MINERALOGIJA I PETROLOGIJA

OP

A MINEROLOGIJA

1. LJUSKASTA GRA

A ZEMLJE

Zemlja ima ljuskastu gra

u, iznad Zemljine površine nalazi se zra

ni omota

atmosfera

, dok

hidrosfera

vodeni omota

(ljuska) koji obuhva

a svu vodu na površini i u unutrašnjosti

Zemlje.
Na Zemlji razlikujemo nekoliko

diskontinuiteta

, tj. granica u Zemljinoj unutrašnjosti na

kojima dolazi do nagle promjene u brzini i na

inju širenja seizmi

kih valova. Diskontinuiteti

razdvajaju podru

ja razli

itog sastava ili razli

itog agregatnog stanja. Glavna podjela Zemlje

po diskontinuitetima je na

koru

omota

jezgru

. Koru od omota

a odvaja

Mohorovi

diskontinuitet

koji se nalazi na dubini od 10 km ispod oceana i 40-70 km ispod kontinenata.

Na dubini od 2900 km nalazi se

Wiechert-Gutenbergov diskontinuitet

koji odvaja omota

jezgre.
Kontinentalna kora izgra

uje kontinente (debljina varira izme

u 40 i 70 km), dok oceanska

kora izgra

uje oceane (debljina varira izme

u 4 i 12 km). Prosje

na gusto

a kore je 2.7 g/cm

Omota

se dijeli na gornji omota

, prijelaznu zonu i donji omota

. Gornji omota

seže od

Mohorovi

eva diskontinuiteta do dubine od 400 km. U gornjem omota

u najvažnija je zona

od 70 do 250 km koja se naziva

astenosferom

. Stijene iznad astenosfere u

vrš

em su stanju i

tvore

litosferu

(gornji dio omota

a i kora). Prijelazna zona nalazi se izme

u 400 i 1000 km.

Na tim dubinama dolazi do znatnog pove

avanja brzina seizmi

kih valova (pretvorba olivina

u spinel, 400 do 670 km). Donji omota

karakterizira smanjenje brzine širenja seizmi

kih

valova, a na njega nailazimo izme

u 1000 i 2900 km. Na dubini od 2900 km brzina

P-Valova

(titraju okomito na smjer širenja) naglo opada, dok brzina

S-Valova

(titraju longitudalno)

uop

e ne prodire u jezgru. Time smo zaklju

ili da je vanjski dio jezgre u rastaljenom stanju, a

unutarnji u krutom. Vanjski dio jezgre sastoji se od taljevine Fe i Ni sa 5-15% primjesama O
ili S, dok se unutarnji dio sastoji od slitine Ni i Fe.

2. TEORIJA TEKTONIKE PLO

Kora i dio gornjeg omota

a tvore

litosferu

koja se sastoji od šest plo

a (Euroazijska,

Indoaustralska, Pacifi

ka, Sjevernoameri

ka, Južnoameri

ka i Afri

ka) koje plivaju na

plasti

noj astenosferi. Debljina im je razli

ita kao i širina. Teorija tektonike plo

a objašnjava

raspodjelu najzna

ajnijih geoloških pojava na Zemlji, potresna podru

ja, vulkani, planinski

lanci, oceanski grebeni i brazde te oto

ni lukovi i rasjedi. Kretanjem plo

a mijenja se vanjski

izgled Zemlje. Brzina kretanja plo

a je 1-10 cm/god. Za

etnik teorije tektonike plo

a je

Alfred Wegener (

Pangea

, prakontinent).

3. DIVERGENTNO I KONVERGENTNO KRETANJE PLO

Divergentno kretanje

je odmicanje plo

a, u zoni izme

u njih nastaje nova kora, prodire

magma iz koje nastaju magmatske stijene.

Konvergentno kretanje

kompenzira nastali prirast.

Njime se dvije plo

e primi

u pri

emu dolazi do

subdukcije

, podmicanja jedne plo

e ispod

druge. Raspadanje Pangee tuma

i se postojanjem

vru

ih to

aka

iznad kojih dolazi do dizanja i

pucanja kore. Pokretanje plo

a koje uzrokuju nastajanje oceana naziva se

Wilsonovim

Ciklusom

, tako Crveno more predstavlja primjer oceana u nastajanju.

