Mineraal

Mineraal on kindla, kuid mitte fikseeritud keemilise koostise ja enamasti kristallilise struktuuriga looduslikult esinev anorgaaniline tahke aine. Mineraali mõiste ei ole siiski selgepiiriline: ükski mainitud tunnustest ei ole mineraalidele alati kohustuslik.

Mineraale eristab kivimitest see, et neil on kindel või kindlates piirides muutuv keemiline koostis. Kivimid koosnevad mineraalidest. Erandjuhtudel võib kivim koosneda vaid ühest mineraalist, näiteks lubjakivi, mis koosneb kaltsiidist. Mineraalid on homogeensed. See tähendab seda, et mehaaniliselt saab neid jaotada vaid väiksemateks mineraaliteradeks.

Mineraal peab esinema looduses. Näiteks tööstuslikult toodetud teemante ei loeta mineraalide hulka kuuluvaiks.

Tavaliselt peetakse mineraalidele kohustuslikuks kindlat kristallistruktuuri. Siiski peetakse mineraaliks ka opaali, mis on amorfne aine ehk väga viskoosne vedelik.

Mineraalid peavad olema anorgaanilised ained. Näiteks põlevkivi ei ole mineraal.

Mineraalid peavad olema tahked. Vedel vesi ei ole mineraal, kuid jää täidab kõik mineraalidele esitatavad tingimused.

Mineraale uurivat teadusharu nimetatakse mineraloogiaks.

Mineraalid koosnevad keemilistest elementidest ja nende ühenditest, mida hoiavad koos keemilised sidemed. 90% mineraalidest on seotud iooniliste sidemetega, ülejäänud on seotud kovalentse või metallilise sidemega. Enamiku mineraalide struktuuris on esindatud mitu sidemeliiki.

Mineraali keemiline valem on sageli kindlates piirides muutuv. Sel juhul on tegemist isomorfismiga: elemendid asendavad üksteist kristallstruktuuris. Seega muutub isomorfismi korral mineraali koostis, kuid mitte struktuur.

Mineraali kristallstruktuuri muutumist sama koostise juures nimetatakse polümorfismiks. Polümorfsed on näiteks teemant ja grafiit.

Mõnikord võivad aatomid ja ioonid paikneda korrapäratult. Selliseid mineraale nimetatakse amorfseteks. Amorfne mineraal on näiteks opaal.

Kristalli väliskuju kordab tema siseehituse ehk kristallistruktuuri kuju. Kristallide väliskuju iseloomustatakse näiteks järgmiste sõnade abil:

• kiudjas,
• leheline,
• tahveljas,
• tulpjas,
• isomeetriline,
• nõeljas.

Kristallidel on 32 lihtvormi. Nende omavahelisel kombineerimisel saame praktiliselt lõputu hulga erineva kujuga mineraale.

Kristallstruktuuri uurimise ja kirjeldamisega tegeleb kristallograafia.

Kristalliagregaadid on üksteisega korrapäratult kokkukasvanud mineraalid.

Levinumaid agregaate:

• Dendriit
• Sekretsioon
• Konkretsioon
• Druus
• Nõrg
• Neerjas agregaat

Peitkristalseteks nimetatakse agregaate, milles mineraali terasuurus on alla 0,1 mm (alla inimsilma lahutusvõime).

Mineraalide teket jaotatakse sarnaselt teiste geoloogiliste protsessidega endogeenseks ja eksogeenseks. Maakoore osa maapinnast kuni põhjavee alumise piirini nimetatakse eksosfääriks ja seal kulgevaid protsesse eksogeenseiks.

Endogeensete mineraalide lähteaineks on magma, milles keemilised elemendid ja ühendid esinevad gaasilises, tahkes ja vedelas faasis. Magmas levinud keemilised elemendid, nende sisalduse vähenemise järjekorras on O, Si, Al, Mg, Fe, Ca, Na ja K. Räni ja hapnik on ainsad elemendid, mis esinevad kõigis tardkivimeis. Erinevad mineraalid kristalliseeruvad magmast erineval temperatuuril. Seda protsessi kirjeldavat skeemi nimetatakse Boweni skeemiks.

Endogeenseid mineraalitekke protsessid jagunevad pneumatolüütiliseks, hüdrotermaalseks ja moondelisteks.

