La parola minerale deriva dal latino aes minerale, roccia metallifera.
Essa sta a significare elementi chimici ed inorganici, raramente composti organici, presenti nella crosta terrestre o formantisi in processi chimico fisico meccanici. Si tratta di sostanze omogenee che si presentano allo stato solido in condizioni atmosferiche normali, eccetto il mercurio, e la cui maggioranza assume forma cristallina.
Indice
Genesi dei minerali
Le rocce ed i loro componenti, i minerali, presenti oggigiorno nella crosta terrestre, sono stati soggetti a continui mutamenti durante varie ere geologiche. Questo ciclo ha inizio con la salita di magma fuso dal profondo della crosta o dal mantello terrestre, prosegue con il solidificarsi del .magma, la sua alterazione, sedimentazione e formazione di montagne e ritorna al punto di partenza con il risucchio delle rocce e la successiva fusione all’interno della terra. La formazione magmatica dei minerali consiste nella loro cristallizzazione da magmi fusi. Essi penetrano lungo i punti più deboli della crosta ed ivi si solidificano in rocce plutoniche (o intrusive) e filoni.
Se essi fuoriescono dalla crosta o dal fondo marino formano rocce vulcaniche (vulcaniti). Durante il raffreddamento i minerali con punto di fusione ad alte temperature cristallizzano per primi e si viene così a mod1f1care costantemente la composizione chimica della massa fusa. Il magma residuo, ricco di acqua e sostanze volatili, solidifica in filoni e fenditure. Le pegmatiti che ne derivano sono rocce a grana grossa, per lo più granitiche, con cristalli di grandezza variabile dal centimetro al metro. Le soluzioni acquose e ricche di gas (C02) rimaste sono particolarmente attive chimicamente grazie al loro contenuto di cloro e di fluoro. Soggette a forti pressioni, esse penetrano nelle fenditure delle rocce e provocano una reazione chimica con le rocce incassanti (formazione pneumatolitica).
Durante questo processo i minerali ivi presenti vengono trasformati in nuovi minerali. Col proseguire del processo di raffreddamento, dalle soluzioni acquose, ricche di NaCI, alcali e metalli pesanti, altri minerali s1 cristallizzano filoni e cavità. Questa formazione idrotermale è tipica di molti giacimenti minerari. Durante il riscaldamento di masse rocciose, dovuto al fenomeno del risucchio (metamorfosi regionale) o alla penetrazione di masse fuse nella roccia (metamorfosi di contatto), si hanno nuove trasformazioni di minerali.
Anche in presenza di basse temperature nell’ambiente sedimentario si riscontrano precipitati chimici o biologici di minerali. Giacimenti di salgemma o di gesso si formano per l’evaporazione di acque marine. Il trasporto d1 masse rocciose dovuto al fenomeno dell’erosione permette d1 ammassare nei giacimenti alluvionali, presenti nelle anse dei fiumi o nelle zone dei frangenti lungo le coste, minerali pesanti e resistenti quali lo zircone, il diamante o l’oro.
Caratteristiche
Colore
Il carattere più evidente di un minerale è il colore, dovuto a molteplici cause. Nel caso di minerali trasparenti e traslucidi il colore è il risultato dell’assorbimento di una parte della lunghezza d’onda della luce incidente. Le lunghezze d’onda che lo attraversano ne determinano il colore. I minerali idiocromatici devono la loro colorazione alla presenza regolare di elementi e 1onr cromofori nel reticolo cristallino. Difetti reticolari, dovuti a 4 radiazioni radioattive, provocano anche la colorazione dei minerali. Quest’effetto si ha fin con minimi quantitativi di uranio presenti nel reticolo cristallino. Questi difetti reticolari si possono eliminare scaldando il minerale fino a 500° C ca. ed in questo caso la colorazione sparirà. Se si introducono ioni cromofori nel reticolo il minerale assumerà una colorazione diversa.
Nei minerali allocromatici la colorazione è dovuta alla presenza di pigmenti distribuiti microscopicamente. Scaglie di ematite, ad es., sono responsabili di una colorazione rossa. Microcristalli inclusi in modo regolare nel reticolo cristallino, ad es. aghi di rutilio in corindone, gli fanno assumere una colorazione caratteristica.
Minerali opachi, non trasparenti, se in strati molto sottili diventano spesso traslucidi. In strati più spessi assorbono completamente le lunghezze d’onda della luce visibile. L’assorbimento e la riflessione della luce sulla superficie sono responsabili della colorazione di questi minerali. Patine cromatiche dovute a sottilissimi strati di ossidi o altre reazioni chimiche così come anche le croste alterazione causate da agenti atmosferici, contraffanno la colorazione.
Striscia
Sfregando un minerale su una lastra di porcellana non vetrificata o sull’orlo inferiore di una tazzina da caffè si ottiene il colore della striscia del minerale. Questo test è molto facile da attuare ed agevola l’identificazione del minerale in quanto il colore della polvere è più caratteristico del rispettivo colore del minerale che può variare notevolmente all’interno di uno stesso gruppo. I minerali idiocromatici presentano una polvere di colore uguale a quello del minerale, mentre quelli allocromatici presentano una colorazione diversa. I minerali di durezza superiore a 6 non hanno una striscia, ma scalfiscono soltanto la porcellana.
