Vés al contingut

Mineralogia

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure
Guix selenita, un mineral.

La mineralogia és la ciència que estudia les propietats físiques i químiques dels minerals en els seus diferents estats d'agregació. No solament s'ocupa de les substàncies que formen l'escorça terrestre, sinó també els meteorits i les mostres de minerals extraterrestres.[1] És una la branca de la geologia, però té les seves arrels històriques en la química, l'anomenada química mineral. Actualment, la física i, inclús la biologia, són disciplines de les quals es valen els estudis de mineralogia.

Per mineral s'entén una matèria d'origen inorgànic, que presenta una composició química definida, a més d'una estructura cristal·lina i que sol presentar-se en estat sòlid i cristal·lí a la temperatura mitjana de la Terra, encara que alguns, com l'aigua i el mercuri, es presenten en estat líquid. El científic que treballa en aquest camp s'anomena mineralogista.[2][3]

El departament mineralogia del Museu de Ciències Naturals de Barcelona té una col·lecció de més de 25.000 exemplars, disponibles per a les necessitats de la recerca, l'exposició i la documentació.[4] El 2014, l'Institut d'Estudis Catalans va publicar un Vocabulari de mineralogia per normalitzar i sistematitzar la terminologia científica i els noms catalans dels minerals.[5]

A Catalunya, el Grup Mineralògic Català publica l'única revista de temes mineralògics en català, anomenada Mineralogistes de Catalunya, ininterrompudament des de 1978.[6]

L'estudi dels minerals es pot dividir en quatre grans grups:

  • Mineralogia descriptiva: estudia l'estructura, cristal·lografia, estructura, composició química, les propietats dels minerals i fa una classificció sistemàtica
  • Mineralogia determinativa: aplica les propietats fisicoquímiques i estructurals a la determinació de les espècies minerals.
  • Mineralogènesi: estudia les condicions de formació dels minerals, de quina manera es presenten els jaciments en la naturalesa i les tècniques d'explotació.
  • Mineralogia econòmica: desenvolupa les aplicacions de la matèria mineral, la seva utilitat econòmica, industrial, gemmologia…

Els mineraloides són minerals que poden presentar dualitat en el seu comportament.

Característiques diagnòstiques

[modifica]
Hematita, mena del ferro.

Quan es té una mostra de mà recol·lectada en el camp, el geòleg té a la seva disposició diverses propietats, entre elles: forma cristal·lina, lluentor, ratlla, duresa (escala de Mohs), exfoliació o fractura, pes específic, color, etc.[7]

L'exfoliació d'un mineral es presenta quan en la seva estructura cristal·lina, hi ha enllaços més febles que uns altres, per la qual cosa es generen plans al llarg dels quals el mineral tendeix a trencar-se quan se li aplica tensió. Els minerals biotita i moscovita il·lustren molt bé aquesta característica.

El color no és una característica de gaire confiança, ja que hi ha minerals com el quars o la fluorita, que tenen diversos colors. En canvi, la ratlla és el color d'un mineral en pols, la qual es pot obtenir en fregar el mineral contra una peça de porcellana no vidriada. Aquesta característica és més fiable.

Moltes substàncies, per exemple el carboni, pot cristal·litzar en diferents estructures (vegeu cristal·lografia). Si cristal·litza en el sistema cúbic se'l denomina diamant, però si cristal·litza en el sistema hexagonal, conforma el grafit. Basta la seva aparença per a reconèixer que són dos minerals diferents, encara que és necessari un estudi més profund per a comprendre que posseeixen la mateixa composició química.

