ÁSVÁNYTANI ÉS KŐZETTANI ALAPISMERETEK Előadó: Szakáll Sándor
Ásvány- és Kőzettani Tanszék Tel.: 565-111 / 1209 E-mail:
[email protected] Fttp: asko.uni-miskolc.hu
TEMATIKA I. rész. Az ásványok általános jellemzése - Kristálytani alapok - Kristálykémia alapok - Kristályfizikai alapok
II. rész. A legfontosabb ásványok jellemzése III. rész. A legfontosabb kőzetek jellemzése - Magmás kőzetek - Üledékes kőzetek - Metamorf kőzetek
AJÁNLOTT IRODALOM
Elektronikus jegyzet: www.tankonyvtar.hu Elektronikus előadások: www.asko.uni-miskolc.hu
A FÖLD ÉS A FÖLD TÍPUSÚ BOLYGÓK FELÉPÍTÉSE ÉS KEMIZMUSA
A Föld öves felépítése
A Föld és a Föld típusú bolygók kémiai összetétele (mag, köpeny és kéreg)
A FÖLDKÉREG KEMIZMUSA
A kémia elemek mögött ásványok (természetben képződött vegyületek/elemek) állnak
Az ÁSVÁNY fogalom a múltban Minden ami a földben van (jelentése anyag amit kiásunk a földből) Őskor: eszköznyersanyagok, színes kövek Ókori görögök: fémek, földek, drágakövek (Theophrastus). Ókori rómaiak: nemesfémek, ötvözetek, fémek, földek (puha kövek), építőkövek (kemény kövek), drágakövek (id. Plínius). Agricola (1546): fosszíliák, földek, kövek, drágakövek, fémek. Linné (1735): kövek, ásványok, fosszíliák. Berzelius (XIX. század eleje): ásványok vegyületek és elemek.
AZ ÁSVÁNY mai definíciója 1. Természetes úton képződött / képződik – Földön kívüli anyagok? – Biológiai folyamatok során képződött anyagok? – Ember által előállított anyagok?
termésarany
korall (kalcit vagy aragonit)
AZ ÁSVÁNY mai definíciója 2. Határozott kémiai összetételű (valójában bizonyos határok között változik az összetétel) – Elemhelyettesítésekkel változó kémia összetétel – Nyomelemeket tartalmazó ásványok
alacsony vastartalmú
Szfalerit, köbös ZnS
magas vastartalmú
AZ ÁSVÁNY mai definíciója 3. Rendezett belső szerkezetű (a hosszú távú rendet kristályhibák ronthatják) – Meddig nevezhető kristályosnak az anyag? – Amorf és metamikt anyagok?
kvarc
opál
AZ ÁSVÁNY mai definíciója 4. Szilárd halmazállapotú vegyület, ritkábban elem – És a folyékony vagy gáz halmazállapotú anyagok?
termésarany
antimonit
terméshigany
AZ ÁSVÁNYOK VÁLTOZATAI Az ásványoknak – valamilyen kémiai vagy fizikai tulajdonság alapján – egymástól jól elkülöníthető példányai a változatok. Szín alapján színváltozatok (a berill példáján) smaragd (zöld), akvamarin (halványkék), heliodor (sárga), de mind berill!
Berill színváltozatok
akvamarin
smaragd
heliodor
AZ ÁSVÁNYOK VÁLTOZATAI alakváltozatok
Kvarc (trigonális és hexagonális SiO2) alakváltozatai
AZ ÁSVÁNYOK KÜLÖNLEGES VÁLTOZATAI: DRÁGAKÖVEK • A drágakövek részben ásványok (szín)változatai, részben biogén eredetű anyagok (pl. gyöngy, korall, borostyán). Kritériumok: • - szépség (fény, szín, átlátszóság, különleges fényjelenségek) • - ritkaság (ritkán fordulnak el a természetben) • - keménység (általában nagy keménységűek)
gyémánt rubin
türkiz
A KŐZET definíciója A kőzetek ásványok keverékei homokszemcsék
A kőzetekben azonban az ásványokon kívül más anyagok is lehetnek. Igy üvegszerű komponensek, szerves anyagok, pórusok és folyadékok. A kőzetek általában nagy földtani egységeket (hegyeket, síkságokat) alkotnak.
Néhány kőzetalkotó ásvány építi fel őket.
mészkőszirtek
KŐZETALKOTÓ ÁSVÁNYOK A földkéregben jelenleg mintegy 4800 ásványt ismerünk. Közülük csak kb. 15-20-féle szerepel uralkodó mennyiségben a kőzetekben. Ezeket nevezzük kőzetalkotó ásványoknak. Kémiai összetételüket tekintve a földkéreg nyolc legnagyobb gyakoriságú elemeiből épülnek fel.
