2.5: Формування мінералів

Last updated
Save as PDF

Page ID: 36134

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Для того, щоб мінеральний кристал рости, елементи, необхідні для його виготовлення, повинні бути присутніми у відповідних пропорціях, фізичні та хімічні умови повинні бути сприятливими, і має бути достатньо часу, щоб атоми стали організованими.

Фізичні та хімічні умови включають такі фактори, як температура, тиск, наявність води, рН та кількість доступного кисню. Час є одним з найважливіших факторів, оскільки потрібен час, щоб атоми стали впорядкованими. Якщо час обмежений, то мінеральних зерен залишиться дуже мало. Наявність води підсилює рухливість іонів і може призвести до утворення більших кристалів протягом більш коротких часових періодів.

Більшість мінералів, що входять до складу цих порід навколо нас, утворюються завдяки охолодженню розплавленої породи, відомої як магма. При високих температурах, які існують глибоко в межах Землі, деякі геологічні матеріали є рідкими. Коли магма піднімається вгору через кору, або виверженням вулкана, або більш поступовими процесами, вона охолоджується і мінерали кристалізуються. Якщо процес охолодження буде швидким (хвилини, години, дні або роки), компоненти мінералів не встигнуть упорядковуватися і тільки дрібні кристали можуть утворитися до того, як гірська порода стане твердою. Отримана порода буде дрібнозернистою (тобто з кристалами менше 1 мм). Якщо охолодження буде повільним (від десятиліть до мільйонів років), ступінь впорядкованості буде вище і утворюються відносно великі кристали. У деяких випадках охолодження буде настільки швидким (секунди), що текстура буде склоподібною, а значить, кристалів взагалі не утворюється. Вулканічне скло не складається з мінералів, оскільки магма охолоджується занадто швидко, щоб кристали рости, хоча з часом (мільйони років) вулканічне скло може кристалізуватися в різні силікатні мінерали.

Мінерали також можуть утворюватися декількома іншими способами:

Опади з водного розчину (тобто з гарячої води, що протікає під землею, від випаровування озера або внутрішнього моря, або в деяких випадках безпосередньо з морської води) (див. Вправа 2.7 нижче),
Опади від газоподібних еманацій,
Метаморфізм: утворення нових мінералів безпосередньо з елементів всередині існуючих мінералів в умовах підвищеної температури і тиску,
Вивітрювання: під час якого мінерали, нестійкі на поверхні Землі, можуть бути змінені на інші мінерали,
Органічне утворення: утворення мікроелементів всередині оболонок (насамперед кальциту) та зубів і кісток (насамперед апатиту) організмами (ці органічно сформовані мінерали ще називають мінералами, оскільки вони також можуть утворюватися неорганічно).

Опал - мінералоїд (тобто не справжній мінерал), оскільки, хоча він має всі інші властивості мінералу, він не має певної структури. Перлина не є мінералом, оскільки її можна виробляти лише органічними процесами.

Вправа 2.7 Виготовлення кристалів з розчину

Помістіть приблизно ½ чайної ложки (~2,5 см ³) будь-якої кухонної солі в невелику миску. Додайте близько 2 чайних ложок (~ 10 мл) дуже гарячої води і крутіть її протягом декількох хвилин, поки вся або майже вся сіль не розчиниться. (Будьте обережні, щоб не бризкати себе гарячою водою.)

Помістіть миску в безпечне місце (підвіконня, книжкова полиця) і перевіряйте кожні 24 години, щоб побачити, що сталося. Залежно від рівня вологості в приміщенні, ви повинні побачити кристали, що утворюються протягом 24 годин, і вся вода повинна зникнути, з досить великими кристалами, протягом приблизно 3 днів. Вони повинні виглядати трохи як показані тут. Іншими словами, вони повинні бути кубиками.

Тепер спробуйте той же експеримент ще раз, але на цей раз покладіть сіль і воду в невелику каструлю для соусу на плиті на мінімальному вогні. Протягом 10-20 хвилин вся вода повинна зникнути, і ви повинні залишитися з дуже дрібними кристалами солі - занадто малими, щоб навіть побачити їх форми. Потрібен час, щоб утворилися мінеральні кристали.

Звідки береться літій?

Світовий попит на літій різко зріс за останнє десятиліття і буде ще більше зростати в майбутньому до тих пір, поки зростає попит на літій-іонні батареї в електронних пристроях, електромобілів та для зберігання енергії, що виробляється від сонця та вітру. Більша частина світового постачання літію надходить із солоних озер (зарплати іспанською мовою), як показано нижче на південному заході Болівії.

Солона вода цього та інших озер регіону має достатньо літію, щоб зробити її життєздатним джерелом металу, особливо тому, що в сухому кліматі цю концентрацію можна збільшити за рахунок більшого випаровування. При цьому вода випаровується літій кристалізується у вигляді мінерального карбонату літію (Li ₂ CO ₃). Для використання в батареях літій перетворюється на інші мінеральні форми, такі як оксид кобальту літію або фосфат заліза літію.