4. MINERALOGIJA, KRISTALI I MINERALI
Mineralogija je znanost o mineralima koja prou

ava njihov oblik, unutarnju gra

u, fizikalna i

kemijska svojstva, postanak, metode odre

ivanja i kriterije klasifikacije. Mineralogija kao

znanost zapo

inje djelovanjem G. Bauera-Agricole u XVI. stolje

Minerali su prirodne,

vrste, ve

inom anorganske tvari definiranog kemijskog sastava, stalnih

fizikalnih svojstava, stabilne unutar odre

enih temperaturnih granica, tlaka i kemijskog

sastava okoliša, te ve

inom pravilne unutrašnje gra

e izražene kristalnom rešetkom.

Amorfni

minerali

su oni nepravilne unutarnje gra

e, dok su

kristali

minerali pravilne unutarnje gra

Vanjski, pravilan, poliedarski oblik kristala ovisi o pravilnom rasporedu materijalnih

estica

unutar samog kristala. Svaki kristal iste mineralne vrste ima jednaka svojstva.
Temeljna svojstva kristala su:

Homogenost

(jednakost svojstava u svakom njegovom dijelu)

Anizotropija

(jednaka svojstva u paralelnim, a razli

ita u neparalelnim smjerovima)

Simetrija

(vanjska ili geometrijska, unutarnja ili kristalografska)

Rast

(pravilno slaganje materijalnih

estica usporedno sa kristalnim plohama)

Minerali koji nisu nastali u Zemljinoj litosferi, a odgovaraju mineralima po svojim
svojstvima, nazivaju se

lunarnim

, odnosno,

meteoritnim mineralima

(svemirskog postanka) ili

sinteti

ki minerali

(nastali u laboratoriju oponašanjem prirodnih uvjeta).

Rudni minerali

oni iz kojih se tehnološkim putem dobivaju ekonomski isplative sirovine.

Petrogeni minerali

su minerali koji izgr

uju stijene.

5. GEOMETRIJSKI ELEMENTI KRISTALA I DIJELOVI KRISTALNE REŠETKE
Geometrijski elementi kristala, koji imaju oblik pravilnih poliedara ili višeplošnika, su

plohe

bridovi

vrhovi

. Istovrsne plohe imaju jednak oblik, veli

inu i simetriju. Simetrija plohe

odre

ena je brojem pravaca simetrije koji dijele plohu na dva zrcalno jednaka dijela.

Asimetri

na ploha nema niti jedan pravac simetrije. Plošni kut, kut izme

u odgovaraju

ploha, na kristalu iste mineralne tvari je jednak,

ak i ako je kristal deformiran tijekom rasta

(

zakon o stalnosti plošnih kutova

, N. Stensen, 1669.).

6. TRI KRISTALOGRAFSKA ZAKONA

Simetrija

zakon o stalnosti plošnih kutova

zakon racionalnih indeksa

7. ELEMENTI KRISTALNE REŠETKE I KRISTALNI SUSTAVI
Unutarnja gra

a minerala predo

ava se pravilnom trodimenzionalnom rešetkom u

ijim

vorovima se nalaze

materijalne

estice

(ioni, atomi ili molekule).

vorovi se nalaze na

uspravnim pravcima na jednakoj udaljenosti tvore

i tako

kasti niz

. Usporedni, jako

10. KEMIJSKE VEZE U KRISTALIMA I TIPOVI KRISTALNIH REŠETAKA
Minerali se sastoje od jednog ili više kemijskih elemenata. Materijalne

estice su raspore

ene

vorovima kristalnih rešetaka. Elementi su u ravnoteži zbog djelovanja kemijskih privla

nih

i odbojnih sila. Sile su razli

ite vrste i jednakosti. Prevladava

ionska veza

izme

u iona metala,

koji lako otpuštaju elektrone i postaju kationi, i iona nemetala, koji primanjem elektrona
postaju anioni. Anioni i kationi izgra

uju

ionsku rešetku

. Privla

ne sile djeluju jednako u svim

smjerovima. Kristalna rešetka je neutralna. Kristali sa ionskom vezom imaju visoko talište i
loši su vodi

i el. struje (jer naboji imaju to

no odre

ena mjesta).

Svaki ion u rešetki okružen je odre

enim brojem iona suprotnog naboja. Taj broj je

koordinacijski broj

. Raspored aniona koji okružuju središnji kation zove se

koordinacijski

poliedar

, a dobiva se spajanjem središta aniona. Broj vrhova koordinacijskog poliedra jednak

je koordinacijskom broju. Naj

eš

i koordinacijski brojevi su 4 (tetraedar), 6 (oktaedar) i 8

(heksaedar).
U nekim mineralima veza je

kovalentna

, pa atomi izgra

uju

atomsku rešetku

(dijamant).