Història de la mineralogia

[modifica]
Aquesta secció és un extracte de Història de la mineralogia.[modifica]

La mineralogia, abans de ser una disciplina científica, es pot descriure a priori com una multitud de coneixements culturals, de vegades molt avançats i sorprenents, sobre el món miner i sobre els materials que componen la Terra. La seva història no comença fins al segle xvii i sobretot al final del segle xviii dins del significat de les ciències exactes, com a part de la història natural que tracta els minerals o cossos singulars directament o indirectament buscats, o fins i tot rebutjats, extrets de la mina o d'una operació subterrània. Però ja és present a les ciències antigues, fins i tot al Neolític.[Nota 1]

Propietats físiques

[modifica]
La calcita és un mineral carbonat (CaCO3) amb una estructura cristal·lina de romboedre
L'aragonita és un cristall polimorf ortoròmbic de calcita

Un primer pas per a identificar un mineral és examinar les seves propietats físiques, moltes de les quals poden mesurar-se en una mostra manual. Es poden classificar per densitat (sovint donada com gravetat específica); mesures de cohesió mecànica (duresa, tenacitat, exfoliació, fractura, separació); propietats visuals macroscòpiques (llustre, color, Filó, luminescència, diafanitat); propietats magnètiques i elèctriques; radioactivitat i solubilitat en clorur d'hidrogen (HCl).[8]:97–113[9]:39–53

La duresa es determina mitjançant comparació contra altres minerals. En l'Escala Mohs, un conjunt estàndard de minerals es numeren en ordre de duresa creixent des de l'1 (talc) fins al 10 (diamant). Un mineral més dur ratllarà a un més tou, per la qual cosa un mineral desconegut pot ser col·locat en aquesta escala, pels minerals que ratlla i els que ho ratllen. Uns pocs minerals com la calcita i la cianita tenen una duresa que depèn significativament de la direcció.[10]:254–255 La duresa també pot mesurar-se en una escala absoluta utilitzant un escleròmetre; en comparació amb l'escala absoluta, l'escala de Mohs no és lineal.[9]:52

La tenacitat es refereix a la forma en què es comporta un mineral, quan es trenca, s'aixafa, es doblega o s'estripa. Un mineral pot ser fràgil, mal·leable, sèctil, dúctil, flexible o elàstic. Una influència important en la tenacitat és el tipus d'enllaç químic (per exemple, iònic o metàl·lic).[10]:255–256

De les altres mesures de cohesió mecànica, el clivatge és la tendència a trencar-se al llarg d'uns certs plans cristal·logràfics. Es descriu per la qualitat (per exemple, perfecta o justa) i l'orientació del pla en la nomenclatura cristal·logràfica.

El partit és la tendència a trencar-se al llarg dels plans de feblesa a causa de la pressió, la macla o l'exsolució. Quan no es produeixen aquests dos tipus de trencament, la fractura és una forma menys ordenada que pot ser concoidea (amb corbes suaus que s'assemblen a l'interior d'una petxina), fibrosa, estellada, hackly (dentada amb vores esmolades), o desigual.[10]:253–254

Si el mineral està ben cristal·litzat, també tindrà un hàbit cristal·lí distintiu (per exemple, hexagonal, columnar, botrioidal) que reflecteix l'estructura cristal·lina o la disposició interna dels àtoms.[9]:40–41 També es veu afectat pels defectes del cristall i pel gir. Molts cristalls són polimòrfics, tenint més d'una estructura cristal·lina possible depenent de factors com la pressió i la temperatura.[8]:66–68[9]:126

Estructura cristalina

[modifica]
L'estructura cristal·lina de la perovskita. El mineral més abundant en la Terra, bridgmanita, té aquesta estructura.[11] La seva fórmula química és (Mg,Fe)SiO3; les esferes vermelles són àtoms d'oxigen, les esferes blaves de silici i l'esferes verda magnesi o ferro.

