo vnútri Zeme, kde sú vysoké teploty (približne 900 – 1300 °C) a tlak tisícok atmosfér. V týchto hĺbkach sa nachádza oblasť žeravo - tekutej silikátovej taveniny, ktorú nazývame magmou. Pretože zemská kôra je stále v pohybe (napr. vznik zlomov, vrásnenia), preniká časť magmy do vyšších a chladnejších vrstiev zemskej kôry, kde postupne tuhne a vytvára masívy hlbinných hornín. Magma je tavenina rozličných kremičitanov a oxidov nasýtená plynmi a vodnou parou. Jej zloženie zodpovedá chemickému zloženiu hornín zemskej kôry. Rozmanité prúdenia udržujú magmu v stálom pohybe, pričom sa v nej uskutočňujú chemické reakcie. Tvoria sa v nej nové zlúčeniny zodpovedajúce novovytvoreným minerálom. Keď prenikne žeravo - tekutá magma, ktorá je pod veľkým tlakom, do vyšších a chladnejších vrstiev zemskej kôry, jej teplota sa znižuje. Počas tohto ochladzovania magmy sa tvoria prvé minerály.

S pribúdajúcim ochladzovaním magmy vzrastá aj počet vznikajúcich minerálov. Špecificky ľahšie minerály, ktoré vykryštalizovali v tomto prvom štádiu, zostávajú vo vyšších vrstvách, zatiaľ čo ťažšie pozvoľna klesajú. Tento proces nazývame magmatickou diferenciáciou. Takto sa na niektorých miestach nahromadia určité minerály a vznikajú ložiská (napr. magnetitu alebo chromitu). Počas ochladzovania magmy rastú ďalšie kryštály. Vznikajú z nepatrných zárodkov zákonitým navrstvovaním nových stavebných častíc. Tento proces sa končí až po úplnom stuhnutí celej magmy. V záverečnej fáze kryštalizácie sa v magme zväčšuje obsah ľahko pohyblivých zložiek, plynov a vodnej pary, čím sa stáva redšou. Vo väčšej vzdialenosti od pôvodného magmatického centra sa tvoria tzv. pegmatity. Sústreďujú sa v nich minerály, ako napr. sľudy, turmalín, beryl a iné, obsahujúce prvky vzácnych zemín, ale aj rudy cínu a volfrámu. Nakoniec stuhne aj tzv. zvyšková magma. Časť plynov a vodnej pary zostáva v horninách a môže vytvárať mandľovité dutiny (podobne ako zostávajú vzduchové bubliny napr. v bochníku chleba).

Magnezit, v súčasnosti jedna z najvýznamnejších nerastných surovín ťažená na Slovensku.

Niekedy sa tieto dutiny neskoršie vyplnia kremeňom, achátom, chalcedónom alebo inými minerálmi. Podobné „mandle" často nachádzame v melafýrových horninách. Väčšia časť plynov a pár uniká cez pukliny a trhliny v hornine k zemskému povrchu. Pritom sa pôvodne horúce roztoky ochladzujú a vznikajú z nich nové minerály, ktoré pokrývajú steny puklín v podobe kryštálov. V tomto štádiu, ktoré označujeme ako hydrotermálne, vznikajú najznámejšie minerály, ako je napr. kremeň a kalcit. Keď sa v roztokoch vyskytujú prvky ťažkých kovov, môžu vznikať rozličné rudné žily. Ak sa vylučujú určité rudy, ako napr. rudy molybdénu, cínu a volfrámu, priamo z horúcich plynov a pár, hovoríme o pneumatolýze, prípadne o pneumatolytickom vzniku ložísk. Blízko povrchu Zeme sa vodná para mení na vodu. Voda je ešte stále nasýtená minerálnymi látkami a spoločne s presakujúcou povrchovou vodou vyviera v podobe minerálneho prameňa na povrch. Z týchto horúcich alebo chladných minerálnych prameňov sa vylučujú ďalšie minerály, ako napr. žriedlovec (aragonit) alebo gejzirit. Keď prenikajú horúce roztoky a plyny cez trhliny a pukliny v usadených horninách (napr. cez vápenec), rozpúšťajú ich a tak vznikajú nové, druhotné minerály. Takáto tvorba minerálov sa nazýva metasomatóza. Tak vznikli napr. niektoré ložiská magnezitu alebo sideritu (ocieľok).

Exogénne minerály

Exogénne (vzniknuté vonku), ktoré vznikajú pri procesoch prebiehajúcich vďaka vonkajšej slnečnej energii, ktorá dopadá vo forme žiarenia na zemský povrch. Zdrojom materiálu sú rozličné horniny a rudy, ktoré sa obnažujú a rozrušujú na povrchu Zeme. Procesy vzniku minerálov sa odohrávajú v najvrchnejšej časti zemskej kôry a to za nízkych teplôt a tlakov blízkych k atmosférickým, v podmienkach vzájomného pôsobenia fyzikálnych a chemických činiteľov atmosféry, hydrosféry a biosféry.

