Kuvittele, että olet ulkona ja löydät mineraalin. Haluat tunnistaa sen, mutta et ole varma miten. Ei se mitään! Mineralogit käyttävät erilaisia fysikaalisia ja optisia ominaisuuksia, jotka auttavat mineraalien tunnistamisessa ilman erikoislaitteita. Näihin ominaisuuksiin kuuluvat mineraalin väri, kiteen muoto, kovuus, halkeilu (tapa, jolla mineraali murtuu), raita, kiilto, magneettisuus, kyky läpäistä valoa ja ominaispaino.
Fysikaaliset ominaisuudet
Kiteen muoto
Kiteen muodolla tarkoitetaan mineraalin kiteen tai kiteiden muodostaman kokonaisuuden yhteistä tai ominaismuotoista muotoa, joka rajoittuu joukon litteitä pintojaan rajaaviin kiteisiin, jotka ovat symmetrisesti yhteydessä toisiinsa. Joillakin mineraaleilla on tunnistettavia muotoja, kuten kuutioita tai kahdeksankulmioita, joista on apua mineraalien tunnistamisessa. Esimerkiksi granaatit muodostavat usein dodekaedreja (12-sivuisia). Useimmilla mineraaleilla on vain yksi yhteinen muoto, mutta on muutamia, jotka voivat kehittyä useisiin eri muotoihin. Granaattia tavataan yleisesti kuutiomuotoisena, mutta se voi muodostaa myös oktaedrisen muodon.
Granaatti, jossa näkyy dodekaedrin kidemuoto.
Kaksi näytettä galeniinia – toisessa näkyy kuutiomuoto (6-sivuinen) ja toisessa oktaedrimuoto (8-sivuinen)
Seuraavassa taulukossa on lueteltu joitakin yleisimpiä kidemuotoja.
| Pyramidaalit (5 sivua) |
rikki |
| Kuutio (6 sivua) |
Galena |
| Rhomboedri (6 sivua) |
Rhodokroosiitti – Näyte on Kansallisen luonnonhistoriallisen museon kansallisesta mineraalikokoelmasta, Smithsonian Institute – Rhodochrosite-NMNH_147520 https://geogallery.si.edu |
| oktaedri (8 sivua) |
fluoriitti |
| dodekaedri (12 sivua) |
Garnetti |
Kiteiden habitus
Mineraalin taipumusta kasvaa toistuvasti tyypillisiin muotoihin kutsutaan kiteiden habitukseksi. Toisin kuin kidemuodot, kidehabitaatit eivät ole sidottuja kidepintoihin tai symmetriaan. Mineraalin kidehabitaatin avulla voidaan erottaa mineraaleja toisistaan. Olosuhteet ja ympäristön kemia, jossa mineraali on muodostunut, voivat vaikuttaa siihen, minkälainen tapa kehittyy. Joillakin mineraaleilla, kuten pyriitillä, voi olla useita kideasentoja, kuten kuutiomainen (muoto ja asento) tai säteilevä.
