Come i minerali formano le rocce
I minerali si formano in una varietà di modi diversi. Alcuni si formano quando l'acqua salata evapora o quando le sostanze chimiche fuoriescono da fluidi caldi. Altri sono prodotti quando i gas caldi o la roccia fusa si raffreddano o quando il calore o la pressione modificano i minerali preesistenti.
I minerali iniziano come atomi che si muovono in modo casuale in un fluido. Quando il fluido si raffredda, gli atomi si legano insieme in forme regolari e formano un reticolo cristallino. La dimensione di un minerale e la sua forma cristallina finale sono determinate dalla temperatura, dalla pressione, dalle condizioni chimiche e dallo spazio disponibile.
Come si formano naturalmente i minerali
L'acqua è un minerale liquido che distrugge e crea altri minerali. Dissolve i minerali per formare soluzioni che possono, attraverso l'evaporazione e i cambiamenti chimici, formare nuovi minerali. Le grotte calcaree ne sono un esempio.
Da sola, l'acqua non può sciogliere facilmente il calcare. Tuttavia, man mano che si muove L'atmosfera e il suolo assumono anidride carbonica e diventano un acido debole. Questo acido corrode il carbonato di calcio del calcare per formare grotte. L'acqua, ora ricca di calcare disciolto, può creare formazioni cristalline nella grotta. Quando l'acqua penetra nelle camere, l'anidride carbonica fuoriesce dalla soluzione e il carbonato di calcio cristallizza per formare decorazioni come stalagmiti, stalattiti, colonne, flowstone ed elictiti.
Nelle grotte può formarsi una varietà di minerali. I minerali di carbonato di calcio come la calcite e l'aragonite sono comuni nelle grotte calcaree, ma altri tipi di grotte spesso contengono minerali più insoliti. Ad esempio, fosfato di calcio e rari minerali di fosfato di ammonio sono stati trovati nelle grotte utilizzate dai pipistrelli. Questo perché gli escrementi di pipistrello in decomposizione formano una sostanza appiccicosa chiamata guano. Le acque sotterranee mineralizzate si combinano con i fosfati e altri materiali organici nel guano per creare nuovi minerali.
I laghi salati, i mari e i bacini idrografici interni contengono grandi quantità di minerali disciolti, lisciviati dalle rocce circostanti, dai depositi di evaporiti più vecchi o dai sali oceanici trasportati nell'entroterra. L'evaporazione da parte del sole concentra queste acque salate fino a quando i cristalli crescono.
Il gesso è solitamente il primo minerale a cristallizzare a causa della sua minore solubilità, mentre il sodio, il potassio e il cloro rimanenti formano sale comune (halite) e silvite (cloruro di potassio). Il sale può essere coltivato anche in stagni artificiali nei laghi e nei mari. Molte delle industrie chimiche mondiali dipendono da questi sali minerali.
Solfuri e solfosali Le
particelle fini di solfuri metallici (zolfo combinato con uno o più metalli) vengono disperse negli oceani dalle bocche vulcaniche sottomarine e si depositano in strati. Quando parti del fondo dell'oceano vengono subdotte sotto continenti, i solfuri vengono riscaldati, ricristallizzati e concentrati in giacimenti minerari economici. Quando le rocce contenenti i solfuri salgono nella crosta terrestre, vengono sollevati anche i depositi minerari. Successivamente, l'erosione li lascia in superficie o vicino ad essa.
Le risorse metalliche del mondo si trovano principalmente nei depositi di solfuro. I solfuri metallici e i minerali solfo-sali che li accompagnano si trovano nei minerali primari che si trovano al di sotto della zona secondaria del minerale alterato. Da questi minerali estraiamo piombo, zinco, rame, antimonio e bismuto.
I solfosali si trovano spesso intorno ai vulcani spenti nelle giovani catene montuose. Sono imparentati con i solfuri, ma hanno lo zolfo combinato in disposizioni più complesse con metalli come rame, argento e piombo e semimetalli come arsenico, antimonio e bismuto.
I gossani sono rocce scure e dall'aspetto arrugginito. Si formano sopra i solfuri quando Le acque sotterranee acide, l'ossigeno e l'anidride carbonica reagiscono con i solfuri e rilasciano minerali solubili. Rimangono ossidi di ferro e silice meno solubili. Nuovi e spesso belli minerali secondari cristallizzano nel gossan poroso da queste soluzioni ricche di metalli. Minerali insolubili come il quarzo, gli ossidi e gli idrossidi di ferro e manganese vengono lasciati a formare il tappo di gossan.
La zona alterata dalle intemperie che forma i gossans può estendersi per centinaia di metri sotto la superficie.
I gossani sono facili da estrarre e i loro ricchi minerali secondari stanno diventando scarsi. Questi minerali secondari, con cristalli spesso grandi e perfetti, sono tra i più preziosi del nostro patrimonio di storia naturale.
I vulcani sono bocche in cui le rocce fuse e i vapori caldi fuoriescono dall'interno della Terra. Sono anche il luogo in cui si formano la maggior parte delle rocce e dei minerali che compongono la crosta terrestre. I minerali formati dipendono dalla temperatura e dal Composizione chimica della lava e dei gas. Alcuni si formano nella fase iniziale più calda o quando la lava diventa solida. Altri si formano dalla fuoriuscita di gas e vapori che reagiscono con i bordi più freddi per lasciare dietro di sé minerali. Alcuni minerali crescono anche nelle cavità lasciate dalla fuoriuscita di vapore.
