Minerály a horniny

Horniny a minerály tvoří většinu hmoty Země, ale i další vesmírná tělesa.

Minerály

Minerály (také česky nerosty) tvoří horniny či vyplňují dutiny a pukliny v nich. Jsou většinou anorganické stejnorodé přírodniny. Jejich složení jde vyjádřit chemickou značkou či vzorcem: např. křemen (a) je chemicky oxid křemičitý = \mathrm{SiO_2}. Chemické složení minerálů ovlivňuje jejich vlastnosti. Minerály jsou většinou krystalické. Dělí se do skupin podle svého chemického složení (např. prvky, halogenidy, oxidy…).

Horniny

Horniny jsou přírodniny složené z jednoho či více druhů minerálů. Např. žula (e) je tvořena více minerály: křemenem (a), plagioklasem (b), draselným živcem (c) a biotitem (d). V různých částech svého objemu horniny mívají různé vlastnosti, jsou nestejnorodé.

Horniny tvoří geologická tělesa, sestává z nich litosféra. Dělí se na:

• sedimentární (usazené) – Vznikají usazováním úlomků hornin, zbytků organizmů či krystalizací z roztoků, např. vápenec, pískovec.
• magmatické (vyvřelé) – Vznikají tuhnutím magmatu nebo lávy, např. žula, čedič.
• metamorfované (přeměněné) – Vznikají přeměnou magmatických, sedimentárních i metamorfovaných hornin za působení teploty a tlaku, např. mramor, pararula.

Z jednoho typu horniny může vzniknout jiný typ:

Minerály (též nerosty) jsou stejnorodé přírodniny. Jejich složení lze popsat chemickým vzorcem či značkou (např. halit je chemicky \mathrm{NaCl} – chlorid sodný).

Krystalické a amorfní minerály

Krystalické minerály (a) mají pravidelně uspořádané stavební částice (zpravidla atomy či ionty) a tvoří krystaly. Tvar krystalů je ovlivněn právě uspořádáním stavebních částic do krystalové mřížky. Amorfní minerály (b) mají stavební částice uspořádané nepravidelně a krystaly netvoří.

Chemické vlastnosti minerálů

Chemické vlastnosti minerálů odpovídají chemickým vlastnostem látek, z nichž jsou minerály složené (např. kalcit ochotně reaguje s kyselinou chlorovodíkovou – c).

a – krystalický minerál (halit)

b – amorfní minerál (opál)

c – reakce kalcitu s \mathrm{HCl}

Fyzikální vlastnosti minerálů

• hustota (značí se ρ, základní jednotkou je \mathrm{kg/m^3}) – Velká např. u zlata.
• tvrdost – Vyjadřuje odolnost vůči poškrábání, popisuje se Mohsovou stupnicí tvrdosti (v rámci ní je nejměkčí mastek, nejtvrdší diamant).
• štěpnost – Schopnost odlamovat se při působení na rovnou plochu (velmi dokonalá např. u světlé slídy – d).
• lom – Souvisí s tvarem povrchu po rozbití či rozlomení (u neštěpných minerálů), např. lasturnatý u křemene.
• soudržnost – Schopnost stavebních částic zůstávat pohromadě.
  • Křehké minerály se po úderu rozletí.
  • Jemné se rozdrtí, ale nerozletí.
  • Kujné (e) lze roztepat, tažné lze natahovat (tyto dvě vlastnosti platí zejména pro kovy).
• propustnost světla
  • Neprůsvitné minerály nepropouštějí světlo.
  • Průsvitné minerály propouštějí světlo, ale nelze přes ně přečíst text.
  • Přes průhledné (f) minerály lze přečíst text.
• vryp (g) – Barva prášku, který vzniká po odření o porcelánovou destičku.
• magnetické vlastnosti (h) – Schopnost přichytávat magnet.

d – velmi dokonalá
štěpnost muskovitu

e – kujnost zlata

f – průhlednost kalcitu

g – vryp sfaleritu

h – magnetické vlastnosti magnetitu

Minerály se rozdělují do skupin podle svého chemického složení. Většinou se jedná o anorganické látky.

Prvky

Některé chemické prvky se v přírodě nacházejí samostatně. Patří mezi ně:

• síra (\mathrm{S}) – Žluté barvy a „pekelného“ zápachu, její výskyt bývá spojen se sopečnou činností.
• uhlík (\mathrm{C}) – Vyskytuje se ve formě grafitu, který se skládá z atomů ve vrstvách, užívá se např. k výrobě tužek. Další forma uhlíku, diamant, je nejtvrdší přírodní minerál.
• zlato (\mathrm{Au}) – Ušlechtilý kov, vyskytuje se např. v křemenných žilách, dříve se získávalo rýžováním. Využívá se pro výrobu elektroniky, v klenotnictví či jako hmotná rezerva.
• stříbro (\mathrm{Ag}) – Má využití při výrobě elektroniky, ve šperkařství či při výrobě zrcadel.