| Kidehabitus | Kuvaus | Kuva mineraalista |
| Massiivinen | mineraali puuttuu. kidepinnat |
Rikki |
| Granulaarinen | kiderakeet ovat suunnilleen yhtä suuria; rakeiden koko vaihtelee noin 2-10 mm:n välillä |
Pallasiittimeteoriitti |
| Lamellar | kerroksista koostuva |
Molybdeniitti |
| Mikaliitti | nimeltään myös lehtomainen; Kiteet, jotka muodostavat levymäisen tai kerroksellisen rakenteen; usein voidaan jakaa ohuiksi levyiksi |
Glimmeri |
| Levymäiset | pitkänomaiset kiteet, jotka ovat pidempiä kuin leveydeltään ja joiden leveys on suurempi kuin syvyys; muistuttavat suoraa miekkaa tai veistä |
Stibniitti |
| Kuituinen | esiintyy hyvin hienojakoisena kuituna-kaltaisia kiteitä |
Aktinoliitti |
| Säteilevät | kideaggregaatit kasvavat kiteistä ulospäin keskipisteestä |
Thomsoniitti |
| Ooliittiset | kiteiset aggregaatit, jotka ovat pyöristyneitä ja pienemmät kuin neljän millimetrin kokoisia |
Ooideja |
| Kaistaleita | mineraaleja, joissa on kapeita kerroksia tai kaistaleita. erivärisiä ja/tai -rakenteisia |
Agate Banded |
| Botryoidi | nimeltään myös pallomaisia tai mammillaarisia; Kideaggregaatit, jotka ovat muodoltaan pallomaisia tai pyöreitä |
Hematite |
| Columnar | pitkät prismat, joiden leveys on niin suuri, että nimitys acicular (neulasmainen-like) ei sovellu |
Gypsum |
| Geodeettiset | mineraalirykelmät muodostavat pyöristyneen massan kiteytymällä ontelon sisäseinämiin |
Ametystigeodi (katedraali) |
| Rosetti | ruusua tai kukkaa muistuttavassa säteittäisessä järjestyksessä olevien tabulaaristen kiteiden ryppäitä |
Bariittiruusut |
Kovuus
Mineraalien kovuusasteikko Mohsin asteikolla perustuu siihen, kuinka vaikeaa mineraalin pintaa on naarmuttaa. Saksalainen geologi ja mineralogi Friedrich Mohs loi asteikon ensimmäisen kerran vuonna 1812. Asteikossa on 10 tasoa, ja sitä käytetään eri materiaalien tai mineraalien kovuuden vertailuun, jotta nähdään, mikä raapii toista. Esimerkiksi talkkia käytetään yleisimmin Mohsin kovuusasteikolla 1, ja timanttia, joka on maapallon kovin mineraali, käytetään Mohsin kovuusasteikolla 10. Alla olevassa taulukossa on esitetty mineraali kullakin kovuusasteella ja joitakin tavallisia materiaaleja, joita voidaan myös käyttää mineraalien kovuuden testaamiseen.
| Asteikkonumero | Mineraalin nimi | Mineraalin kuva | Yleinen esine | |
| 10 | Diamantti |  |
||
| 9 | Korundi |  |
||
| 8 | Topas |
 |
||
| >
Muurausporanterä (8.5) |
||||
| 7 | Kvartsi |  |
||
| 6 | Orthoklaasi |  |
Teräskynsinaula (6.5) |
|
| 5 | Apatiitti |  |
Veitsi/lasilevy (5.5) |
|
| 4 | Fluoriitti |  |
||
| 3 | Kalsiitti |  |
Kuparikynäjalokivi (3.5) |
|
| 2 | Kipsi | |
Kynsi (2.5) |
|
| 1 | Talkki |  |
Taulukko, jossa esitetään mineraalien Mohsin kovuusasteikko. Timantin, korundin, topaasin ja ortoklaasin näytekuvat ovat Smithsonian-instituutin luonnonhistoriallisen museon kansallisesta mineraalikokoelmasta. https://geogallery.si.edu
Halkeilu
Kun mineraalit murtuvat, niillä on taipumus murtua tietyllä tavalla. Tätä kutsutaan pilkkoutumiseksi. Halkeaminen tapahtuu tasoilla, jotka riippuvat mineraalin kiderakenteesta ja joissa mineraalissa on heikkoja sidoksia, jotka pitävät atomit yhdessä. Mineraaleilla on taipumus murtua näissä heikoissa kohdissa. Mineraalilla voi olla useita halkeamistasoja. Kun tarkastelet mineraalia, halkemistasot määrittelevät yleensä sen muodon. Joskus yksittäiset kiteet rikkoutuvat tai eivät muodosta tarkkaan määriteltyjä kiteitä, jolloin mineraalin halkeamatasoja on vaikea nähdä.
