نظرة حول علم المعادن
يُعرَّف علم المعادن (بالإنجليزية: Mineralogy) بأنه العلم الذي يهتم بدراسة جميع الجوانب المتعلقة بالمعادن مثل خصائصها الفيزيائية، وتركيبها الكيميائي، وبُنيتها البلورية الداخلية وتوزيعها، وطبيعتها، بالإضافة إلى أصل المعدن اعتمادًا على الظروف الفيزيائية، والكيميائية المسؤولة عن تكوينه.[مرجع]
تعريف المعدن
بشكل عام يرتكز تعريف المعدن (بالإنجليزية: Mineral) على خمسة شروط أساسية لا بدَّ من توافرها في المادة لاعتبارها معدنًا وهي كالآتي:[مرجع]
- مادة تشكلت بصورة طبيعية؛ أي أن المعدن لا بدَّ أن يتكوّن في الطبيعة ومن مواد متوفرّة في الطبيعة، وأن لا يحتوي على مواد مصنّعة حتى يُصنّف على أنه معدن.
- مادة صلبة مُتجانسة؛ أي أن المعادن عبارة عن مواد مُتجانسة فيزيائيًا وكيميائًيا، وتتكون من وحدات متكررة بشكل منتظم من الذرات، ولها خصائص فيزيائية معينة.
- مادة ذات تكوين مُعين ولكنه غير ثابت؛ أي أن الذرات أو مجموعة الذرّات المكوِّنة للمعدن يجب أن تكون فيه بنسب معيَّنة، ففي المعادن الأيونية تكون نسب الأنيونات إلى الكاتيونات مقيدة باتزان الشحنات في المعدن، ويمكن للذرات ذات الشحنات المتماثلة، والمتشابهة في نصف القطر الأيوني، أن تستبدل بعضها البعض، لذلك يعتبر المعدن ذا تركيب محدد وغير ثابت.
- مادة ذات ترتيب ذريّ أو بلوري ثابت؛ فالبلورات المكونة للمعدن تترتب على شكل صفوف ثلاثية الأبعاد ذات ترتيب هندسي محدد وثابت.
- مادة غير عضوية؛ فالمركبات البلورية التي تكونها الكائنات الحية مثلاً لا تُعتبر من المعادن، إذ تنتج المعادن دائماً من عمليات غير عضوية.
أماكن وجود المعادن
يرتبط توزيع المعادن على الأرض بعمليات النقل والترسيب التي أدّت إلى تشكّل هذا المعدن، حيث تتشكل الرواسب المعدنية عندما ينقل الوسط الذي يحتوي على رواسب الخام المعدني الرسوبيات المعدنية ويُرسبها في مواقع معينة اعتمادًا على خصائص الوسط الناقل من حيث القوة، والسرعة وخصائص الرسوبيات المعدنية نفسها من حيث الكتلة.[مرجع]
ومن الوسائط الناقلة للرسوبيات المعدنية هي الصهارة، حيث تنقل الصهارة الخامات وهي في حالتها السائلة، وعندما تنخفض درجة حرارتها فإنها تبدأ هي والمعادن الموجودة فيها بالتبلور، لتشكل خامات معدنية صغيرة جداً داخل الصخور النارية الناتجة من تبلور هذه الصهارة وتصلبها، وتُعتبر معادن المايكا والفلسبار من أشهر الأمثلة على المعادن المتوفرة في الصخور النارية.[مرجع]
يعتبر الماء بمختلف أشكاله كذلك مثل مياه البحار، والأنهار، والمياه الجوفية أيضًا من الوسائط المسؤولة عن نقل خامات المعادن وترسيبها؛ ولأن الماء قد يحتوي العديد من المركبات والعناصر الكيميائية فإنّ التغيرات الكيميائية التي قد تحدث للوسط المائي تؤدي إلى إنتاج معادن مختلفة منه، مثل الملح أو كربونات الكالسيوم.[مرجع]
بالإضافة إلى ما سبق قد يؤدي وجود المعادن في الصخور التي تتعرض لعمليات التحوّل بفعل تعرّضها للضغط والحرارة الشديدين إلى تشكّل أنواع جديدة من المعادن بتأثير من عملية التحول هذه التي تؤدي إلى تكوين صخور متحولة تتضمن معادن عديدة.[مرجع]
وبالتالي يمكن القول إنّ توزيع المعادن وانتشارها على الأرض يعتمد بشكل أساسي على طريقة تشكلها، والوسط المسؤول عن نقلها وترسيبها؛ فعلى سبيل المثال يتم العثور على معادن الذهب الثقيلة في قاع مجاري الأنهار، أما المعادن الأُخرى والأقل كتلة مثل الفلسبار، والكوارتز، والهورنبلند فغالبًا ما يتم ترسيبها على ضفاف المجاري المائية وحملها لمسافات طويلة ولمدة أطول من الذهب.[مرجع]
يرتبط حجم حبيبات المعادن الموجودة في الصخور النارية بموقع التبريد؛ فالتبريد السطحي للصهارة يعطي بلورات معدنية ناعمة وصغيرة الحجم، بينما وفي المقابل يؤدي التبريد الجوفي إلى إتاحة مدة أطول لنمو البلورات المعدنية، مما يجعلها بلورات خشنة وكبيرة الحجم.[مرجع]
تصنيف المعادن
تُصنف المعادن حسب تركيبها الكيميائي إلى عدة مجموعات، وهي كالآتي:[مرجع]
- العناصر الأصلية (بالإنجليزية: Native Elements): وهي العناصر النقية التي لا تحتوي على أنيون أو بوليانيون، ومن الأمثلة على هذه العناصر الذهب (Au)، والفضة (Ag)، والنحاس (Cu) وغيرها.
