Naturaliesamlingen Kieppi Viljo Nissinens mineralsamling Utställningstexter MINERALEN Mineralen är bergarternas byggstenar. De består av atomer och molekyler, som är ordnade i en regelbunden, tredimensionell uppbyggnad. Varje mineral har sin egen struktur och individuella kristallform. Man känner till ca 3700 mineral, men bara ett tiotal är viktiga för uppbyggnad av bergarter. MINERALENS UPPKOMST Jordens yta är i ständig förändring. Bergskedjor eroderas och jämnas ut. Materialet transporteras mot havet. Ur havet stiger nya bergskedjor, vilka i sin tur igen jämnas ner. Uppkomsten av bergskedjor är en följd av hur plattorna i litosfären rör sig och kolliderar. Utjämningen beror på samverkan mellan fenomen i jordens hydrosfär och atmosfär samt tyngdkraften. Händelseförloppet, vars tidsskala är hundratals miljoner år, cirkulerar materialet på jordens yta. Fenomen kallas materiens eller geologins stora kretslopp. Alla tillhörande processer pågår hela tiden. Ur det stora kretsloppet kan man urskilja tre omgivningar där mineral och bergarter uppkommer. De är kristallisationav magma (1), vittring och avlagring som sker på jordytan (2), samt en långsamt framskridande omvandling av bergarter på grund av högt tryck och/eller värme (3). I det följande behandlas kretsloppets skeden genom att betrakta mineralens uppkomst. 1) Magman kristalliserar När magman svalnar kristalliserar den till mineral. Vartefter temperaturen sjunker kristalliserar varje mineral i tur och ordning vid den kristallisationstemperatur som är karakteristisk för det. Medan kristallisationen fortsätter, minskar mängden smälta och dess konsistens förändras. Det här resulterar i bergarter, som är uppbyggda av flera olika mineral. De mineral som kristalliserar vid hög temperatur får lättare fram sin egen kristallform, eftersom bergartssmältan, som omger dem inte begränsar deras tillväxt. De mineral som kristalliserar vid låg temperatur, kan inte utveckla kristallformer, utan de fyller upp de utrymmen som de tidigare kristalliserade mineralkornen avgränsar. Ryolit När magman stelnar snabbt förblir mineralpartiklarna små. Granit När magman kristalliserar långsamt uppstår grovkorniga bergarter. 2) Vittring och sedimentering
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS [ASIAKIRJAN NIMI] 2 (5) På jordytan blir den hårda berggrunden utsatt för vittring. I den kemiska vittringen påverkas bergarterna av vatten och i det lösta ämnen. Mineralens konsistens förändras och det uppstår nya mineral, vilka kallas lermineral. I och med att fältspat vittrar uppstår kaolinit, som är ett typiskt lermineral. I samband med vittringen upplöses olika beståndsdelar i vattnet. Med vattenlösningen förflyttas de vidare och bildar nya mineral. På detta sätt uppstår till exempel mineral i karbonatgruppen, limonit, kvarts och kalcedon. Strukturerna i droppstensgrottor och kristalldruser på håligheters väggar har bildats genom långsam utfällning ur vattenlösningar. Då saltvatten avdunstar uppstår gips och halit eller bergssalt. I håligeter växar kristallerna långsamt och fritt. 3) Omvandling eller metamorfos. I jordskorpans rörelser kan bergarter hamna i omgivningar med stigande tryck och temperatur. Till följd av detta kristalliserar mineralen på nytt, även mineralsammansättningen kan förändras. Omvandlingarna sker i fast tillstånd utan att materialet smälter. Mineralen som då uppkommer berättar om de förhållanden, i vilka de bildats. Den kemiska sammansättningen för sillimanit, andalusit och kyanit är densamma. Trycket och temperaturen avgör till vilket Al 2 O(SiO 4 ) kristalliserar. Kristaller I kristaller är atomerna ordnade i regelbundna strukturer, vilket syns utåt som släta ytor på kristallen. Ehetscellen är kristallens grundbyggsten. Det är kristallgittrets minsta möjliga tredimensionella del, som är begränsad av parallella sidor. Genom att lägga till enhetsceller på längden, tvären och på varandra kan man bygga upp en hel kristall. Under lämpliga förhållanden kristalliserar varje mineral enligt sin egen kristallform, vars geometri och symmetriska egenskaper bestäms av kristallgittrets enhetscell. Halitens enhetscell har åtta masspunkter (atomer), och dess form syns direkt i kristallens form. Varje mineral har sin egen typiska kristallform, som kan användas vid identifiering av mineralet. Kristallsystem Kristaller kan, enligt sina symmetriska egenskaper, delas in i sju olika klasser eller kristallsystem. Varje klass har en enhetscell, och genom att mångfaldiga den kan man bygga upp det ifrågavarande kristallsystemets kristaller. Axelkorsen beskriver ytornas inbördes förhållandena och vinklar i enhetscellerna. Ett kristallsystem anger ramen åt kristallens form. Kristallisationsförhållandena bestämmer vilka ytor som utvecklas i varje enskilt fall, eller vilken form mineralet får under rådande förhållanden. De mineral som