Glimmerillä on yksi halkeamataso, jota kutsutaan basaaliseksi halkeamaksi. Jakautuessaan mineraalin halkeamatasot voidaan ”kuoria” erilleen, kuten kirjan sivut. Galeniini muodostaa yleisimmin kuutiohalkeaman. Jos rikkoisit galteenikuution, se hajoaisi yhä pienemmiksi kuutioiksi. Kuutiohalkeaman tavoin kalsiitin kaltaiset mineraalit, joilla on romboedrinen halkeama, voivat hajota pienempiin romboedrisiin kiteisiin, jotka nimensä mukaisesti näyttävät rombilta.
Kuvaus useista tavallisista mineraalien halkeamismalleista. Tässä taulukossa esitetään eri halkeilukuvioiden määritelmät, tietyn halkeilukuvion omaavan mineraalin muoto sekä esimerkiksi kaaviot ja valokuvat. Kuva muokattu kuvasta, jonka omistaa Pearson Prentice Hall, Inc, 2006.
Murtuma
Joidenkin mineraalien kemialliset sidokset ovat suunnilleen samat kaikkiin suuntiin, eikä niillä ole ennustettavaa heikkouskohtaa. Kun mineraali ei murru halkeamistasoa pitkin, sitä kutsutaan murtumaksi. Kun mineraali murtuu, useimmiten tuloksena on epätasainen pinta, jota kuvataan epäsäännölliseksi murtumaksi.
Obsidiaani (kvartsilaji), jossa on kartiomainen murtuma – kvartsin diagnostinen fysikaalinen ominaisuus. Lähde: https://www.sandatlas.org/conchoidal-fracture/
Jotkut mineraalit, kuten kvartsi, murtuvat sileiksi, kaareviksi pinnoiksi, jotka muistuttavat rikkinäistä lasia. Tätä murtumismallia kutsutaan kartiomurtumaksi.
Mineraalit voivat murtua myös muilla murtumismalleilla, kuten kuitumaisesti, sirpaleisesti tai hakkuumaisesti. Kuituinen ja sirpaleinen murtuma näyttää samankaltaiselta kuin puun murtuminen. Hakamainen murtuma näyttää rosoiselta murtumalta, jossa on terävät reunat.
Chrysotiililla on kuitumainen tapa. Näyte on National Mineral Collection at the National Museum of Natural History, Smithsonian Institute – Chrysotile-NMNH_107854. https://geogallery.si.edu
Hopea, jolla on hakamaista murtumaa.
Raita
Mineraalia hammastettaessa voidaan käyttää sen ”raitaa” tunnistamisen apuna. Raita on jauhemaisen mineraalin väri, joka jää lasittamattomalle posliinilautaselle. Tätä levyä kutsutaan myös raitalevyksi. Raitalevyn kovuus on Mohin kovuusasteikolla 7, joten mikään mineraali, jonka kovuus on suurempi kuin seitsemän, ei jätä raitaa, kuten korundi, jonka kovuus on 9. Sen sijaan se jättää valkoisen jauhemaisen muodon siihen kohtaan, johon se naarmutti levyn. Kun mineraalin kovuus on alhaisempi, raitaa voidaan käyttää sen tunnistamiseen. Mineraalin väri ei aina vastaa raidan väriä. Siksi kvartsin kaltaisissa mineraaleissa, jotka voivat olla erivärisiä, raidan väri pysyy samana.
- Mineraaleilla, joilla on metallinen kiilto, on yleensä tumma raita. Mineraaleilla, joilla on ei-metallinen kiilto, on yleensä vaalea raita.
- Hematiitilla on punainen raita
Hematiitista syntyy punainen raita, kun sitä testataan raitalevyllä.
Magnetismi
Magneetti ei vedä puoleensa useimpia mineraaleja. Siksi magnetismi on hyödyllinen ominaisuus mineraalien tunnistamisessa, koska magneettisia mineraaleja on vähän. Mineraaleja, jotka eivät ole magneettisia, kutsutaan diamagneettisiksi mineraaleiksi. Vaihtoehtoisesti niitä harvoja mineraaleja, jotka ovat magneettisia, kutsutaan paramagneettisiksi mineraaleiksi. Magneettisesti aktiivisimmat mineraalit ovat ferromagneettisia, kuten magnetiitti (koostuu raudasta ja hapesta; Fe3O4.)
