Кіріспе

Минералдар мен минералданған артефактілерді ғылыми зерттеу. Минералогия – әдетте /m/ɪ/n/ə/'/r/ɒ/l/ə/dʒ/i/ деп айтылады, себебі бұл жиі кездесетін фонеологиялық процесс, әсіресе Солтүстік Америкада, сондай-ақ Ұлыбритания ағылшын тілінде. Дегенмен, тіпті қазіргі заманғы Ұлыбритания сөздіктері де көбінесе /m/ɪ/n/ə/'/r/æ/l/ə/dʒ/ айтылуын жазады, кейде дыбыс файлында ассимиляцияланған нұсқасы болса да, мысалы, Collins сөздігінде. Минералогия туралы алғашқы жазбалар, әсіресе бағалы тастар туралы, ежелгі Вавилоннан, ежелгі грек-римдік әлемнен, ежелгі және ортағасырлық Қытайдан, сондай-ақ ежелгі Үндістан мен ежелгі ислам әлемінің санскрит мәтіндерінен келген. Бұл тақырыпқа арналған кітаптардың ішінде Плиний Ескінің «Табиғат тарихы» кітабы бар, ол көптеген минералдарды ғана емес, олардың қасиеттерін де сипаттаған. Парсы ғалымы әл-Бирунидің «Қымбат тастар кітабы» (Kitab al Jawahir) еңбегі де маңызды. Немец ренессанс маманы Георгий Агрикола «Металдар туралы» (De re metallica, 1556) және «Тастардың табиғаты туралы» (De Natura Fossilium, 1546) сияқты еңбектер жазып, осы саладағы ғылыми зерттеулерге бастау берді. Жаңа өрлеу дәуірінен кейінгі Еуропада минералдар мен тау жыныстарын жүйелі түрде ғылыми зерттеулер жүргізілді. «Заманауи кристаллографияның әкесі» атанған Рене Жюст Юи кристалдардың периодты екенін көрсетті және кристалл жақтарының бағыттарын рационалдық сандармен, кейін Миллер индекстерінде кодталғандай, көрсетуге болатынын анықтады. Уильям Никол 1827–1828 жылдары қазбаланған ағаштарды зерттеген кезде жарықты поляризациялайтын Николь призмасын ойлап тапты. Генри Клифтон Сорби поляризациялық микроскопты қолдану арқылы минералдардың жұқа бөліктерін олардың оптикалық қасиеттері арқылы анықтауға болатынын көрсетті. Қаттылық басқа минералдармен салыстыру арқылы анықталады. Мосс шкаласында минералдардың стандартты жиынтығы 1 (тальк) -ден 10 (алмаз) -қа дейін қаттылығының өсу ретімен нөмірленеді. Қатты минерал жұмсақ минералды сызып тастайды, сондықтан белгісіз минералды осы шкалаға қоюға болады, ол қандай минералдарды сызып тастайды және олар оны сызып тастайды. Кальцит және кианит сияқты кейбір минералдардың қаттылығы бағытқа байланысты өзгереді. Оның химиялық формуласы (Mg,Fe)SiO3; қызыл шарлар – оттегі, көк шарлар – кремний, ал жасыл шарлар – магний немесе темір. Кристалл құрылымы – кристаллдағы атомдардың орналасуы. Ол үш өлшемді бірлік ұяшығы деп аталатын негізгі үлгіні қайталайтын нүктелер торымен бейнеленеді. Тор оның симметриясымен және бірлік ұяшығының өлшемдерімен сипатталады. Бұл өлшемдер үш Миллер индексімен көрсетіледі. Тордағы кез келген нүктеге қатысты белгілі бір симметриялық операциялардың көмегімен тор өзгермейді: айналу, инверсия, айналу инверсиясы (айналу мен инверсияның комбинациясы). Олар бірігіп кристаллографиялық нүктелік тобы немесе кристалл класын құрайды. Барлығы 32 кристалл класы бар. Сонымен қатар, барлық нүктелерді ығыстыратын операциялар бар: аударма, бұранда осі және жылғақ жазықтығы. Нүктелік симметриялармен біріктірілгенде олар 230 кеңістіктік топты құрайды. Ұнтақ дифракциясы қолданып қарағанда бірдей көрінетін минералдарды, мысалы, кварц пен оның полиморфтарын – тридимит пен кристобалитті ажырата алады.

