Ziemia zbudowana jest z minerałów i skał budujących skorupę ziemską. Te podstawowe jednostki konstrukcyjne naszej planety różnią się od siebie wieloma elementami. Niektóre z nich są rzadkie, inne z kolei – zupełnie pospolite.

Spis tematów (kliknij, aby przejść do wyboru tematów)


Wnętrze Ziemi

II Minerały i skały

Minerały budują skały – wszystkie minerały są więc skałami, ale nie wszystkie skały – są minerałami.

1. Minerały

To podstawowe i najmniejsze jednostki strukturalne Ziemi. Mają pochodzenie wyłącznie naturalne, ale powstać mogły zarówno pod ziemią, jak i na powierzchni. Najważniejszą cechą minerałów jest ich budowa krystaliczna. Dotyczy ona ciał o uporządkowanej strukturze ułożenia atomów.

Na Ziemi rozpoznano do tej pory ponad 5500 minerałów, ale tylko 250 z nich to tak zwane minerały skałotwórcze, czyli takie, które tworzą skały. Wśród tej grupy, za 3 najważniejsze uchodzą: kwarc, skalenie mika, a ponadto: pirokseny, magnetyt, hematyt, oliwiny, amfibole, granat, apatyt, skaleniowiec, dolomit, gips, anhydryt, chloryt, staurolit, sylimanit, andaluzyt, dysten, kordieryt, serpentyn, wezuwian. Pozostałe minerały stanowią poniżej 1% objętości litosfery.

Przykłady popularnych minerałów skałotwórczych

Źródło: geology.com

Do podstawowych cech minerałów, które umożliwiają ich rozróżnienie należą:

  • skład chemiczny – czyli pierwiastki tworzące minerał. Dzielą się na pierwiastki rodzime (pojedyncze – występujące w stanie wolnym np. siarka [S], złoto [AU] czy diament [C]) oraz związki chemiczne (złożone z kilku pierwiastków np. halit [NaCl], kwarc [SiO2], kalcyt [CaCO3]).
  • twardość – liczona w dziesięciostopniowej skali tzw. skali Mohsa odporność na zarysowanie. Minerały są uszeregowane według wzorcowych przykładów – od najtwardszego (10) do najmiększego (1), gdzie minerały o większej twardości są w stanie zarysować minerały miększe, które nie mogą ich zarysować. Skala ma charakter względny i porównawczy.

Skala Mohsa

Źródło: fb.com/crazynauka na podstawie University of Indiana.
  • układ krystalograficzny (kształt i wielkość kryształów) – sposób ułożenia kryształów budujących minerał – według różnych klas symetrii.
  • barwa – minerały mogą mieć różne kolory lub być bezbarwne.
  • przezroczystość – zdolność minerału do przepuszczania światła.  Minerały mogą być:

– przezroczyste
– prześwitujące (półprzezroczyste)
– nieprzezroczyste

  • łupliwość – zdolność minerału do pękania w określony sposób względem ich płaszczyzn. Dzieli się na:

– doskonałą
– dokładną
– wyraźną
– niewyraźną
– bardzo niewyraźną lub brak łupliwości.

  • połysk – sposób odbijania światła przez powierzchnię minerału. Rodzaje połysku:

– diamentowy
– jedwabisty
– metaliczny
– półmetaliczny
– perłowy
– szklisty
– tłusty (woskowy)
– ziemisty (zwyczajny)
– matowy – brak połysku

  • gęstość (bezwzględna) – stosunek masy do objętości kryształu. Większość minerałów, w tym skałotwórcze – ma gęstość 2-4 g/cm3. Niektóre metale mogą osiągać gęstość powyżej 20 g/ccm3, z kolei substancje organiczne mają mniejszą gęstość np. bursztyn zaledwie 1,3 g/cm3.
  • przełam – zdolność minerału do dzielenia się wzdłuż powierzchni nierównych, przypadkowych niezwiązanych z wewnętrzną strukturą kryształu. Najczęściej dotyczy minerałów pozbawionych łupliwości. Może być:

– muszlowy
– nierówny
– haczykowaty
– zadziorowaty
– ziemisty
– włóknisty

  • rysa – oznacza barwę proszku (śladu) pozostawionego przez minerał po jego kontakcie z innym materiałem. Dotyczy zwłaszcza minerałów o małej twardości.
  • magnetyczność – informuje czy minerał reaguje magnetycznie (np. odchyla igłę kompasu, przyciąga lub odpycha metal).

Grupą minerałów zasługujących na szczególną uwagę są tzw. kamienie szlachetne (w większości minerały, w mniejszości skały). Mają olbrzymie znaczenie w jubilerstwie i dużą wartość finansową, ze względu na rzadkość występowania i unikalne właściwości fizyczne (z reguły duża przezroczystość, połysk, piękna barwa (lub całkowity jej brak), jednorodność chemiczna i wysoka twardość (>7 w skali Mohsa).