Eksogeensete mineraalide tekkele teeb enamasti teed füüsikaline murenemine ehk rabenemine, mis küll ei tekita uusi mineraale, kuid peenestades materjali teeb hõlpsamaks selle porsumise ehk keemilise murenemise. Porsumise käigus tekivad mineraalidest uued mineraalid, mis on antud tingimustes vastupidavamad. Tähtsamad porsumise alaliigid on: oksüdeerumine, hüdrolüüs, hüdratatsioon, karbonatiseerumine ja sulfaadistumine. Kerglahustuvad leelis- ja leelismuldmetallide ühendid kantakse põhjaveega murenemispaigast minema. Rasklahustuvad alumiiniumi, raua, räni jne ühendid aga ladestuvad murenemispaigas, moodustades murenemiskooriku. Endogeense tekkega mineraalide vastupidavus murenemisele on vastupidine Boweni skeemi kristalliseerumisjärjekorrale. Seega on näiteks oliviin kergemini murendatav kui päevakivid, millest omakorda on kvarts vastupidavam.

Mineraali omadused on konkreetsele mineraalile iseloomulikud tunnused, mis aitavad teda identifitseerida.

Värvuse määrab mineraalilt peegeldunud või selle läbinud valguse spekter. Värvus ei ole enamasti hea tunnus mineraali määramiseks, sest üks mineraal võib esineda väga erivärvilisena. Näiteks kaltsedon on tavaliselt helesinist värvi, kuid ta võib olla ka näiteks punane.

Mineraali värvusest vähem varieerub tema kriipsu värvus. Kriipsu all mõistame siin mineraaliga keraamilise plaadi peale tõmmatud joont. Joon ei ole mitte kriimustus plaadil, vaid selle mineraali puru, millega joont tõmmatakse. Näiteks hematiit jätab alati punakaspruuni kriipsu, rohekaskollase pinnaga püriit (kassikuld) rohekasmusta kriipsu. Puru tekib sellepärast, et keraamiline plaat deformeerib mineraali, millega joont tõmmatakse. Keraamilise plaadi kõvadus on Mohsi skaalal 6, seega ei saa kriipsu tõmmata mineraaliga, mille kõvadus seda väärtust ületab, sest ei ole võimalik deformeerida plaadist kõvemat mineraali.

Mineraali tihedus on tema massi suhe ruumalasse. Erinevate mineraalide tihedused ulatuvad 0,9 g/cm² (jää) kuni 23 g/cm² (iriidiumiühendid).

Tihedus sõltub mineraali moodustavate elementide aatommassidest ja osakeste tihedusest kristallstruktuuris.

Mineraalide tiheduse hindamiseks kasutatav mõõtühik on g/cm³.

Kõvadus on mineraali vastupanuvõime välisele deformeerivale mõjule. Suurema kõvadusega mineraaliga saab teisi mineraale kriimustada. Sel põhjusel kasutatakse klaasinugade ja hambapuuride valmistamiseks teemanti, mis on kõige kõvem mineraal. Kõvadus sõltub mineraali keemilistest sidemetest.

Absoluutse ehk mikrokõvaduse mõõtühik on kg/mm²

Suhtelist kõvadust mõõdetakse Mohsi skaalal.

 Pikemalt artiklis Läige

Läige tekib mineraali tasaselt pinnalt peegeldunud ja hajunud valgusest.

Läige sõltub mineraali absorptsioonist ehk valguse neeldumisest, läbipaistvusest, murdumisnäitajast ja pealispinna omadustest. Mõju on ka kivi värvusel.

Eristatakse metalset ja mittemetalset läiget, nende vahele jääb veel ka poolmetalne läige. Mittemetalne läige jaotub omakorda mitmeks eri tüüpi läikeks. Murdepindadel enamasti läige puudub.

Näited:

• Metalliläige (püriit)
• Poolmetalne läige (grafiit, hematiit)
• Klaasiläige (kvarts, kivisool, karbonaadid)
• Teemandiläige (väävel)
• Pärlmutriläige – esineb kihilise struktuuriga mineraalidel (vilgud, plaatjas kips)
• Siidiläige – on omane kiulise struktuuriga mineraalidele (asbest, kiuline kips)
• Vahaläige (opaal, kaltsedon)
• Tuhm ehk matjas läige (kaoliin)
• Rasvaläige (väävel, nefeliin)

 Pikemalt artiklis Läbipaistvus

Mineraal on läbipaistev, kui osa temale langenud valgusest läbistab mineraali. Läbipaistvus sõltub pealelangeva valguse intensiivsusest.

