JoVE Logo
Faculty Resource Center

Sign In

0:00

Overview

1:03

Principles of Crystal Cleavage

3:32

Observing and Analyzing Crystal Form

4:51

Observing and Analyzing Cleavage

6:04

Applications

7:16

Summary

תכונות פיזיות של מינרלים I: גבישים ומחשוף

מקור: המעבדה של אלן לסטר - אוניברסיטת קולורדו בולדר

המאפיינים הפיזיים של מינרלים כוללים תכונות מדידה ומובחנות שונות, כולל צבע, פס, תכונות מגנטיות, קשיות, צורת צמיחת גביש ומחשוף גביש. כל אחד מהתכונות הללו הן ספציפיות למינרלים, והן קשורות ביסודם לאיפור הכימי של מינרל מסוים ומבנה אטומי.

ניסוי זה בוחן שתי תכונות הנובעות בעיקר מחזרה סימטרית של קבוצות אטומיות בסיסיות ומבניות, הנקראות תאי יחידה, בתוך סריג גביש, צורת גדילה גבישית ומחשוף גביש.

צורת צמיחה גבישית היא הביטוי המקרוסקופי של סימטריה ברמה אטומית, הנוצרת על ידי תהליך הצמיחה הטבעי של הוספת תאי יחידה (אבני הבניין המולקולריות של המינרלים) לסריג גביש גדל. אזורים של תוספת תא יחידה מהירה הופכים לקצוות בין המשטחים המשטחיים, כלומר פרצופים, של הגביש.

חשוב להכיר בכך שסלעים הם אגרגטים של גרגרים מינרליים. רוב הסלעים הם פולימינראליים (סוגים רבים של דגנים מינרליים) אך חלקם מונומינרליים ביעילות (המורכבים ממינרל יחיד). מכיוון שסלעים הם שילובים של מינרלים, סלעים אינם מכונים בצורת גביש. במקרים מסוימים, גיאולוגים מתייחסים סלעים כבעלי מחשוף כללי, אבל כאן המונח משמש פשוט להתייחס משטחים שבירה חוזרת ונשנית ואינו השתקפות של מבנה הגביש האטומי. אז, באופן כללי, המונחים צורת גבישי ומחשוף קריסטל משמשים בהתייחסות לדגימות מינרלים ולא דגימות סלע.

כל המינרלים הם בעלי תכונות פיזיות, אך תכונות ספציפיות וקלות לזיהוי הקשורות למאפיינים אינן תמיד באות לידי ביטוי בגביש בודד. לדוגמה, גבישי קוורץ יש צורה משושה אופיינית, אבל אם צמיחת הגביש מתרחשת בסביבה שבה מינרלים אחרים לחסום או לעכב את צורת הצמיחה הטבעית (וזה בדרך כלל המקרה ברוב הסלעים) אז הצורה המשושה לא נוצרת. לכן, עם זה בחשבון, חשוב לבחור בקפידה קבוצה מתאימה של דגימות עבור צמיחת גביש או ניתוח מחשוף קריסטל, כמו לא כל הדגימות להראות תכונות מפתח אלה.

יתר על כן, למרות שמחשוף קריסטל קל יחסית לבדיקה - על ידי שבירת מדגם עם פטיש - מינרלים שונים מדגימים מגוון של איכות מחשוף, כך שהמשטחים המשטחיים שנוצרו על ידי שבירה עשויים להיות מרופטים ומחוספסים (המכונים "מחשוף גרוע") או חלקים במיוחד (המכונים "טוב" או "מחשוף מעולה"). במקרים מסוימים(למשל קוורץ), חוזקות הקשר הקריסטלוגרפי אחידות לכל הכיוונים, והתוצאה היא מינרל עם מחסור במישורי מחשוף מוכרים.

1. להקים קבוצה של דגימות מינרליות

  1. כלול כמה שיותר מהבאים: קוורץ, חליט, קלציט, גארנט, ביוטיט ו/או מוסקוביט. חלקם נבחרים עבור תכונות צמיחת קריסטל ואחרים עבור תכונות מחשוף קריסטל.