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS [ASIAKIRJAN NIMI] 3 (5) kristalliseras i håligheter kan få nästan fullständiga former. Utseendet på kristallen kan avvika en hel del från enhetscellens. Vinklarna mellan ytorna är dock alltid desamma. Enhetsceller 1. Kubiska kristallsystemet Tre stycken axlar som är lika långa och bildar räta vinklar med varandra. 2. Tetragonala kristallsystemet Tre axlar, som skär varandra under räta vinklar, och av vilka två är lika långa. 3. Trigonala kristallsystemet Tre lika långa axlar skär varandra i 60 vinklar. Den fjärde axeln har en annan längd och står vinkelrätt mot planet som de tre andra bildar. 4. Hexagonala kristallsystemet Likadant axelkors som hos den trigonala kristallen, men formen på detta system är i genomskärning sexsidig. 5. Rombiska kristallsystemet Tre axlar med olika längder vinkelrätt mot varandra. 6. Monoklina kristallsystemet Tre olika långa axlar av vilka två skär varandra under sneda vinklar medan en står vinkelrätt mot deras plan. 7. Triklina kristallsystemet Tre axlar som är olika långa och som skär varandra snett. IDENTIFIERING OCH KLASSIFIVERING Vid identifiering av mineral bedöms bl.a. utseende, spjälkbarhet, hårdhet, glans och pulvrets färg. Därtill har många mineral särdrag, vilka hjälper vid identifieringen. Sådana är till exempel magnetism och radioaktivitet. Bergarters mineralsammansättning kan fastställas med hjälp av polarisationsmikroskop. Polariserat ljus, som leds genom en 0,03 millimeter tjock bergartsskiva, uppträder i varje minerals gitter på ett för mineralet specifikt sätt. Mineral kan klassificeras på flera olika grunder. Ur en lekmans synvinkel är det enklaste sättet att dela in mineralen i fyra grupper efter hur allmänna de är och till vad de används, alltså bergartsbildande mineral, malmmineral, industrimineral och ädelstenar.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS [ASIAKIRJAN NIMI] 4 (5) Bergartsbildande mineral Bergarternas huvudmineral kallas för bergartsbildande mineral. Plagioklas, kvarts, kalifältspat, amfiboler, pyroxener och glimrar bildar tillsammans över 90 % av jordskorpans volym. Spektrolit är en sällsynt variant av plagioklas. Malmmineral Malmmineral innehåller så mycket av någon metall, att de är av betydelse för produktion av metaller. Viktiga malmmineral i Finland är kromit, kopparkis och zinkblände. Ur dessa anrikas då krom, koppar och zink. Guldmalmernas guld är ofta i form av ren metall. Industrimineral Mineral som används som sådana eller efter lämplig behandling, kallas för industrimineral. Av kalcit tillverkas till exempel cement, av apatit gödsel, medan talk är en viktig tillsats i många industriella produkter. Ädelstenar Sällsynta, hårda och vackra mineral kallas för ädelstenar. Kordierit, beryll, turmalin och topas har sporadiskt påträffats i några av vårt lands pegmatiter. Diamanter, som hittats i Finland, har använts som råmaterial för smycken. KRISTALLKEMISK KLASSIFICERING I Naturaliesamling Kieppi finns Viljo Nissinens mineralsamling, som omfattar 1404 exemplar, utställd. Samlaren klassificerade exemplaren enligt bruklig sed utgående från kristallens struktur och kemiska sammansättning. Silikater är den viktigaste gruppen, 90-95% av jordskorpan är silikater. Sulfider är föreningar av metall och svavel, oxider är föreningar av metall och syre. Andra grupper är till exempel hydroxider, karbonater, fosfater och halogenider. Sin egen klass bildar de grundämnen som förekommer fritt i naturen, till exempel guld. Grundämnen I naturen förekommer i ren form ca 20 grundämnen. De mest kända är guld, silver, koppar, grafit, diamant och svavel. Till grundämnesgruppen hör även metallblandningar såsom legeringar, karbider och nitrider. Sulfidgruppen, Halogenider, Oxidgruppen, Karbonatgruppen, Sulfatgruppen, Fosfatgruppen
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS [ASIAKIRJAN NIMI] 5 (5) Sulfid, Halid, Oxid, Hydroxid, Karbonat, Nitrat, Borat, Sulfat, Wolframat, Fosfat, Arsenat, Antimonat, Vanadat 8) Silikater Silikater uppbyggs av kisel-syre-tetraedrar (SiO 4 ), vilka binds till varandra via metallatomer. Silikater delas upp i fem grupper utgående från hur de sammanbinds. Nesosilikater (enskilda SiO 4 grupper), Kedjesilikater, Bandsilikater, Nätsilikater (Fyllosilikater), Tektosilikater (tredimensionellt gitter av SiO 4 tetraedrar)