- الكبريتيدات (بالإنجليزية: Sulfides): وهي مجموعة المعادن التي تحتوي على عنصر الكبريت باعتباره الأنيون الرئيسي فيها، وهي تشكل مجموعات مميزة بسبب عدم احتوائها على الأكسجين، ويجدر بالذكر هنا أن المعادن التي تحتوي الزرنيخ (As)، والسيلينوم (Se)، والتيتانيوم (Te) تندرج في هذه المجموعة أيضًا، ومن الأمثلة على معادن هذه المجموعة معدن البيريت، والغالينا.
- الهاليدات (بالإنجليزية: Halides): تحتوي معادن هذه المجموعة على عناصر الهالوجين (F, Cl, Br, I) وهي الأنيون السائد فيها، وتحتوي عادةً كاتيونات من عناصر الأرض القلوية مثل (Na, K, Ca) ومن الأمثلة عليها الهاليت، والفلوريت.
- الأكاسيد (بالإنجليزية: Oxides): تحتوي هذه المعادن على كاتيونات مختلفة وأكسجين، ومن الأمثلة عليها الهيماتيت، والمغنتايت.
- الهيدروكسيدات (بالإنجليزية: Hydroxides): تحتوي هذه المعادن على بولونيان (OH) بصورة سائدة، ومن الأمثلة عليها الجبسايت.
- الفوسفات (بالإنجليزية: Phosphates): تحتوي هذه المعادن على العنصر الرباعي -( PO4)^-3 كأنيون سائد، كما أنّ المعادن التي تتكون من 3-^( AsO4)،3-^( VO4) تعتبر من هذه المجموعة أيضًا.
- البورات (بالإنجليزية: Borates): تحتوي هذه المعادن على البورون( BO3)^-5، أو رباعية -4^( BO4)، وعادةً ما يتواجد كلاهما في المعدن ومن الأمثلة على ذلك معدن البوراكس.
- السيليكات (بالإنجليزية: Silicates): يحتوي هذا النوع من المعادن على ( SiO) كبولونيون سائد، حيث يُحاط الكاتيون (Si) دائمًا بأربع ذرات من الأكسجين، ونظرًا لأن الأكسجين والسيليكا هما من أكثر العناصر وفرةً على سطح الأرض فإن هذه المجموعة هي الأكبر بين مجموعات المعادن كافةً.
- أورثوسيلكات (بالإنجليزية: Orthosilicates): تحتوي هذه المجموعة من المعادن على ( SiO4)^-4 ولكنها معزولة؛ إذ يرتبط الأكسجين بذرة واحدة من (Si) فقط، ومن الأمثلة على هذه المجموعة الفورستريت.
- سوروسيليكات (بالإنجليزية: Sorosilcates): تحتوي هذه المعادن على سيليكات مزدوجة رباعية، إذ يتم مشاركة ذرة الأكسجين مع ذرة السيليكات الرباعية المجاورة، بحيث تكون صيغة البولونيون(Si 2O7) ومن الأمثلة على هذه المجموعة معدن إبيدوت.
- سيكلوسيليكات (بالإنجليزية: Cyclosilicates): تحتوي هذه المعادن على حلقات سداسية من السيليكات الرباعية بالصيغة 10-(Si 6O17)، مثل التورمالين.
- سيليكات السلسلة (بالإنجليزية: Chain silicates): تحتوي هذه المعادن على (Si4O) مترابطة باتجاه واحد لتشكل سلسلة، وقد تكون هذه السلاسل مفردة مثل السلسلة المكوّنة لمعادن البيروكسين، والبيروكسينويد وهي مكونات شائعة في الصخور النارية، وقد تكون هذه السلاسل مزدوجة كما هو الحال في معادن الأمفيبول الشائعة في الصخور المتحولة.
- صفائح السيليكات (بالإنجليزية: Sheet silicates): تحتوي هذه المعادن على (SiO4) متعددة السطوح تم ربطها في بُعدين لتشكل صفائح بالصيغة (Si O10)، ومن الأمثلة الشائعة عليها معادن المايكا.
- السيليكات الهيكلية (بالإنجليزية: Framework silicates): تحتوي هذه المعادن على (Si10O4) متعددة السطوح تم ربطها على شكل شبكة ثلاثية الأبعاد بالصيغة (SiO2)، ومن الأمثلة الشائعة عليها الكوارتز والفلسبار وهي المعادن الأكثر وفرة في القشرة الأرضية.