A kémiai elemek gyakorisága ásványokban
ÁSVÁNYI NYERSANYAGOK: ÉRCEK ÉS NEMÉRCEK Ásványi nyersanyagok: olyan kőzetek, melyekből bizonyos ásványi komponenseket hasznosítunk.
Azokat a kőzeteket, melyekből kohászati eljárásokkal gazdaságosan fém(ek) nyerhető(k) ki érceknek nevezzük. Azokat a kőzeteket, melyeket valamilyen nemfémes komponens(ek) miatt hasznosítanak nemérceknek nevezzük.
agyag felhasználása
vasérc külfejtés
AZ ÁSVÁNYOK KÉPZŐDÉSE Az ásványok olvadékokból, oldatokból, gőzökből, vagy átkristályosodás révén más ásványokból képződnek.
Ásványtársulás: a földkéregben meghatározott fiziko-kémiai viszonyok között együttesen keletkező ásványok. Képződésük sajátságai szerint az ásványokat (és ennek megfelelően a kőzeteket) három nagy csoportba soroljuk: magmás, metamorf és üledékes eredetűek.
AZ ÁSVÁNYOK KÉPZŐDÉSE A magmás eredetű ásványok a magmából képződnek, mely a szilárd földkéreg alatt elhelyezkedő, folyékony halmazállapotú szilikátolvadék. Ha a magma a felszín közelébe jut, a nyomás- és hőmérsékletcsökkenés eredményeként relatív homogenitása megszűnik és anyaga frakcionált kristályosodás révén differenciálódik.
Magmás ásványképződés szakaszai: előkristályosodás, főkristályosodás, és utókristályosodás.
felszínközeli ásványképződési típusok
AZ ÁSVÁNYOK KÉPZŐDÉSE • A metamorf eredetű ásványok a földkéregben már meglévő ásványok (kőzetek) anyagának átalakulása révén jönnek létre. Döntően a nyomás és/vagy a hőmérséklet megváltozása miatt. • Az üledékes eredetű ásványok ezzel szemben a felszín közelében, vagy a felszínen képződnek. Létrejöttükben emiatt a hőmérsékletnek és nyomásnak nincs jelentős szerepe.
ÁSVÁNYOK KÖRNYEZETÜNKBEN A környezetünkben (a litoszféra–bioszféra határán, vagy az atmoszférában) megjelenő ásványok jellemzői: Néhány m-es vagy nm-es krisztallitokból állnak, sokszor rosszul kristályosak, vagy amorfak (például a talaj ásványai). Sokszor élőlényekben, vagy élőlények közreműködésével képződnek (például csigák háza, gerincesek csontja, foga). Az ásványtan az ember által előállított olyan anyagokkal is foglalkozik, melyek a litoszférában megjelenő ásványokhoz hasonló szerkezetűek (például cementek, kerámiák és üvegek anyagai)
cementásvány
azbesztszálak tüdőben
PÉLDÁK KÖRNYEZETÜNK JELENLEG KÉPZŐDŐ ÁSVÁNYAIRA
korom az atmoszférából
szulfátos kiválás talajfelszínen
agyagásvány talajból
ásványok az atmoszférából
AZ ÁSVÁNYTAN KAPCSOLÓDÁSI PONTJAI
KRISTÁLY FOGALOM A MÚLTBAN Ókorban: jég (= krüsztallosz), a színtelen és víztiszta hegyikristály (kvarc változat), a megjelenése alapján.
Középkorban: síklapokkal határolt poliéder (soklapú test). XVIII. században: a kristályok fölépíthetők sok hasonló részecskéből (ún. belső magvakból). (René J. Haüy)
KRISTÁLY FOGALOM MA Térrácsszerkezettel rendelkező szilárd anyag, melyben az atomok,
ionok vagy molekulák (ideális esetben) meghatározott rendben, a térrács rácspontjaiban helyezkednek el. A térrácsszerkezet miatt a legtöbb kristály kémiai és fizikai tulajdonságai iránytól függőek, azaz vektoriális sajátságúak (anizotrópia). A térrácsszerkezet a kristályok külső alakjában is megnyilvánulhat – akár szemmel látható síklapokkal határolt kristályok formájában.
Kősó, NaCl kocka alakú kristályai
Kősó, NaCl kocka alakú térrácsa
BELSŐ RENDEZETTSÉG KRISTÁLYOKBAN Kristályrácsok elektronmikroszkópos felvételeken (fotó: Dódony I.)
BELSŐ RENDEZETTSÉG KRISTÁLYOKBAN Kristályrácsok elektronmikroszkópos felvételeken (fotó: Dódony I.)
TÉRRÁCS ÉS ELEMI CELLA Az elemi cella a térrács azon legkisebb része, mely még rendelkezik a teljes rácsszerkezet tulajdonságaival. Az elemi cellát a rácsállandó jellemzi: az elemi cella élhosszai (a, b, c) és a közöttük lévő szögek (, , ).
térrács az elemi cellával (sárgával jelölve)