Sekundárny vznik

Vznik zvetrávaním

Serpentín

Na všetky minerály a horniny na zemskom povrchu pôsobia mnohé rušivé vplyvy, ktoré súborne označujeme ako zvetrávanie. Ide o zložitý komplexný jav, ale pri jeho posudzovaní sa musí prihliadať na hlavné zvetrávacie procesy. Tieto pôsobia pomaly, ale neustále a nezadržateľne. Zmenami teploty, trhavými účinkami mrazu, kryštalizáciou sekundárnych solí, prenosom horninového materiálu vetrom, vodou sa horniny rozrušujú mechanicky, oxidom uhličitým a vodou zasa chemicky. Značný rušivý vplyv majú i biologické procesy.

Zvetrávanie spôsobuje podstatné premeny minerálov. Napríklad živce sa menia na kaolín či iné ílové minerály, olivín sa mení na serpentín a zlatožltý pyrit prechádza na hnedý limonit. Zvetrávaním pyritu sa môže uvoľňovať kyselina sírová, ktorá potom pôsobí na okolie. Jej účinkom môže vznikať napr. z vápenca sadrovec alebo iné sírany. Podobnými procesmi vzniká aj vzácny opál. Zvetrávaním sa môžu vytvoriť z jedného minerálu, napr. chalkopyritu, sekundárne minerály ako malachit, azurit alebo limonit. Známe kvapľové jaskyne vznikli tiež dôsledkom zvetrávacích pochodov.

Vznik metamorfózou (premenou)

Granát jeden z najbežnejších metamorfných minerálov.

Ako endogénne aj exogénne minerálne masy prekonávajú po svojom vzniku za zmenených vonkajších podmienok rozličné zmeny, čím vlastne vznikajú nové minerály. Týmto zmenám hovoríme metamorfóza. Zvlášť veľké zmeny nastávajú pri tzv. regionálnej metamorfóze.

Žeravo - tekutá magma vystupujúca z hlbín Zeme pôsobí aj na jednotlivé vrstvy zemskej kôry, do ktorých preniká. Mení, metamorfuje okolité staršie horniny, najmä usadené, buď vysokou teplotou a tlakom, alebo chemickými reakciami. Usadené horniny pritom nadobúdajú iný vzhľad a iné fyzikálne aj chemické vlastnosti. Pri týchto procesoch sa tvoria nové, premenené (metamorfované) horniny a minerály. Tak vznikajú napr. niektoré sľudy, granáty, kyanit, staurolit a i.

Vznik chemickým usadzovaním

Kalcit bežný druhotne vykryštalizovaný minerál.

Mnohé minerály sa usadzujú priamo v mori buď odparením vody, alebo zmenou jej chemického zloženia. Takto vznikli ložiská kamennej soli alebo sylvínu. Podobne sa tvorí sadrovec, vápenec a niektoré železné rudy (chamozit alebo tzv. bahenné rudy - limonit).

Biologický vznik

Markazit

Živá príroda nepôsobí na minerály (a horniny) len rušivo. Môže vytvárať aj nové nerasty z minerálnych látok, ktoré sú rozpustené vo vode. Napríklad atoly a celé vápencové masívy sú vlastne produktom živočíchov. Nové minerály sa môžu tvoriť i z rozložených zvyškov mŕtvych organizmov. Ako príklad možno uviesť v súčasnosti vznikajúce ložiská fosforitov. Biologicky môže vznikať aj síra, liadok, pyrit a markazit.

Paragenéza

Len zriedka sa nerast vyskytuje v prírode samostatne. Takmer vždy ho obklopujú ďalšie, tzv. sprievodné minerály. Takéto nerastné spoločenstvá označujeme termínom paragenéza. Spoločný vznik a výskyt nerastov podlieha určitým zákonom. Poznanie týchto zákonitosti nám umožňuje poznať pochody vzniku nerastov. Nájdením jedného minerálu môžeme predpokladať jestvovanie ďalších sprievodných minerálov.

Literatúra

• NĚMEC, František: Kľúč na určovanie nerastov a hornín. Bratislava : Slovenské pedagogické nakladateľstvo, 1987. 248 s.

Iné projekty

Commons

• Commons ponúka multimediálne súbory na tému Minerál

Externé odkazy

• Zdroj, z ktorého (pôvodne) čerpala kapitola o vzniku nerastov Archivované 2005-05-17 na Wayback Machine

Portál vied o Zemi