Kovalentna veza odvija se izme

u nemetala koji lako primaju elektrone stvaranjem

zajedni

kog elektronskog para.

vrsta je i usmjerena od atoma prema atomu. Takvi kristali

imaju veliku tvrdo

u, visoko talište, netopljivi su i ne vode el. struju.

Metalnu vezu

ostvaruju atomi kovina. Oni lako otpuštaju elektrone koji tvore el. oblak u

metalnoj rešetki

. Elektroni su zajedni

ki ve

em broju atoma u rešetki i veoma su pokretljivi,

pa su stoga dobri vodi

i el. energije i topline.

Izme

u neutralnih molekula djeluju slabe

van der Waalsove sile

koje ostvaruju

molekularnu

rešetku

. Te sile su rezultat privla

enja pozitivnog naboja jezgara jedne molekule i negativnog

naboja elektronskog omota

a atoma druge molekule. Kristali sa ovim tipom veze pravilno se

kidaju (kalaju).

Homodezmi

ne rešetke

imaju samo jednu vrstu kemijske veze, dok

heterodezmi

imaju više

tipova kem. veze (oto

ni, lan

asti, slojeviti i prostorni tipovi).

Kod

oto

nih tipova

rešetaka koordinacijski poliedri tvore izdvojene skupine. Kod

lan

astih

tipova

poliedri su linearno spojeni.

Slojeviti tipovi

imaju slojevit raspored, veze unutar slojeva

su ja

e nego izme

u slojeva. Kod

prostornih tipova

poliedri su jednako raspore

eni u tri

prostorna pravca.

11. SIMETRIJA KRISTALA
Simetrija kristala je jedno od temeljnih svojstava kristala. Pri promjeni jednog geometrijskog
elementa kristala mijenjaju se i ostali istovrsni geometrijski elementi (

zakon simetrije

, R.J.

Haüy, 1815.).

Elementi makrosimetrije

, koji tvore grupaciju od 32 kristala, imaju odraz na

vanjskoj simetriji, a

elementi mikrosimetrije

na unutarnju simetriju. Na temelju svih

elemenata simetrije kristale grupiramo u 230 prostornih grupa.

Simetrijske operacije

koje

ponavljaju istovrsne geometrijske elemente su

zrcaljenje

rotacija

inverzija

Jednostavni

elementi makrosimetrije

ponavljaju istovrsne geometrijske elemente samo jednom

simetrijskom operacijom.

Ravnina simetrije

je zamišljena ravnina koja prolazi središtem kristala i dijeli ga na dva

jednaka dijela. Ozna

ava se slovom

ili slovom

Rotacijska os simetrije

ili

gira

je pravac koji prolazi kroz središte kristala oko kojeg se kristal

može okrenuti 2, 3, 4 ili 6 puta unutar 360°, a da pri tome do

e u istovrsni položaj. Prema

kutu zaokreta razlikujemo

digiru

trigitu

tetragiru

heksagiru

. Gire se ozna

avaju slovom

uz odgovaraju

i eksponent.

Centar simetrije

je to

ka u središtu kristala koji razdvaja spojnice svih nasuprotnih, istovrsnih

geometrijskih elemenata. Ozna

ava se slovom

ili slovom

12. KRISTALNA FORMA I KOMBINACIJA
Kristalna forma je skup istovrsnih ploha koji kao cjelina ima odre

enu simetriju. Tako šest

ploha oblika kvadrata tvori formu koja se zove

heksaedar

, a osam ploha oblika

jednakostrani

nog trokuta

oktaedar

Zatvorena forma

je forma

ije plohe zatvaraju neki

prostor, dok

otvorene forme

ne zatvaraju prostor. Kristal koji sadrži više formi zove se

kombinacija

. Forme s najvišom simetrijom unutar jednog kristalnog sustava zovu se

holoedri

a one s nižom

hemiedri

tetartoedri

i itd.

