Mineral
Madde yapısı

Minerallerin bolluk ve çeşitliliği doğrudan kimyaları tarafından kontrol edilir ki bu da yeryüzündeki element bolluğuna bağlıdır. Gözlenen minerallerin çoğunluğu yerkabuğundan elde edilir. Sekiz element, kabuktaki bolluğu nedeniyle minerallerin temel bileşenlerinin çoğunu oluşturur. Kabuk ağırlığının% 98'inden fazlasını oluşturan bu sekiz element azalan bolluk sırasıyla şunlardır: oksijen, silikon, alüminyum, demir, magnezyum, kalsiyum, sodyum ve potasyum. Oksijen ve silikon en önemli iki maddedir - oksijen kabuğun ağırlığının % 47'sini silikon ise % 28'ini oluşturur.
Oluşan mineraller, ana gövdenin kütle kimyasının dayattığı sınırlar dahilinde, oluşum sıcaklığı ve basıncında en kararlı olanlardır. Örneğin, demir ve magnezyum açısından zengin bir magma, olivin ve piroksenler gibi mafik mineraller; aksine, daha silika açısından zengin bir magma, feldispatlar ve kuvars gibi daha fazla Si02 içeren mineraller oluşturmak için kristalleşir. Kireçtaşı, kalsit veya aragonitte (her ikisi de CaCO3 kaya kalsiyum ve karbonat açısından zengin olduğu için) oluşturur. Bir mineral kimyası toplu mineraller dışında verilen bir mineral toplu kimyası benzer olmayan bir kaya buldu olmayacak bir sonucudur. Örneğin kiyanit, Al 2 SiO 5 alüminyum açısından zengin şeylerin metamorfizminden formlar; muhtemelen kuvarsit gibi alüminyum açısından fakir kayalarda meydana gelmez.
Kimyasal bileşim, katı çözelti serisinin son üye türleri arasında değişebilir. Örneğin plajiyoklaz feldispatlar, sodyum bakımından zengin son üye albitten (NaAlSi3O8) kalsiyum bakımından zengin anortite (CaAl2Si2O8), aralarında dört tanınmış ara çeşidi olan (sodyumdan kalsiyum açısından zengin): oligoklaz, andesin, labradorit ve bytownite serinin diğer örnekleri arasında magnezyum bakımından zengin forsterit ve demir bakımından zengin fayalit olivin serisi ve manganez bakımından zengin hübnerit ve demir bakımından zengin ferberit wolframit serisi bulunur.
Koordinasyon polyhedra, bir katyonun bir anyonla nasıl çevrildiğinin geometrik temsilleridir. Mineralojide, koordinasyon polyhedra genellikle kabuktaki bolluğu nedeniyle oksijen açısından düşünülür. Silikat minerallerinin ana birimi, dört O2− çevrelenmiş bir Si4 + olan silika tetrahedrondur. Silikatın koordinasyonunu tanımlamanın alternatif bir yolu bir sayıdır: silika tetrahedron durumunda, silikonun 4'lük bir koordinasyon sayısına sahip olduğu söylenir. Çeşitli katyonlar belirli bir olası koordinasyon sayılarına sahiptir; silikon için, bileşiğin, silikonun oksijen ile altı kat (oktahedral) koordinasyonda olduğu şekilde sıkıştırıldığı çok yüksek basınçlı mineraller hariç, hemen hemen her zaman 4'tür. Daha büyük katyonlar, oksijene kıyasla göreceli boyuttaki artış nedeniyle daha büyük bir koordinasyon sayılarına sahiptir (daha ağır atomların son orbitalalt kabuğu da farklıdır). Koordinasyon sayılarındaki değişiklikler fiziksel ve mineralojik farklılıklara yol açar; örneğin, mantoda olduğu gibi yüksek basınçta, birçok mineral, özellikle olivin ve granat gibi silikatlar, silikonun oktahedral koordinasyonda olduğu bir perovskit yapısına dönüşecektir. Diğer örnekler, Al3 + 'nın koordinasyon sayısına göre farklılık gösteren alüminosilikatlar kiyanit, andalusit ve sillimanittir (polimorflar, çünkü Al2SiO5 formülünü paylaşırlar); bu mineraller basınç ve sıcaklık değişimlerine tepki olarak birbirlerinden geçiş yaparlar. Silikat malzemeler söz konusu olduğunda, Si4 + 'ün Al3 + ile ikamesi, yükleri dengeleme ihtiyacı nedeniyle çeşitli minerallere izin verir.
Sıcaklık ve basınç ve bileşimdeki değişiklikler kaya örneğinin mineralojisini değiştirir. Bileşimdeki değişiklikler, hava koşulları veya metasomatizma (hidrotermal alterasyon) gibi işlemlerden kaynaklanabilir. Ana kaya farklı fiziksel rejimlere doğru tektonik veya magmatik hareket geçirdiğinde sıcaklık ve basınçtaki değişiklikler oluşur. Termodinamik değişiklikler koşullar, mineral topluluklarının yeni mineraller üretmek için birbirleriyle reaksiyona girmesini elverişli kılar; bu nedenle, iki kayanın benzer bir mineralojiye sahip olmadan aynı veya çok benzer bir toplu kaya kimyasına sahip olması mümkündür. Bu mineralojik değişim süreci kaya döngüsü ile ilgilidir. Mineral reaksiyon dizi örneği aşağıdaki gibidir.
Ortoklaz feldispat (KAlSi 3 O 8), plütonik bir magmatik kayaç olan granitte yaygın olarak bulunan bir mineraldir. Hava şartlarına maruz kalıyorsunuz, bir tortul mineral ve silisik asit olan kaolinit (Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 oluşturmak için reaksiyona girer)
Düşük dereceli metamorfik koşullar altında, kaolinit, pirofilit (Al 2 Si 4 O 10 (OH) 2 oluşturmak için kuvars ile reaksiyona girer):
Metamorfik derece arttıkça, pirofilit kiyanit ve kuvars oluşturmak için reaksiyona girer:
Alternatif olarak bir mineral, reaksiyon yapmadan sıcaklık ve basınçtaki değişikliklerin bir sonucu olarak kristal yapısını değiştirebilir. Örneğin kuvars, yüksek sıcaklıklarda tridimit ve kristobalit ve yüksek basınçlarda koesit gibi çeşitli Si02 polimorflarına dönüşür. [56]