Химиялық элементтер

Бірнеше минералдар химиялық элементтер, ішінде күкірт, мыс, күміс және алтын, бірақ көпшілігі қосылыстар болып табылады. Құрамын анықтаудың классикалық әдісі – ылғалды химиялық талдау, ол минералды тұз қышқылы (HCl) сияқты қышқылда ерітуді қамтиды. Ерітіндідегі элементтер колориметрия, көлемдік талдау немесе гравиметриялық талдау арқылы анықталады. 6000-нан астам атаулы және аталмаған минерал бар, және жыл сайын шамамен 100-ге жуығы жаңадан ашылады. Минералогия нұсқаулығы минералдарды келесі сыныптарға бөледі: табиғи элементтер, сульфидтер, сульфосальттар, оксидтер және гидроксидтер, галоидтар, карбонаттар, нитраттар және бораттар, сульфаттар, хроматтар, молибдаттар және вольфраттар, фосфаттар, арсенаттар және ванадаттар, сондай-ақ силикаттар. Ол химиялық минералогияның, әсіресе изотоптық зерттеулердің әдістерін қолданады, тірі өсімдіктер мен жануарлардың өсу формаларын, сондай-ақ қазбалардың бастапқы минералдық құрамын анықтау үшін. Минералогиядағы жаңа тәсіл – минералды эволюция, ол геосфера мен биосфераның бірлескен эволюциясын зерттейді, соның ішінде минералдардың өмірдің пайда болуындағы рөлі және минералдық катализделген органикалық синтез сияқты процестер мен минералдық беттердегі органикалық молекулалардың таңдамалы адсорбциясын қарастырады.

Минералды экология

2011 жылы бірнеше зерттеушілер минералдық эволюция дерекқорын жасауды бастады. Бұл деректер базасы 690 000-нан астам минералдық кен орындарының жұптарын қамтитын, көпшілік қолдануға арналған Mindat.org сайтымен, сондай-ақ IMA-ның ресми бекітілген минералдар тізімімен және геологиялық басылымдардан алынған жас деректерімен интеграцияланған. Бұл деректер базасы жаңа сұрақтарға жауап беру үшін статистикалық әдістерді қолдануға мүмкіндік береді, бұл тәсіл минералдық экология деп аталады. Мұндай сұрақтардың бірі – минералдық эволюцияның қанша бөлігі детерминистік, ал қаншасы – жай ғана кездейсоқтық нәтижесі. Минералдың химиялық сипаты және оның тұрақтылығының шарттары сияқты кейбір факторлар детерминистік болып табылады; бірақ минералогия планетаның құрамын анықтайтын процестерге де байланысты болуы мүмкін. 2015 жылы Роберт Хазен және оның әріптестері әр элементтің қатысуымен түзілген минералдар санын оның кең таралғандығына қарай талдады. Олар Жерде, 4800-нен астам белгілі минералы мен 72 элементі бар, қуат заңына сәйкес келетінін анықтады. Ай, небәрі 63 минералы мен 24 элементі бар (әлдеқайда кішкентай үлгіге негізделген), шамамен бірдей заңдылықты көрсетеді. Бұл планетаның химиялық құрамын ескере отырып, ең көп таралған минералдарды болжауға болатынын білдіреді. Дегенмен, таралудың ұзын құйрығы бар, минералдардың 34%-ы тек бір немесе екі жерде ғана табылған. Модельдің болжамы бойынша, мыңдаған минералдық түрлерді табуға немесе олар пайда болып, эрозия, шөгінділерге көмілу немесе басқа процестерден жоғалуы мүмкін. Бұл сирек кездесетін минералдардың пайда болуында кездейсоқтықтың ролі бар екенін көрсетеді. Үлкен деректер жиынтығын пайдаланудың тағы бір мысалы – көміртек минералдарының деректер жиынтығына желілік теорияны қолдану, олардың әртүрлілігі мен таралуының жаңа үлгілерін ашты. Талдау қай минералдардың бірге кездесетінін және олармен байланысты геологиялық, физикалық, химиялық және биологиялық жағдайларды көрсетуге мүмкіндік береді. Бұл ақпаратты жаңа кен орындарын және тіпті жаңа минералдық түрлерді іздеу үшін пайдалануға болады.

Қолданылуы

Минералдар адам қоғамының түрлі қажеттіліктері үшін өте маңызды, мысалы, металл өнімдерін жасауға қолданылатын кендер, олар түрлі тауарлар мен машиналарда пайдаланылады. Сондай-ақ, әк тас, мәрмәр, гранит, құм, шыны, гипс, цемент сияқты құрылыс материалдарының құрамында да маңызды компоненттер болып табылады. Минералдар егін өнімділігін арттыру үшін тыңайтқыштарда да қолданылады.

Жинақтау

Минералдарды жинау – демалыспен байланысты зерттеу және жинау хоббиі. Бұл сала бойынша клубтар мен қоғамдар жұмыс істейді. Смитсония ұлттық табиғи тарих мұражайының геология, әшекей тастар және минералдар залы, Лос-Анджелес округінің табиғи тарих мұражайы, Карнеги табиғи тарих мұражайы, Лондонның табиғи тарих мұражайы және Бейрут қаласындағы жеке Мим минералдар мұражайы сияқты мұражайларда минералдардың тұрақты түрде қойылған танымал үлгілері бар.