2. התבונן ונתח צורת קריסטל

  1. מניחים דגימה על משטח התצפית.
  2. סובב כדי להתבונן בכל הצדדים. חפשו פרצופי קריסטל, קצוות קריסטל (קווים שבהם נפגשים הפנים) וקתורי קריסטל (נקודות בהן הקצוות נפגשים).
  3. במידת האפשר, למדוד את הזוויות הבין-דתיות באמצעות גוניומטר. זה נעשה פשוט על ידי הנחת צד אחד של גוניומטר על פני קריסטל מסוים, הצד השני של גוניומטר על פנים סמוכות, ולאחר מכן לקרוא את הזווית.
  4. השווה לקבוצה של polyhedra גבישי אופייני.
  5. חזור על שלבים 2.1 – 2.4 עבור קוורץ (הערה בצורת דיפרמידל משושה (איור 1)), קלציט (צורת גודל הערה (איור 2)), חליט (צורת גביש מעוקב הערה (איור 3)), גארנט (צורת dodecahedron הערה (איור 4)) וביוטייט (הערה פסאודו-משושה צורה (איור 5)).

Figure 1
איור 1. קוורץ מציג צורה דיפרמידלית משושה.

Figure 2
איור 2. קלציט המציגה טופס scalenohedron. שים לב כיצד מספר פרצופי קריסטל מצטלבים ויוצרים קצוות קריסטל ושילוב הקצוות יוצר נקודות המכונות "קודקודים". צורות צמיחה של גביש סימטרי נוצרות על ידי חזרה על מבנים אטומיים בסיסיים (תאי יחידה) בתוך סריג הגביש. במקרה זה, צמיחת גביש קלציט מייצרת את פוליהדרון ספציפי המכונה scalenohedron.

Figure 3
איור 3. חליט מציג צורת גביש מעוקב.

Figure 4
איור 4. גארנט מציג טופס דודקהדרון.

Figure 5
איור 5. ביוטייט המציג צורה פסאודו-משושה.

3. התבונן וניתח מחשוף

  1. שים על הגנה על העיניים.
  2. מניחים חתיכת קוורץ על משטח שבירה.
  3. בעזרת פטיש, לשבור את חתיכת קוורץ לשניים.
  4. באמצעות עדשת יד, התבונן בחתיכת קוורץ שבורה למשטחי מחשוף. שים לב שלקווירץ אין. קוורץ מציג שבר קונכוידאלי, אך אין משטחי מחשוף מוגדרים היטב(איור 6). זוהי תוצאה של העובדה כי תאי היחידה בסריג גביש קוורץ (SiO4 קבוצות, הנקרא סיליקה tetrahedral) יש עוצמות קשר שווה יחסית לכל הכיוונים. אחידות זו של חוזקות הקשר גורמת לקריסטל ללא מישורי שבירה מועדפים.
  5. חזור על שלבים 3.2 – 3.4 עבור קלציט (אמור להציג מחשוף rhombohedral (איור 7)), חליט (צריך להציג מחשוף מעוקב (איור 8)), ביוטיט ו/או מוסקוביט (אם כל מחשוף מתכנן תצוגה(איור 9)).
  6. השתמש בעדשת יד כדי להעריך תכונות מחשוף שונות. מחשוף יכול להתרחש במגוון רמות. כאשר יש הבדל דרמטי בחוזקות הקשר בכיוון מסוים, כגון בין גיליונות של קיבוצים SiO4 במקרה של נציץ, מחשוף כמעט מושלם נוצר בין גיליונות אלה. כפי שצוין לעיל, קוורץ מציג חוסר כמעט מוחלט של מחשוף. בין הקצוות האלה (של מחשוף מושלם וחוסר מחשוף), ישנם מינרלים שיש להם מחשוף טוב(למשל פצלת קרלד) ומחשוף גרוע (פרצופים מסוימים על גבישי אמפיבול).

