2.1 Mineraler og mineralidentifikasjon

Naturens byggeklosser

Plukk opp en stein. Den ser kanskje ut som ett ensartet materiale, men ser du nærmere -- gjerne med lupe -- oppdager du at den er satt sammen av små korn med ulike farger og glans. Disse kornene er mineraler, og de er selve byggesteinene i alle bergarter. Skal du forstå bergarter, må du først forstå mineralene.

Men hva er egentlig et mineral? Ikke alt som glitrer kvalifiserer. Et ekte mineral må oppfylle fem strenge kriterier. Det må være naturlig forekommende -- dannet i naturen, ikke laget av mennesker. Det må være uorganisk -- ikke dannet av levende organismer. Det må være et fast stoff -- ikke væske eller gass. Det må ha en definert kjemisk sammensetning som kan skrives som en formel. Og det må ha en ordnet atomstruktur, der atomene sitter i et regelmessig krystallgitter.

Det finnes over 5000 kjente mineraler, men bare rundt 20--30 av dem er vanlige bergartsdannende mineraler. Eksempler på ekte mineraler er kvarts ($SiO_2$), feltspat og kalsitt ($CaCO_3$).

Krystaller: orden helt ned til atomene

Det femte kriteriet -- den ordnede atomstrukturen -- fortjener en nærmere titt. I et mineral er atomene ordnet i et regelmessig tredimensjonalt mønster kalt et krystallgitter. En krystall er nettopp et fast stoff der atomene sitter i et slikt mønster, og krystallens ytre form, kalt habitus, gjenspeiler den indre ordenen. Det er derfor kvartskrystaller har sine karakteristiske sekskantede former -- formen er et speilbilde av atomenes arrangement.

Alle mineraler hører hjemme i ett av sju krystallsystemer, avhengig av hvordan aksene i gitteret står i forhold til hverandre. Det kubiske systemet har tre like akser i 90 grader (pyritt, diamant, steinsalt). Det tetragonale har to like akser og én ulik. Det ortorombiske har tre ulike akser, alle i 90 grader. Det heksagonale har tre like akser i 120 grader pluss en vertikal (kvarts, beryll). Det trigonale ligner det heksagonale, men har annen symmetri (kalsitt). Det monokline har tre ulike akser der én vinkel avviker fra 90 grader (feltspat, glimmer). Og det trikline har tre ulike akser der alle vinklene avviker fra 90 grader. Krystallstrukturen er ikke bare pen geometri -- den bestemmer mange av mineralets fysiske egenskaper.

Detektivverktøyene: slik bestemmer du et mineral

Hvordan vet en geolog hvilket mineral hun har foran seg? Hun bruker en serie fysiske egenskaper som til sammen gir et fingeravtrykk.

Først hardheten, målt på Mohs skala fra 1 til 10. Talk (1) og gips (2) kan risses med neglen, kalsitt (3) med en kobbermynt, fluoritt og apatitt (4--5) med en kniv. Feltspat (6) og kvarts (7) er så harde at de risser glass, mens topas (8), korund (9) og diamant (10) er hardest -- diamant er det hardeste naturlige materialet vi kjenner.

Deretter streken, altså fargen på mineralpulveret når du stryker mineralet mot en uglasert porselensplate. Streken er mer pålitelig enn selve mineralfargen, som kan variere. Så kommer glansen -- hvordan mineralet reflekterer lys. Vi snakker om metallglans (pyritt, blyglans), glassaktig glans (kvarts), perlemorsglans (glimmer), silkeglans (gips), fettglans (nefelin) og matt overflate (kaolin).

Videre ser vi på kløv og brudd. Kløv er tendensen til å dele seg langs bestemte plan, der bindingene mellom atomene er svakere. Glimmer har fullkommen kløv i ett plan, feltspat god kløv i to plan, mens kvarts har dårlig kløv. Når et mineral brytes uten å følge kløvplan, får vi brudd: muslig (avrundet, som hos kvarts og obsidian), ujevnt eller splintret. Egenvekten (tettheten) skiller lette mineraler som gips fra tunge som blyglans og magnetitt. Til slutt finnes noen spesialtester: magnetitt tiltrekkes av magnet, kalsitt bruser med saltsyre, enkelte mineraler lyser under UV-lys, og steinsalt smaker rett og slett salt.

Silikatene -- skorpens herskere

Dersom du skulle gjette hva jordskorpen for det meste består av, ville svaret være silikater: over 90 % av skorpen er bygd av silikatmineraler. La oss møte de viktigste.

Kvarts ($SiO_2$) har hardhet 7 og glassaktig glans, ingen kløv og muslig brudd. Det finnes i mange varianter, fra klar bergkrystall til fiolett ametyst og brun røykkvarts. Feltspat-gruppen utgjør alene rundt 60 % av jordskorpen og deles i plagioklas (natrium-kalsium-feltspat) og kalifeltspat. Feltspat har hardhet 6 og to kløvretninger. Glimmer-gruppen kjennes på den fullkomne kløven i ett plan og kommer som lys muskovitt og mørk biotitt.

De mørke mineralene pyroksen og amfibol inneholder jern og magnesium og er vanlige i magmatiske bergarter. Til slutt har vi olivin, et grønt mineral som er vanlig både i basalt og dypt nede i mantelen.

La oss prøve verktøyene i praksis. Tenk deg at du finner et mineral med glassaktig glans, hardhet 7, ingen kløv, muslig brudd, og fargeløst til hvitt. Hardheten viser at det risser glass og er like hardt som kvarts. Den glassaktige glansen peker mot silikater. Fraværet av kløv utelukker feltspat og glimmer. Det musling bruddet og den fargeløse fargen passer perfekt -- mineralet er kvarts. Den høye hardheten og fraværet av kløv skyldes de sterke Si-O-bindingene som virker i alle retninger.

Oppsummering

Et mineral er et naturlig forekommende, uorganisk fast stoff med definert kjemisk sammensetning og ordnet atomstruktur -- et krystallgitter. Alle mineraler hører til ett av sju krystallsystemer, og den indre ordenen gjenspeiles i krystallens ytre form.

Vi identifiserer mineraler med en rekke fysiske egenskaper: hardhet (Mohs skala 1--10), strek (pulverfargen, mer pålitelig enn fargen), glans, kløv og brudd, egenvekt og spesialtester som syrereaksjon og magnetisme. Over 90 % av jordskorpen består av silikater -- kvarts, feltspat, glimmer, pyroksen, amfibol og olivin er de viktigste. Med disse verktøyene kan du, slik vi gjorde med kvarts, slå fast hvilket mineral du har funnet.