síra (\mathrm{S})

grafit (\mathrm{C})

diamant (\mathrm{C})

zlato (\mathrm{Au})

stříbro (\mathrm{Ag})

Sulfidy

Sulfidy obsahují sulfidový anion (\mathrm{S^{2-}}). Patří sem:

• galenit (\mathrm{PbS}sulfid olovnatý) – Ruda olova, má šedočerný vryp.
• sfalerit (\mathrm{ZnS}sulfid zinečnatý) – Ruda zinku, má hnědý vryp.
• pyrit (\mathrm{FeS_2}disulfid železnatý) – Tvoří mosazně žluté krystaly tvaru krychle.

galenit (\mathrm{PbS})

sfalerit (\mathrm{ZnS})

pyrit (\mathrm{FeS_2})

Halogenidy

• sůl kamenná = halit (\mathrm{NaCl}chlorid sodný) – Krystalizuje odpařením roztoků (např. mořské vody), využití v kuchyni či např. pro solení silnic.
• fluorit (\mathrm{CaF_2}fluorid vápenatý) – Zdroj fluoru, často zbarven příměsemi dozelena či dofialova.

halit (\mathrm{NaCl})

fluorit (\mathrm{CaF_2})

Oxidy

Oxidy jsou sloučeniny kyslíku (ve formě oxidového aniontu \mathrm{O^{2-}}) s dalšími prvky. Příklady oxidů jsou tyto:

• křemen (\mathrm{SiO_2}oxid křemičitý) – Nejčastější minerál, vyskytuje se ve všech typech hornin. Je důležitý např. pro výrobu skla (ve sklářském písku). Má mnohé barevné odrůdy (např. bezbarvý křišťál, fialový ametyst, žlutý citrín, hnědá záhněda, růžový růženín), acháty jsou proužkované, střídá se v nich křemen s mikrokrystalickým chalcedonem.
• korund (\mathrm{Al_2O_3}oxid hlinitý) – Vyskytuje se např. jako modrý safír či červený rubín, ze syntetického korundu se vyrábějí např. sklíčka hodinek.
• hematit = krevel (\mathrm{Fe_2O_3}oxid železitý) – Ruda železa s červeným vrypem.
• magnetit (\mathrm{Fe_3O_4}oxid železnato-železitý) – Má největší obsah železa mezi železnými rudami, má magnetické vlastnosti.

obecný křemen (\mathrm{SiO_2})

ametyst (\mathrm{SiO_2})

achát

korund – safír (\mathrm{Al_2O_3})

korund – rubín (\mathrm{Al_2O_3})

hematit (\mathrm{Fe_2O_3})

magnetit (\mathrm{Fe_3O_4})

Uhličitany

Mezi uhličitany (karbonáty) patří kalcit (\mathrm{CaCO_3}uhličitan vápenatý). Tvoří např. horniny vápenec či mramor, vzniká krystalizací z roztoků či usazováním schránek organizmů. Díky chemickým vlastnostem kalcitu vznikají krasové jevy.

Sírany

Významným síranem je sádrovec (\mathrm{CaSO_4 \cdot 2\,H_2O}dihydrát síranu vápenatého), jehož pálením se vyrábí sádra.

Fosforečnany

Mezi fosforečnany náleží apatit, který je zdrojem fosforu.

kalcit (\mathrm{CaCO_3})

sádrovec (\mathrm{CaSO_4 \cdot 2\,H_2O})

apatit

Křemičitany

• slídy – Světlá (muskovit), tmavá (biotit).
• živce – Obsahují různé množství vápníku (\mathrm{Ca}), sodíku (\mathrm{Na}), draslíku (\mathrm{K}). Zvětráváním se tyto prvky uvolňují do prostředí a mohou je využívat např. rostliny.
• granáty – Známý je pyrop červené barvy.
• mastek – Měkký minerál, prášek z něj se užívá např. jako pudr.
• olivín – Zelený, průhledný, ve velké míře se nachází v zemském plášti.
• amfibol, augit – Tmavé horninotvorné minerály.

světlá slída

tmavá slída

živec

granáty

mastek

olivín

amfibol

augit

Organolity

Minerály sestávající z organických látek (organolity) nejsou běžné. Dříve se do této skupiny řadil jantar, ztvrdlá pryskyřice.

Usazené neboli sedimentární horniny vznikají usazováním úlomků hornin a minerálů, částí organizmů nebo krystalizací z roztoků. Podle toho se rozdělují na úlomkovité, organogenní a chemogenní (někdy též „chemické“).