2. Skały

Pod tym pojęciem rozumie się wszystkie składniki budujące skorupę ziemską, niezależnie od pochodzenia i struktury, zbudowane z jednego lub kilku minerałów. Skały dzielą się według pochodzenia na: magmowe, osadowe i metamorficzne.

Skały magmowe – są efektem krystalizacji magmy pod ziemią lub zastygnięcia lawy na powierzchni ziemi. Stanowią podstawową grupę skał, które w historii geologicznej Ziemi ukształtowały się najwcześniej.

  • skały magmowe głębinowe (plutoniczne) – powstają w wyniku długotrwałego krzepnięcia i krystalizacji magmy pod ziemią. Ponieważ proces ten jest długotrwały, powstają duże, widoczne gołym okiem kryształy. Dlatego skały te mają charakter jawnokrystaliczny np. granit, gabro, dioryt.

Przykłady skał magmowych głębinowych (plutonicznych) – jawnokrystalicznych

Źródło: geology.com
  • skały magmowe wylewne (wulkaniczne) – powstają w wyniku gwałtownego krzepnięcia lawy na powierzchni ziemi. Ponieważ proces ten jest bardzo szybki, minerały są niewielkie (trudne do dostrzeżenia gołym okiem) i zlewają się ze sobą, a struktura skały wydaje się być jednolita. Dlatego skały te mają charakter skrytokrystaliczny np. bazalt, obsydian, ryolit.

Przykłady skał magmowych głębinowych (plutonicznych) – jawnokrystalicznych

Źródło: geology.com

Istnieją też skały magmowe o bardziej złożonym sposobie powstawania. Porfir (grupa skał) zaczyna krystalizować się pod ziemią, podobnie jak skały magmowe wylewne – i tu powstaje część jego budowy jawnokrystalicznej. Jednak później wyrzucony w postaci magmy na powierzchnię ziemi – krystalizuje dalej i nabiera cech skrytokrystalicznych. Dlatego jego budowę cechują elementy duże i jednolite (elementy skrytokrystaliczne) oraz drobne i wyraźnie odseparowane (elementy jawnokrystaliczne). Innm intrygującym przykładem jest pumeks. Gorąca magma wyrzucona na powierzchnie stygnie bardzo gwałtownie np. w kontakcie z wodą. Zawarte w magmie gazy zostają uwięzione w postaci pęcherzyków, nadając skale silnie porowaty charakter.

Nietypowe skały magmowe – porfir i pumeks

Źródło: geology.com

Skały osadowe – stanowią drugą grupę skał. Powstały w wyniku sedymentacji czyli osadzania się materiału na lądzie resztek innych skał zniszczonych w procesie wietrzenia lub szczątków zwierząt i roślin, a także osadzania na dnie mórz związków chemicznych.

  • Składy osadowe okruchowe – są typowymi skałami powstałymi w wyniku wietrzenia i sedymentacji skał starszego pochodzenia. Dzielą się na luźne – gdzie nagromadzony materiał nie jest ze sobą w jakikolwiek sposób połączony oraz na zwięzłe – gdzie w wyniku dalszego procesu diagenezy (i jej końcowej części zwanej lityfikacją), dochodzi do przemiany nagromadzonego materiału w spoistą skałę. Inna klasyfikacja dzieli skały okruchowe według średnicy ziaren je budujących na: głazy (>20 cm), gruz (2 – 20 cm) – tworzy brekcje, żwir (0,2 – 2 cm) – tworzy zlepieńce lub brekcje, piasek (0,1 – 2 mm) – tworzy piaskowce, muł (0,01 – 0,1 mm) – tworzy mułowce oraz ił (<0,01 mm) – tworzy iłowce, łupki, glinę. Do tej grupy zaliczamy także less (0,02 – 0,05 mm), będący efektem działalności wiatru.

Wybrane skały osadowe okruchowe 

Źródło: https://www.thoughtco.com/thmb/xIflEFs7a3kwSopiWI86roeCY8I=/768×0/filters:no_upscale():max_bytes(150000):strip_icc()/shale–close-up–72194984-5b0d4eb043a1030036e161e3.jpg; https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2c/Clay-ss-2005.jpg; https://www.encyklopedialesna.pl/foto/hasla/0/0/mul_mulek_mulowc_-_mulek_marglisty_ze_skorupami_slimakow.jpg; https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7b/Karima%2Cnile_silt.jpg/1280px-Karima%2Cnile_silt.jpg; geology.com; https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a9/Kalabrien_Ricadi_Sandwellen_2129.jpg/1280px-Kalabrien_Ricadi_Sandwellen_2129.jpg; http://www.sklep.e-mur.com.pl/product/image/80/__wir_8-16mm.jpg;
  • Skały osadowe pochodzenia organicznego – powstają w wyniku sedymentacji szczątków roślin i zwierząt. Dzielą się na te, które zostały uformowane ze szczątków zwierzęcych (głównie skały wapienne np. wapień, dolomit czy kreda) i na te, które zostały uformowane ze szczątków roślinnych (głównie węgle – różniące się zawartością procentową węgla: torf [<60%], węgiel brunatny [60-75%], węgiel kamienny [75-97%], antracyt [92-95%], szungit [do 99%].