U kubi

nom sustavu najvišu simetriju imaju forme

heksakisoktaedar

trisoktaedar

deltoidski

ikozitetraedar

tetrakisheksaedar

rompski dodekaedar

oktaedar

heksaedar

. U ostalim

sustavima prevladavaju

pinakoidi

prizme

bipiramide

. Pinakoid je otvorena forma koja ima

dvije paralelne plohe. Baznim pinakoidom nazivamo formu

ije plohe sijeku samo uspravnu

. Prizma je forma

ije su plohe paralelne s jednom kristalografskom osi. Ima razli

it broj

ploha. Bipiramida je zatvorena forma

ije plohe sijeku os

. Ima razli

it broj ploha.

Pri ozna

avanju kristalnih ploha indeks u okrugloj zagradi ozna

ava indeks samo jedne plohe,

a indeks u viti

astoj zagradi ozna

ava indeks forme.

HOLOEDAR

MILLEROV

INDEKS

BROJ

PLOHA

HEKSAKISOKTEDAR {123}

TRISOKTAEDAR {221}

DELTOIDSKI IKOZITETREDAR

{112}

TETRAKISHEKSEDAR {120}

ROMPSKI DODEKAEDAR

{110}

OKTAEDAR {111}

HEKSAEDAR {100}

u nepravilnostima unutarnje gra

e naj

eš

e su dislocirani atomi ili ioni, vakancije,

inkluzije i zonalna gra

Dislocirani atomi

ili

ioni

nalaze se u kristalnoj rešetki, ali ne u

njezinim

vorovima. Ako napuste svoja mjesta u njoj nastaju šupljine ili

vakancije

Inkluzije

ili uklopci su minerali, teku

ine ili plinovi uklopljeni u kristal za vrijeme njegova rasta.

Zonalnu gra

imaju kristali kod kojih zapažamo podru

ja razli

itih svojstava.

16. ZASEBNI KRISTALI, SRASLACI I AGREGATI

Zasebni kristali

su pojedina

ni kristali, u prirodi malobrojni. Slobodni su ili prirasli, ovisno

rastu li slobodno bez zapreke ili rastu s neke podloge u slobodni prostor.

Sraslaci

su dva ili više kristala pravilno spojena po odre

enom zakonu. Interpretiraju se

zakretanjem pojedinca za 180° stupnjeva oko srasla

ke osi. Ravnina simetrije srasla

ke tvorbe

zove se

srasla

ka ravnina

, površina kojom se dodiruju kristali

srasla

ki šav

Prema broju sraslih kristala razlikujemo

jednostruke

višestruke sraslace

. Višestruki sraslaci

mogu biti

polisintetski

ili

cikli

. Sraslaci, prema površini, mogu biti

dodirni

ili

prodorni

Agregati

su skupine minerala sa nepravilnom me

usobnim odnosom pojedinaca u skupini.

Više su zastupljeni nego sraslaci i zasebni kristali. Razlikuju se kristalni agregati od agregata
amorfnih minerala. U kristalnim agregatima svaki pojedinac ima manje ili više pravilan
vanjski oblik s razvijenim kristalnim plohama. Nastaju u šupljinama stijena.

17. KEMIJSKA I FIZIKALNA SVOJSTVA MINERALA
Kemijska svojstva su kemijski sastav, sadržaj vode, izomorfija, i polimorfija. Fizikalna
svojstva su kohezija (tvrdo

a, kalavost, lom, kovnost), opti

ka, toplinska, elektri

na,

magneti

na, fiziološka te radioaktivnost i gusto

Fizikalna svojstva mogu biti vektorska i skalarna. Vektorska ovise o smjeru i razli

ita su u

razli

itim, a jednaka u paralelnim smjerovima. Skalarna svojstva ne ovise o smjeru i jednaka

su u svim smjerovima. Ve

ina fizikalnih svojstava su vektorska (kohezijska, opti

ka, plinska,

elektri

na i magneti

na). Skalarna su svojstva fiziološka, radioaktivnost i gusto

18. KEMIJSKI SASTAV, IZOMORFIJA I POLIMORFIJA
Kisik, silicij, aluminij, željezo, kalcij, natrij, kalij i magnezij osam su glavnih elemenata u
tvorbi minerala. Njihovim kombiniranjem nastaju minerali koji mogu biti kemijski elementi
ili kemijski spojevi

iji se sastav odre

uje razli

itim postupcima analiti

ke kemije s ciljem

odre

ivanja masenog udjela kemijskih elemenata.

Izomorfija

je pojava u kojoj minerali razli

itog, ali analognog kemijskog sastava, imaju sli

kristalne rešetke i sli

na svojstva te tvore

izomorfne smjese