Lucentezza
La conformazione della superficie determina le caratteristiche di riflessione. Questa lucentezza del minerale è un criterio soggettivo, anche se caratteristico. Si parla in senso comparativo di lucentezza vitrea, sericea, cerosa, grassa, resinosa, metallica, madreperlacea o adamantina.
Proprietà ottiche
La luce attraversa mezzi rifrangenti, ad es. aria, cristallo, di varia densità. L’elevato indice di rifrazione della luce che presentano numerose pietre preziose, quali il corindone o il diamante, viene denominato fuoco. Le proprietà ottiche di minerali cubici o amorfi sono uguali in tutte le direzioni, mentre la propagazione delle onde luminose in tutti gli altri gruppi di minerali è subordinata alla loro direzione, a causa del reticolo cristallino. Il raggio di luce incidente inclinato, attraversando il cristallo, si scinde in due raggi. Il fenomeno della doppia rifrazione è particolarmente evidente nella calcite. Una scritta, posta sotto il cristallo, viene letteralmente sdoppiata. Questa caratteristica è chiamata birifrazione.
L’analisi delle proprietà ottiche per l’identificazione del minerale richiede apparecchi speciali, quali il microscopio polarizzatore. Anche l’assorbimento della luce varia a seconda della direzione del aggio, eccetto nei minerali cubici. Nel berillo, nella tormalina, nell’epidoto o nella cordierite si può constatare ad occhio nudo il fenomeno del pleocroismo.
Se sottoposti a radiazioni UV ad onde corte o lunghe, alcuni minerali presentano una luminescenza caratteristica, la fluorescenza. I minerali conosciuti per la presenza di fluorescenza ai raggi UV sono: fluorite, calcite, sfalerite, scheelite e diversi minerali di uranio.
Durezza
Il mineralogista Friedrich Mohs (1773-1839), che insegnò a Graz, Freiberg e Vienna, introdusse la classificazione dei minerali in base a caratteristiche esterne e, nel 1812, sviluppò l’omonima scala delle 10 durezze. Essa si rifà alla durezza del minerale se scalfito. Ogni grado di durezza viene rappresentato da un minerale ben noto. Ogni minerale precedente viene rigato dal seguente. La durezza può essere inoltre quantificata con metodi moderni. Un confronto con la scala di Mohs rivela le differenze tra i vari gradi di durezza. Se prendiamo come valore di base per la durezza del corindone 1000 (classificazione di Rosiwal), il diamante avrà un valore di 140.000, quindi 140 volte più duro.
1 talco
2 gesso
3 calcite
4 fluorite
5 apatite
6 ortoclasio
7 quarzo
8 topazio
9 corindone
10 diamante
Sfaldatura
Questa proprietà è in stretta relazione con il reticolo cristallino. Si stima la qualità della sfaldatura e se ne descrivono le varie graduazioni. In base alla struttura del reticolo, nello stesso minerale possono presentarsi vari tipi di sfaldatura a seconda della direzione. L’angolo tra i piani di sfaldatura può costituire un elemento diagnostico per distinguere minerali simili, quali ad esempio l’augite (87°) e l’orneblenda (124°). Il termine Spato usato per alcuni minerali sta a significare un buon grado di sfaldatura.
Densità
Un altro carattere tipico è la densità. I metalli puri hanno densità fino a 22 g/cm3 (iridio) o 19 g/cm3 (oro), i minerali industriali variano da 4 a 8 g/cm3 ed i minerali accessori da 2 a 4 g/cm3. La differenza di densità consente quindi anche la separazione del minerale industriale dalla ganga sfruttando la gravità.
Forma cristallina
Il fascino dei bei cristalli sta nella perfezione della loro forma. Essa riflette l’ordinamento regolare degli atomi nel reticolo cristallino. A seconda delle proprietà fisico-chimiche e delle condizioni di formazione gli elementi si raggruppano in forme geometriche caratteristiche. Per questo le forme cristalline sono copie semplificate della struttura interna. Conoscenze mineralogiche sono riscontrabili fin dall’antichità. Partendo dall’attività mineraria, nel XVII e nel XVIII secolo si sono create le basi della mineralogia, la descrizione della regolarità dei cristalli.
Nel 1669, mentre misurava cristalli di quarzo, il danese Niels Stensen, medico alla corte dei Medici col nome di Nicola Stenone, scoprì che gli angoli tra facce equivalenti di uno stesso minerale sono sempre uguali. Questo vale anche per cristalli mal sviluppati, divergenti dalla forma ideale, ed è quindi un importante criterio diagnostico. In seguito alla struttura regolare dei cristalli è possibile differenziare 7 sistemi cristallini. Essi vengono caratterizzati da un sistema di assi che segue tipiche angolature del cristallo.
La compenetrazione regolare di cristalli porta alla formazione di geminati, come ad es. nel caso di gesso, feldspati, fluorite o quarzo. Le forme e le superfici presenti in un cristallo ne determinano il tratto. A seconda del rapporto delle grandezze delle superfici tra loro, la forma di un tipo di minerale può variare largamente. Si parlerà quindi di cristalli tabulari, prismatici, colonnari o aciculari. La varietà delle forme di un tipo di minerale ne rappresenta l’abito.