Figure 6
איור 6. קוורץ מציג שבר קונכוידי, ללא משטחי מחשוף.

Figure 7
איור 7. קלציט המציגה מחשוף רומבוהדרלי. משטחי שבירה ושברים סימטריים נוצרים על ידי אזורים של חולשה יחסית בקשר אטומי בתוך סריג הגביש. מחשוף קלציט גורם לפוליהדרון הספציפי המכונה רומבוהדרון.

Figure 8
איור 8. חליט מציג מחשוף מעוקב.

Figure 9
איור 9. ביוטיט המציג מחשוף.

מבחינה היסטורית, הערכת התכונות הפיזיות של מינרלים הייתה צעד ראשון מרכזי בזיהוי מינרלים. גם כיום, כאשר חסר מכשור אנליטי מיקרוסקופי ומודרני (למשל מיקרוסקופיה פטרוגרפית, עקיפה של קרני רנטגן, פלואורסצנטיות של קרני רנטגן וטכניקות מיקרואורגניזמים אלקטרונים), תכונות פיזיות נצפות עדיין שימושיות למדי ככלי אבחון לזיהוי מינרלים. הדבר נכון במיוחד במחקרים גיאולוגיים בשטח.

הערכה והתבוננות בתכונות הפיזיות של מינרלים היא אמצעי מצוין להדגים את התלות הקריטית של תכונות מקרוסקופיות במבנה וסידור ברמה אטומית.

המאפיינים הפיזיים העיקריים של מינרלים לא תמיד באים לידי ביטוי בדגימות ספציפיות. לכן, למעשה היכולת לזהות תכונות אלה ולהשתמש בהן ככלי אבחון דורשת שילוב של מדע, ניסיון ומלאכה. לעתים קרובות, הגיאולוג חייב להשתמש בעדשת יד כדי להעריך גבישים מינרליים קטנים יחסית או דגנים בתוך המטריצה של סלע גדול יותר. במקרים כאלה, זה יכול להיות אתגר ברור לזהות את ההיבטים השימושיים של צורת הגביש ומחשוף הגביש.

במסגרת אקדמית או לימודית, הערכת מינרלים באמצעות ניתוח מדגם יד היא תרגיל הממחיש כיצד דפוסים ומאפיינים חוזרים ונשנים מוטלים על ידי הכימיה הפיזית של חומרים טבעיים. במילים אחרות, עבור כל מינרל ספציפי, ישנן תכונות קריסטלוגרפיות מסוימות (למשל מורפולוגיה של קריסטל) ומאפיינים פיזיים(למשל צבע, קשיות, פס) המוטלים על ידי הרכב כימי ומבנה אטומי.

בתחום המשאבים המינרליים וגיאולוגיה של חקר, זיהוי מינרלים באמצעות מדגם יד הוא מרכיב מרכזי בעבודת שטח, שמטרתו לאתר עפרות פוטנציאליות ומרבצים שימושיים מבחינה כלכלית. לדוגמה, זיהוי של גופרית מתכת שונים (pyrite, sphalerite, galena) בשיתוף עם ברזל הידרותרמי אוקסי-הידרוקסידים (המטיט, גותיט, לימוניט) יכול להצביע על ורידים ואזורים עשירים Au- ו- Ag פוטנציאליים.

בהקשר של גיאולוגיה היסטורית (פענוח ההיסטוריה הזמנית העמוקה של אזור), זיהוי מינרלים יכול להגדיר את הקרקע לפרשנויות של תנאים עתיקים. לדוגמה, מינרלים מטמורפיים מסוימים (למשל Al2SiO5 פולימורפים, כיאניט, אנדלוסיט, וסילמנייט) הם סמנים של לחץ מסוים ותנאי טמפרטורה בקרום העתיק.

Tags

-- Views

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2024 MyJoVE Corporation. All rights reserved