Skały osadowe pochodzenia organicznego utworzone ze szczątków zwierząt – przykłady

Źródło: geology.com

Skały osadowe pochodzenia organicznego utworzone ze szczątków roślin – przykłady

 

Źródło: geology.com

Pewną zagadką jest pochodzenie ropy naftowej i gazu ziemnego. Istnieją różne teorie na ten temat, ale najczęściej przyjmuje się, że powstały w wyniku przeobrażenia zarówno szczątków roślinnych jak i zwierzęcych wraz z drobnymi okruchami mineralnymi w osadach morskich.

  • Skały osadowe pochodzenia chemicznego – powstają w wyniku wytrącania substancji mineralnych z wody morskiej (np. sól kamienna, sól potasowa, gips, anhydryt).

Skały osadowe pochodzenia chemicznego – przykłady

Źródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0c/Mineral_Silvina_GDFL105.jpg; geology.com; http://porady-montera.eu/wp-content/uploads/2012/10/gips.jpg

Skały metamorficzne – trzecia i ostatnia grupa skał. Powstają w wyniku przeobrażenia (metamorfizmu) innych skał, w warunkach bardzo wysokiej temperatury i ogromnego ciśnienia. Najważniejszymi skałami tego typu są gnejs (powstaje z przeobrażenia granitu), marmur (powstaje z przeobrażenia wapieni i dolomitów) i kwarcyt (powstaje z przeobrażenia piaskowców kwarcowych), a także eklogit (przeobrażenie bazaltu), czy hornfels (przeobrażenie różnych skał ilastych i mułowych).

Skały metamorficzne – przykłady

Źródło: geology.com


3. Surowce mineralne i ich wykorzystanie

Minerały i skały od tysięcy lat są wykorzystywane przez ludzkość. Część z nich stanowią surowce mineralne – czyli takie skały, które nadają się do gospodarczego wykorzystania, znajdujące się w złożach, z których można je wydobywać.

Surowce mineralne dzielą się na cztery zasadnicze grupy:

  • Surowce metaliczne – takie jak np. żelazo (stal – budownictwo, przemysł zbrojeniowy, środki transportu), miedź (elektronika, produkcja monet), cynk (blacha dachowa, środki transportu), ołów (przemysł zbrojeniowy, ochrona przed promieniowaniem, akumulatory), nikiel (narzędzia, statki, turbiny), boksyty (aluminium – przemysł spożywczy (puszka), środki transportu, blachy konstrukcyjne), inne metale (do stopów) a także złoto, srebro czy platyna (urządzenia precyzyjne, aparatura specjalistyczna, jubilerstwo).
  • Surowce chemiczne – takie jak np. sól kamienna (gastronomia, kosmetyki, tworzywa sztuczne), sól potasowa (nawozy rolnicze, farmaceutyka, dekoracje wnętrz), siarka (nawozy, środki ochrony roślin, zapałki), a także: fosforyty (nawozy rolnicze), ropa naftowa (asfalt, paliwo samochodowe, smary i oleje samochodowe), węgiel kamienny i brunatny (leki, farby i lakiery, tworzywa sztuczne), torf (ziemia ogrodnicza, nawozy rolnicze, medycyna).
  • Surowce energetyczne – takie jak np. ropa naftowa, gaz ziemny, uran, torf, węgiel brunatny, węgiel kamienny – wszystkie wymienione służą do produkcji energii elektrycznej i cieplnej.
  • Surowce skalne – dzielą się na podgrupę surowców budowlanych (żwir – podsyp drogowy, piasek – beton, tynk, izolacja, granit – kostka chodnika, nagrobki, wykończenia wnętrz, bazalt – podsyp drogowy, kostka chodnikowa, gips – tynk, ścianki budowlane karton-gipsowe, opatrunki medyczne, wapień – cement, marmur – dekoracje, wykończenia, nagrobki) – mających zastosowanie w procesie budownictwa domów, dróg, a także dekoracji i wyposażenia wnętrz oraz podgrupę surowców szklarskich i ceramicznych (piasek kwarcowy – szkło, glina, ił, dolomit – cegła, wyroby ceramiczne).