Läbipaistvad mineraalid on näiteks teemant ja haliit ehk kivisool.

 Pikemalt artiklis Murdepind

Murdepind määratakse mineraali ebatasase pinna kuju järgi, mis tekib mineraali purustamisel või murdmisel.

Murdepind võib olla:

• tasane – esineb hea lõhenevusega mineraalidel (magnetiit);
• ebatasane (apatiit);
• astmeline (püriit);
• karpjas – esineb halva lõhenevusega mineraalidel (kaltsedon);
• haakjas (vask, hõbe);
• muldjas (koaliin);
• konarlik.

 Pikemalt artiklis Lõhenevus

Lõhenevus on mineraalide omadus laguneda löögi toimel tasaste pindadega kildudeks. Lõhenevus sõltub mineraali keemilistest sidemetest. Mineraal lõheneb sealt, kus side on kõige nõrgem. Ülihea lõhenevusega on näiteks muskoviit ja teise vilgud.

Murre on mineraalide omadus laguneda löögi toimel ebatasaste pindadega kildudeks. Murre on omane neile mineraalidele, mille keemilised sidemed on igas suunas võrdse tugevusega. Lõhenevus puudub näiteks kvartsil.

Et kovalentne side on tugevam kui iooniline, on kovalentsete sidemetega mineraalide lõhenevus halvem ehk murdepind on krobelisem.

Peale ülalpool nimetatute on veel omadusi, mida ei ole nii lihtne iseloomustada, kuid mis võivad aidata teatud mineraale identifitseerida:

• soolane maitse (haliit);
• kibesoolane maitse (sülviin);
• kättevõtmisel määrib sõrmi (grafiit);
• põleb (väävel);
• magnetilisus (magnetiit).

Mineraale klassifitseeritakse tavaliselt kas väliskuju ehk haabituse ehk süngoonia, koostise, tekke, omaduste vms alusel. Näiteks saab mineraale jaotada järgmiselt:

1. ehedad elemendid ja metallide ühendid metalliga
2. karbiidid, nitriidid ja fosfiidid
3. sulfosoolad, sulfiidid jt
   1. klass väävli liht- ja kaksikühendid jt
   2. klass sulfosoolad
4. haloidsed ühendid
   1. klass fluoriidid
   2. klass kloriidid, bromiidid ja jodiidid
5. oksiidid
   1. klass liht- ja liitoksiidid (korund, kvarts, hematiit, opaal jt)
   2. klass hüdroksiidid (limoniit jt)
6. hapnikulised soolad
   1. klass jodaadid
   2. klass nitraadid
   3. klass karbonaadid (kaltsiit, dolomiit, sideriit jt)
   4. klass sulfaadid (anhüdriit, kips jt) ja selenaadid
   5. klass kromaadid
   6. klass molübaadid ja volframaadid
   7. klass fosfaadid (apatiit, vivianiit jt), arsenaadid ja vanadaadid
   8. klass arsenitid
   9. klass boraadid
   10. klass silikaadid (topaas, augiit, vilgud, amfiboolid, kaoliin, päevakivid jt)

• Mineraalide loend
• Kivim

• Volli Kalm, Juho Kirs, Kalle Kirsimäe, Tiia Kurvits. "Mineraalid ja kivimid". Tartu Ülikooli Kirjastus, Tartu 1999, 96 lk.
• Alar Astover, Raimo Kõlli, Hugo Roosalu, Endla Reintam, Enn Leedu. "Mullateadus. Õpik kõrgkoolidele". Tartu 2012. (lk 29 Mineraalid)
• Kalle Suuroja, Sten Suuroja. "Kiviaabits: Eesti mineraalid". Tallinn 2007. ISBN 978-9949-15-045-8

Pildid, videod ja helifailid Commonsis: Mineraalid

• Eesti keelde tõlgitud animeeritud õppevahend mineraalide kohta Tromsø ülikooli veebilehel webGeology.
• Mineraalide andmebaas
• Mineralogical Society of America
• The Mineral Gallery
• Info Tallinna Tehnikaülikooli Geoloogiainstituudi lehelt