شرح جيولوجيا المعادن

جيولوجيا المعادن

يُعرَّف علم المعادن (بالإنجليزية: Mineralogy) بأنه العلم الذي يهتم بدراسة جميع جوانب المعدن بما في ذلك خصائصه الفيزيائية، وتركيبه الكيميائي، وبُنيته البلورية الداخلية وتوزيعها وطبيعتها، بالإضافة إلى أصل المعدن اعتمادًا على الظروف الفيزيائية والكيميائية المسؤولة عن تكوينه.^[١]

تعريف المعدن

يرتكز تعريف المعدن (بالإنجليزية: Mineral) على خمسة شروط أساسية لا بدَّ من توافرها في المادة لاعتبارها معدنًا، وهي كالآتي:^[٢]

• مادة تشكلت بصورة طبيعية: أي أن المعدن لا بدَّ أن يكون عبارة عن مواد متوفرّة في الطبيعة، وأن لا يحتوي على مواد مصطنعة غير متوفرة في الطبيعة حتى يُصنّف على أنه معدن.
• مادة صلبة مُتجانسة: أي أن المعادن عبارة عن مواد يجب أن تكون مُتجانسة فيزيائيًا وكيميائًيا، وتتكون من وحدات متكررة بشكل منتظم من الذرات لمركب معيّن.
• مادة ذات تكوين مُعين ولكنه غير ثابت: أي أن الذرات أو مجموعة الذرّات المكوِّنة للمعدن يجب أن تكون بنسب معيَّنة، حيث يتم حساب نسب الأنيونات إلى الكاتيونات من خلال اتزان الشحنات في المعدن، حيث يمكن للذرات ذات الشحنات المتماثلة والمتشابهة في نصف القطر الأيوني أن تستبدل بعضها بحرية، ولذلك فهو غير ثابت، ولكن له تركيب محدد.
• مادة ذات ترتيب ذريّ أو بلوري محدد: حيث أن البلورات المكونة للمعدن عبارة عن مصفوفات ثلاثية الأبعاد ذات ترتيب هندسي محدد وثابت.
• مادة غير عضوية: أي أن المركبات البلورية التي تكونها المواد العضوية لا تُعتبر معادن، إلا إذا كانت هذه المركبات تنتج من عمليات غير عضوية أيضًا ففي هذه الحالة يمكن اعتبارها معادن.

خصائص المعادن في العينات اليدوية

يوجد العديد من خصائص المعادن التي يمكن ملاحظتها ودراستها في عينات المعادن، وهي كالآتي:^[٣]

• البريق: وهو اللمعان الذي يظهر على سطح المعدن عن تعرضه للضوء الأبيض بسبب الانعكاس، ويعتمد البريق على الخصائص الفيزيائية التي تؤثر على الانعكاس بالإضافة إلى معامل الانعكاس؛ والذي يُعرف بأنه نسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعته خلال المعدن، وينقسم البريق إلى نوعين أساسيين؛ هما البريق المعدني والبريق غير المعدني.
• اللون: تظهر المعادن بألوان معينة اعتمادًا على الأطوال الموجية القادمة من الضوء الساقط، والتي يتم امتصاصها أو انعكاسها، وتتحكم المادة الكيميائية المكونة للمعدن بشكل أساسي باللون الذي يمكن أن يظهر به المعدن، بالإضافة للإلكترونات الموجودة في مدارات d في المعادن الانتقالية شديدة الكفاءة في امتصاص أطوال موجية معينة، كما أن نقل الإلكترونات بين الأيونات يتسبب أيضًا في ظهور ألوان معينة في المعدن، وأخيرًا فإن وجود عيوب في البلورة المكونة للمعدن أيضًا يتسبب في ظهور المعدن بألوان معينة.
• الأثر: وهو لون المعدن بعد طحنه ليتحول إلى مسحوق ناعم، وتكمن أهمية هذه الخاصية بأنها تزيل الألوان التي تظهر بسبب العيوب، وبالتالي تعطي اللون الطبيعي للمعدن.
• السلوك: وهو الشكل العام للبلورة أو مجموع البلورات المكونة للمعدن، والذي ينتج عن نمو البلورات في اتجاهات معينة وقد يكون النمو بأشكال مختلفة وعديدة، منها المتساوي، والكتلي، والصفائحي، والمصمت، وغيرها العديد.
• الكسر: يتحكم في أسطح كسر المعادن وأشكالها؛ قوة الروابط الكيميائية في الاتجاهات المختلفة للبلورات المكونة للمعدن وللكسر في المعادن عدة أنواع، وهي الانقسام، والتفرق، والشق.
• الصلابة: وهي مقاومة المعدن للتآكل، وصلابة المعدن مرتبطة بمدى قوة الروابط بين الذرات المكونة له.

تصنيف المعادن

تُصنف المعادن حسب تركيبها الكيميائي إلى عدة مجموعات وهي كالآتي:^[٢]

• العناصر الأصلية: هي مجموعة العناصر النقية الأصلية، ومن الأمثلة على هذه العناصر الذهب (Au)، والفضة (Ag)، والنحاس (Cu)، وغيرها.
• الكبريتيدات: وهي مجموعة المعادن التي تحتوي على عنصر الكبريت باعتباره الأنيون الرئيسي فيها، وتشكل مجموعات مميزة ويعود ذلك إلى عدم احتواءها على الأكسجين، وبالإضافة إلى المعادن التي تحتوي على الكبريت؛ فإن المعادن التي تحتوي الزرنيخ (As)، والسيلينوم (Se)، والتيتانيوم (Te) تندرج في هذه المجموعة أيضًا ومن الأمثلة على معادن هذه المجموعة معدن البيريت، والغالينا.
• الهاليدات: 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: تحتوي هذه المعادن على كاتيونات مختلفة وأكسجين، ومن الأمثلة عليها الهيماتيت، والمغنتايت.
• الهيدروكسيدات: تحتوي هذه المعادن على بولونيان (OH) بصورة سائدة ومن الأمثلة عليها الجبسيت.
• الفوسفات: تحتوي هذه المعادن على المجموعة الرباعية (PO₄^-3) كأنيون سائد، وهو المكون الرئيسي للعظام والأسنان.
• البورات: تحتوي هذه المعادن على (BO₃^-3) أو (BO₄^-5)، وعادةً ما يتواجد كلاهما في المعدن، ومن الأمثلة على ذلك معدن البوراكس.
• السيليكات: يحتوي هذا النوع من المعادن على (SiO₄^-4) كأيون سائد، حيث يُحاط الكاتيون (Si⁺⁴) دائمًا بأربعة ذرات من الأكسجين، ونظرًا لأن الأكسجين والسيليكا هما من أكثر العناصر وفرةً على سطح الأرض فإن هذه المجموعة هي الأكبر بين مجموعات المعادن كافةً.