Lo zolfo è un minerale maleodorante che si forma intorno ai vulcani. Inizia come un gas caldo, l'anidride solforosa, che viene fatto esplodere attraverso piccoli fori chiamati fumarole. Il gas reagisce con il bordo più freddo e si condensa sotto forma di zolfo.
Le uova di tuono e le agate si trovano nella riolite e nel basalto in molte aree vulcaniche dell'Australia orientale.
Nelle rocce di riolite, le uova di tuono si formano quando noduli di minerali crescono nella lava che scorre. Il nodulo inizia come una bolla di gas, che si espande e successivamente si riempie di minerali di silice dalle soluzioni rimaste al suo interno. A volte una seconda serie di minerali silicei si forma sotto forma di placche di calcedonio e piccoli cristalli di quarzo. Infine, un terzo gruppo di minerali può riempire le cavità quando le acque sotterranee portano minerali disciolti dopo che la lava si è solidificata.
Le zeoliti sono minerali allumino-silicati contenenti acqua che si formano durante le ultime fasi dell'attività vulcanica nei basalti e nelle doleriti. Sono comuni nelle regioni vulcaniche dell'Australia orientale.
Questi minerali sono cresciuti da soluzioni in cavità lasciate dalla fuoriuscita di gas nelle rocce vulcaniche. Le zeoliti hanno una struttura interna a gabbia di canali aperti di diametro specifico. Questi canali conferiscono ai minerali notevoli proprietà filtranti e assorbenti che consentono il passaggio di alcuni atomi e molecole, ma bloccano quelli più grandi. Questa proprietà del "setaccio molecolare" conferisce alle zeoliti importanti applicazioni industriali e ambientali, come rendere morbida l'acqua dura attraverso lo scambio ionico, assorbire gli inquinanti, assorbire gli odori nella lettiera dei gatti o come base per fertilizzanti a lenta cessione.
Idrotermali ("fluidi caldi")
magma sotto i vulcani può riscaldare l'acqua sotterranea nelle vicinanze. L'acqua riscaldata trasporta metalli, gas e zolfo lisciviati dal magma e dalle rocce circostanti. Mentre l'acqua si muove attraverso le fessure sotto la superficie terrestre, reagisce con le rocce e dissolve e concentra sostanze chimiche, inclusi elementi metallici e non metallici, e gas. Quando i fluidi si raffreddano, queste soluzioni formano depositi di minerale in cavità e vene, o macchie irregolari sparse nelle rocce.
Man mano che i fluidi ricchi di metalli viaggiano più lontano, si raffreddano e depositano minerali in zone di temperatura decrescente, ognuna con la propria suite distintiva di minerali, spesso con calcite e quarzo. Molti dei giacimenti auriferi del mondo sono idrotermali.
Nelle profondità della superficie, due degli "agenti di cottura" della Terra, la pressione e il calore, lavorano insieme per modificare i minerali nelle rocce sedimentarie e ignee. A volte le eruzioni vulcaniche portano alla luce queste rocce e minerali dalle dense profondità.
Quando una fonte di calore cuoce le rocce, cristalli più grandi o nuovi minerali possono crescere in rocce di nuova formazione come hornfels, quarzite e marmo. Questo è chiamato metamorfismo di contatto. Quando le alte pressioni schiacciano e piegano le rocce su una vasta area (che genera anche calore), nuovi minerali possono crescere e spesso allinearsi in bande in nuove rocce come ardesia, scisto e gneiss. Questo è noto come metamorfismo regionale.
Il metasomatismo è una forma speciale di metamorfismo. Invece del calore e della pressione, sono i fluidi e i gas caldi (insieme agli elementi disciolti) che fuoriescono dalle masse fuse che modificano le rocce circostanti. Ad esempio, un calcare impuro (calcite, argilla, mica, quarzo) sarà immerso in fluidi caldi con fluoro, cloro o boro. L'anidride carbonica del calcare è Il calcio si combina con il silicio e altri elementi per produrre nuovi minerali come la vesuvianite, l'axinite, il diopside e l'epidoto.
Le pegmatiti sono vene o sacche di cristalli extra-large, solitamente costituiti dagli stessi minerali della roccia madre. Si trovano principalmente nei graniti e sono formati da gas corrosivi e liquidi rimasti dal raffreddamento tardivo del granito fuso. I cristalli grandi e ben formati crescono a causa del rapido trasporto di liquidi e gas di sostanze chimiche dove i cristalli stanno crescendo. I liquidi sono occasionalmente arricchiti in elementi come boro, berillio, litio e fluoro. Ciò consente la formazione di minerali più insoliti, compresi i minerali gemma.
Le pegmatiti semplici sono solo minerali ricoperti di vegetazione dello stesso tipo di quelli della roccia granitica madre, come feldspato, mica e quarzo. Le pegmatiti esotiche possono trasportare minerali con elementi di terre rare, o zirconio, cesio, berillio, boro, litio e fluoro.
Gli esseri umani sono ora in competizione con il mondo naturale come produttori di minerali. Coltiviamo minerali sintetici in laboratorio come alternative più economiche. Inoltre, creiamo indirettamente minerali nuovi e rari, principalmente attraverso attività legate all'estrazione mineraria.