Magnetiitti, johon on vedetty puoleensa rautalastuja ja nauloja.
Magnetiitti, jossa on näkyvissä kiteinen asu.
Ferromagneettisilla mineraaleilla on suuri merkitys, kun halutaan ymmärtää Maan magneettista magneettikenttää. Nämä mineraalit tallentavat Maan magneettikentän suunnan ja auttavat siten geofyysikkoja rekonstruoimaan Maan tektonisten laattojen (kuoren ja vaipan kappaleet) liikettä. Geokronologia, joka käyttää ferromagneettisia mineraaleja mittaamaan, miten Maan magneettikenttä on muuttunut ajan myötä, on kivien ja geologisten tapahtumien iän tutkimista.
Effervesenssi
Kun laimeaa suolahappoa levitetään joidenkin mineraalien pinnalle, mineraali kuplii eli poreilee. Tämä reaktio on tyypillinen karbonaattia (CO3) sisältäville mineraaleille. Poreilun määrä riippuu siitä, kuinka liukoisia mineraalit ovat. Esimerkiksi kalsiitti (CaCO3) kuohuu enemmän kuin dolomiitti (CaMg(CO3)2).
Kemiallinen reaktio, joka tapahtuu:
-
- CaCO3 + 2HCl → Ca2+ + H2O + 2Cl + CO2 (kaasu)
- Kun kalsiumkarbonaatti ja suolahappo reagoivat toisiinsa, syntyy vettä ja hiilidioksidia (kaasua). Kun hiilidioksidi vapautuu, se kuplii veden ja mineraaliin jäävän suolahapon läpi.
Video, jossa demonstroidaan kalsiitin ja dolomiitin happotesti. Creditited to RockTumbler.com on YouTube.
Video, jossa demonstroidaan kalsiitin ja dolomiitin happotesti.
Optiset ominaisuudet
Väri
Mineraalien tunnistamisessa ei pidä luottaa pelkästään väriin, koska se on usein vaihteleva. Väri voi olla harhaanjohtava mineraalien, kuten kvartsin ja kalsiitin, osalta. Kvartsin sisältämät epäpuhtaudet voivat antaa sille erilaisia sävyjä, kuten violetti (ametisti), keltainen (sitriini) ja musta (savukvartsi). Kullalla on ominainen väri, mutta pyriitillä, joka tunnetaan myös nimellä ”Fool’s Gold”, on samanlainen väri. Näiden kahden erottamiseksi toisistaan tarvitaan mineraalien muita optisia ja fysikaalisia ominaisuuksia.
Kulta. Näyte on National Mineral Collection at the National Museum of Natural History, Smithsonian Institute – Gold-NMNH_145644. https://geogallery.si.edu
Natiivirikki – Natiivien alkuaineiden osalta mineraalin väri on alkuaineen väri.
Hohde
Hohde on mineraalin pinnasta heijastuvan valon ulkonäkö. Kiiltoa on kahdenlaista: metallista ja ei-metallista.
Metallinen on kiillotetun metallin kiilto – esimerkiksi teräksen, kuparin ja kullan ulkonäkö. Tämä kiilto heijastaa valoa metallien tavoin ja on läpäisevän valon kannalta läpinäkymätön.
Rautameteoriitti – Leikattu ja kiillotettu meteoriitti, jossa näkyy sen sisällä olevien eri metallien tekemä ristikkäinen kuvio.
Metalliton kiilto näkyy monissa mineraaleissa, jotka läpäisevät valoa. Ei-metallisen kiillon ulkonäkö vaihtelee erittäin kiillotetusta lasipinnasta himmeään maankaltaiseen ulkonäköön. Esimerkiksi maasälvän ei-metallinen kiilto on tylsä ja maanläheinen. Useimmilla mineraaleilla on ei-metallinen kiilto, ja niitä kuvataan yleisesti adjektiiveilla, kuten lasimainen, lasimainen, tylsä, maanläheinen, helmiäinen tai silkkinen. Ei-metallisissa mineraaleissa kiilto johtuu usein kemiallisten sidosten rikkoutumisesta halkeamistasoilla.