Úlomkovité usazeniny

Aby vznikly úlomkovité usazené horniny, musejí nejprve zvětráváním vzniknout úlomky původní horniny. Tyto úlomky mohou být posléze přeneseny, např. vodou či větrem. Na místě usazení mohou zůstat sypké, nebo mohou být zpevněny tmelem. Mezi úlomkovité usazeniny náleží:

• štěrk (a, nezpevněný) a slepenec (b, zpevněný, sestává ze zaoblených úlomků) – Úlomky jsou větší než 2 mm.
• písek (c, nezpevněný) a pískovec (d, zpevněný) – Úlomky v rozměrech zhruba 0,06–2 mm. Pískovec tvoří typická skalní města.
• spraš (e, nezpevněný, ale soudržný) – Z úlomků navátých větrem, spraše vznikaly zejména v ledových dobách.
• jíl (f, nezpevněný) a jílovec (g, zpevněný)

a – štěrk

b – slepenec

c – písek

d – pískovec

e – spraš

f – jíl

g – jílovec

Organogenní usazeniny

Mezi organogenní usazené horniny náleží:

• vápenec (h) – Sestává zejména z minerálu kalcitu (\mathrm{CaCO_3}). Vzniká (či vznikal) ze schránek korálnatců, měkkýšů či různých jednobuněčných organizmů. Vznikají v něm krasové jevy. Pálením se z něj vyrábí vápno.
• křemelina (diatomit) (i) – Ze schránek rozsivek, obsahuje hlavně křemen (\mathrm{SiO_2}).
• hořlavé sedimenty (kaustobiolity) – Rašelina, uhlí (hlavně z rostlin), ropa (j, hlavně z mořských mikroorganizmů) aj.

h – vápenec

i – křemelina

j – ropa

k – travertin

Chemogenní usazeniny

Chemogenní usazenou horninou je např. travertin (k). Ten je tvořen uhličitanem vápenatým, který krystalizoval z roztoků.

Vyvřelé neboli magmatické horniny vznikají tuhnutím magmatu či lávy (to je magma, které se dostalo na zemský povrch). Rozdělují se na hlubinné, žilné a výlevné.

Hlubinné vyvřelé horniny

Hlubinné vyvřelé horniny vznikají tuhnutím magmatu hluboko pod povrchem. Magma zde tuhne pomalu, proto dochází k vytváření větších krystalů minerálů. Struktura hlubinných vyvřelin bývá všesměrná. I hlubinné vyvřelé horniny se mohou objevovat na povrchu díky erozi nadloží či vrásnění. Mezi hlubinné vyvřelé horniny patří například:

• žula (granit) (a) – Obsahuje zejména křemen, K-živec, slídy (muskovit, biotit). Mívá kvádrovitou odlučnost. V Česku se nalézá např. na Liberecku, na Šumavě, v Krkonoších.
• gabro (b) – Oproti žule tmavší. Co se týká minerálního složení, obsahuje živce, olivín, pyroxen.

a – žula

b – gabro

Žilné vyvřelé horniny

Žilné vyvřelé horniny vznikají tuhnutím magmatu v puklinách. Příkladem je pegmatit (c).

c – pegmatit

Výlevné vyvřelé horniny

Výlevné vyvřelé horniny vznikají tuhnutím lávy či magmatu těsně pod povrchem. Tuhnutí je rychlé, tvoří se tedy menší krystaly. Mezi výlevné vyvřelé horniny náleží například:

• čedič (bazalt) (d) – Složením odpovídá gabru. Mívá sloupcovitou odlučnost (lze vidět např. na Panské skále u Kamenického Šenova). Čedič je typický pro České středohoří. Z horniny příbuzného složení je např. Říp.
• andezit (e) – Pojmenován podle pohoří Andy, oproti čediči obsahuje křemen.
• znělec (fonolit) (f) – Šedozelený, při poklepání zvoní. Např. na Milešovce či Bezdězu.
• melafyr (g) – Složením odpovídá čediči či andezitu, obsahuje dutiny po sopečných plynech, které bývají druhotně vyplněné např. acháty.

d – čedič

d – Panská skála

e – andezit

f – znělec

g – melafyr

Přeměněné neboli metamorfované horniny vznikají přeměnou vyvřelých, usazených či jiných přeměněných hornin. Přeměna (metamorfóza) probíhá za zvýšené teploty a tlaku. Tyto podmínky způsobí přestavbu struktury horniny/minerálů, ale nedostačují k úplnému roztavení horniny na magma.

Boční tlak působící na horniny mnohdy vyvolává rovnoběžné uspořádání minerálů, to se označuje jako metamorfní foliace (dříve břidličnatost).

a – fylit

b – svor

c – pararula

d – ortorula

e – mramor

Přeměnou jílovitých usazenin vzniká:

• fylit (a) – Nejméně přeměněný, obvykle hedvábně lesklý.
• svor (b) – Obsahuje šupiny světlé slídy a hrubší zrna křemene. Mnohdy se v něm nacházejí granáty.
• pararula (c) – Ve srovnání se svorem více přeměněná.

Ortorula (d) vzniká přeměnou žuly a podobných hornin.

Přeměnou vápence vzniká mramor (krystalický vápenec, e), který se využívá např. v sochařství či stavebnictví.

V Česku se metamorfované horniny typicky vyskytují v horských oblastech (Krkonoše, Orlické hory, Hrubý Jeseník, Šumava…).