L'estructura cristal·lina és la disposició dels àtoms en un cristall. Està representada per una xarxa de punts que repeteix un patró bàsic, anomenat cel·la unitària, en tres dimensions. La xarxa pot caracteritzar-se per les seves simetries i per les dimensions de la cel·la unitària. Aquestes dimensions estan representades per tres índexs de Miller.[12]:91–92 La xarxa roman inalterada per unes certes operacions de simetria respecte a tot punt de la xarxa: reflexió, rotació, inversió, i inversió rotatòria, una combinació de rotació i reflexió. Junts, formen un objecte matemàtic anomenat grup de punts cristalográficos o classe de cristall. Hi ha 32 classes de cristall possibles. A més, hi ha operacions que desplacen tots els punts: translació, eix helicoidal, i pla de lliscament. En combinació amb les simetries puntuals, formen 230 possibles grups espacials.[12]:125–126

La majoria dels departaments de geologia disposen d'equips de raigs X  per a difracció de pols per a analitzar les estructures cristal·lines dels minerals.[9]:54–55 Els raigs X  tenen longituds d'ona del mateix ordre de magnitud que les distàncies entre els àtoms. La difracció, la interferència constructiva i destructiva entre les ones dispersades en diferents àtoms, condueix a patrons distintius d'alta i baixa intensitat que depenen de la geometria del cristall. En una mostra que es mol fins a formar una pols, els raigs X  mostregen una distribució aleatòria de totes les orientacions del cristall.[13] La difracció de pólvores pot distingir entre minerals que poden semblar iguals en una mostra manual, per exemple quars i els seus polimorfs tridimita i cristobalita.[9]:54

Els minerals isomorfs de diferents composicions tenen patrons de difracció de pols similars, sent la principal diferència l'espaiat i la intensitat de les línies. Per exemple, la NaCl (halita) té una estructura cristal·lina del grup espacial Fm3m; aquesta estructura la comparteixen la silvita (KCl), la periclasa (MgO), la bunsenita (NiO), la galena (PbS), alabandita (MnS), clorargirita (AgCl), i osbornita (TiN).[10]:150–151

Ecologia mineral

[modifica]

En 2011, diversos investigadors van començar a desenvolupar una base de dades de l'evolució dels minerals.[14] Aquesta base de dades integra el lloc crowd-sourced Mindat.org, que compta amb més de 690.000 parells mineral-localitat, amb la llista oficial de minerals aprovats per la IMA i les dades d'edat de les publicacions geològiques.[15]

Aquesta base de dades permet aplicar l'estadística per a respondre a noves preguntes, un enfocament que s'ha denominat ecologia mineral. Una d'aquestes preguntes és quina part de l'evolució dels minerals és determinista i quina part és el resultat de la casualitat. Alguns factors són deterministes, com la naturalesa química d'un mineral i les condicions per a la seva estabilitat; però la mineralogia també pot veure's afectada pels processos que determinen la composició d'un planeta. En un article de 2015, Robert Hazen i altres van analitzar el nombre de minerals que impliquen cada element en funció de la seva abundància. Van trobar que la Terra, amb més de 4.800 minerals coneguts i 72 elements, té una relació de llei de potència. La Lluna, amb només 63 minerals i 24 elements (basada en una mostra molt més petita) té essencialment la mateixa relació. Això implica que, donada la composició química del planeta, es podrien predir els minerals més comuns. No obstant això, la distribució té una llarga cua, ja que el 34% dels minerals s'han trobat en només un o dos llocs. El model prediu que milers d'espècies minerals més poden estar a l'espera de ser descobertes o haver-se format i després haver-se perdut per l'erosió, l'enterrament o altres processos. Això implica un paper de l'atzar en la formació de minerals rars.[16][17][18][19]

En un altre ús dels grans conjunts de dades, es va aplicar la teoria de xarxes a un conjunt de dades de minerals de carboni, revelant nous patrons en la seva diversitat i distribució. L'anàlisi pot mostrar quins minerals tendeixen a coexistir i quines condicions (geològiques, físiques, químiques i biològiques) estan associades a ells. Aquesta informació pot utilitzar-se per a predir on buscar nous jaciments i fins i tot noves espècies minerals.[20][21][22]

Una carta de colors d'algunes formes brutes de metalls comercialment valuosos[23]

Vegeu també

[modifica]

Notes

[modifica]
  1. ↑ Les tècniques lítiques antigues són artesanies i requereixen, malgrat les opinions d'alguns arqueòlegs, un coneixement particular no convencional.