-
- Lasimainen kiilto
Kvartsi
-
- Lasimainen kiilto
Obsidiaani (kvartsin lajike), jossa on kartiomuotoinen murtuma – kvartsin diagnostinen fysikaalinen ominaisuus. Lähde: https://www.sandatlas.org/conchoidal-fracture/
- Tumma kiilto
Ortoklaasi
- Helmiäishohtoinen kiilto
Mica
- Silkkinen kiilto
Kipsi
- Lasimainen kiilto
Kyky läpäistä valoa
Kannattaa kirkasta lasimaljaa ja, huomaa, miten valo kulkee sen läpi. Lasin läpi kulkevaa valoa voidaan kuvata läpinäkymättömäksi, läpinäkyväksi tai läpikuultavaksi. Mineraalin kykyä läpäistä valoa käytetään yleisesti mineraalien, kuten kvartsin, tunnistamisessa. Läpinäkymättömät mineraalit eivät läpäise valoa. Läpikuultavat mineraalit läpäisevät jonkin verran valoa, mutta eivät selkeää kuvaa. Kun mineraali läpäisee sekä valon että kuvan, sitä kutsutaan läpinäkyväksi. Suuri näyte muskoviittia näyttää ensisilmäyksellä läpinäkymättömältä. Kun kerrokset kuitenkin erotetaan toisistaan halkeamatasoja pitkin, yksittäiset kerrokset ovat läpinäkyviä.
Läpinäkyvä:
Läpikuultava:
Läpinäkymätön:
Kaksoismurtuma
Valon kulkiessa läpinäkyvän mineraalin läpi valo ei aina läpäise sitä yksittäisenä säteenä. Tietyt mineraalit, kuten kalsiitti, jakavat tavallisen, polarisoimattoman valon kahdeksi säteeksi. Kun kalsiittipala asetetaan painetun tekstin päälle, nämä jakautuneet valonsäteet saavat tekstin näkymään kahdesti. Katso alla olevalta videolta esitys optisesta kalsiitista ja siitä, mitä tapahtuu, kun valo polarisoituu suodattimella.
Credited to AZ Geology on YouTube.com
Fluoresenssi ja fosforesenssi
Mineraalit, kuten kipsi,kun niitä valaistaan ultraviolettivalolla (UV-valo), röntgensäteillä ja/tai elektronisäteillä, näyttävät hehkuvan elinvoimaisissa väreissä, joita ei esiinny, kun mineraalia tarkastellaan tavallisella valolla. Esimerkiksi kalsiitti, joka näyttää näkyvässä valossa valkoiselta, voi fluoresoida useissa eri väreissä, kuten punaisena, sinisenä, vaaleanpunaisena, vihreänä ja oranssina. Fluoresenssin väriin vaikuttavat mineraalin sisältämät hivenaineet.
Willemiittiä ja kalsiittia sisältävä kivi näkyvässä valossa.
Willemiittiä ja kalsiittia sisältävä kivi ultraviolettivalossa. Willemiitti on vihreä mineraali ja kalsiitti on oranssi mineraali.
Mineraalit, kuten fluoriitti, voivat jatkaa hehkumista sen jälkeen, kun alkuperäinen aktivoiva UV-valo on poistettu. Mineraalista UV-valon poistamisen jälkeen säteilevän valon esiintymistä kutsutaan fosforesenssiksi. Katso Sternberg-museon videolta lisätietoja siitä, miten ja miksi mineraalit hehkuvat, kun niitä valaistaan UV-valolla.
Jaksossa Lessons with Ptara esitellään fluoresoivia ja fosforisoivia mineraaleja. Liity rouva Darrahin ja Penny the Spinosauruksen seuraan, kun he selittävät, miten ja miksi mineraalit hehkuvat. Krediitti: Sternberg-museo YouTubessa.