Referències

[modifica]
  1. ↑ «Mineralogia». Gran Enciclopèdia Catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia.
  2. ↑ «Mineralogista». Gran Diccionari de la llengua catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
  3. ↑ "Mineralogista" al TermCat, Centre de Terminologia, Generalitat de Catalunya.
  4. ↑ «Mineralogia». Barcelona: Museu de Ciències Naturals. [Consulta: 16 juny 2017].
  5. ↑ Riba i Arderiu et alii, 2014.
  6. ↑ «Mineralogistes de Catalunya». Barcelona: Grup Mineralògic Català. [Consulta: 10 maig 2025].
  7. ↑ Tarbuck & Lutgens, 8a edició.
  8. 1 2 Introduction to mineralogy. 2a. Nova York: Oxford University Press, 2012. ISBN 978-0199827381.
  9. 1 2 3 4 5 6 ; Philpotts, Anthony R. Earth materials : introduction to mineralogy and petrology. Nova York: Cambridge University Press, 2013. ISBN 9780521145213.
  10. 1 2 3 4 ; Hurlbut, Cornelius S. Jr. Manual de mineralogía : (after James D. Dana). 21a. Nova York: Wiley, 1993. ISBN 047157452X.
  11. ↑ «Bridgmanite – named at last». Science, 6213, 27-11-2014, pàg. 1057-1058. 10.1126/science.1261887254307552014Sci...346.1057S.
  12. 1 2 ; Mermin, N. David Solid state physics. 27. repr.. Nueva York: Holt, Rinehart and Winston, 1977. ISBN 9780030839931.
  13. ↑ ; Billinge, Simon J.L. Difracción de polvos : teoría y práctica. Repr.. Cambridge: Royal Society of Chemistry, 2008, p. org/details/powderdiffractio00redi/page/n23 1-19. ISBN 9780854042319.
  14. ↑ «Necesidades y oportunidades en la investigación de la evolución mineral». American Mineralogist, 7, 24-06-2011, pàg. 953-963. 10.2138/am.2011.37252011AmMin..96..953H.
  15. ↑ ; Pires, Alexander J. Construyendo la base de datos de la evolución de los minerales: implicaciones para el futuro análisis de big data, 2016.
  16. ↑ «Ecología mineral: Azar y necesidad en la diversidad mineral de los planetas terrestres». The Canadian Mineralogist, 2, 3-2015, pàg. 295-324. 10.3749/canmin.1400086.
  17. ↑ Hazen, Robert. «Ecología mineral» (en anglès). [Consulta: 15 maig 2018].
  18. ↑ Kwok, Roberta «¿Es la evolución mineral impulsada por el azar?». Quanta Magazine, 11-08-2015 [Consulta: 11 agost 2018].
  19. ↑ «Cómo la vida y la suerte cambiaron los minerales de la Tierra». Wired, 16-08-2015 [Consulta: 24 agost 2018].
  20. ↑ Oleson, Timothy «org/article/data-driven-discovery-reveals-earths-missing-minerals El descubrimiento basado en datos revela los minerales que faltan en la Tierra» (en anglès). Earth Magazine. American Geosciences Institute, 01-05-2018 [Consulta: 26 agost 2018].
  21. ↑ Hooper, Joel «Minería de datos: Cómo escarbar en los grandes datos puede descubrir nuevos» (en anglès). Cosmos, 02-08-2017 [Consulta: 26 agost 2018].
  22. ↑ Rogers, Nala «Cómo las matemáticas pueden ayudar a los geólogos a descubrir nuevos minerales» (en anglès). Inside Science, 01-08-2017 [Consulta: 26 agost 2018].
  23. ↑ La Enciclopedia Americana. Nova York: Encyclopedia Americana Corp, 1918-1920. plate opposite p. 166.

Bibliografia

[modifica]

Enllaços externs

[modifica]
Obtingut de «https://ca.wikipedia.org/w/index.php?title=Mineralogia&oldid=36496826»