Mineraali

Mineraali eli kivennäinen on luonnossa kiinteässä muodossa esiintyvä alkuaine tai epäorgaaninen yhdiste, jolla on tietty koostumus ja tavallisesti säännöllinen kiderakenne.

Mineraalin rakenne vaihtelee puhtaista alkuaineista yksinkertaisiin suoloihin ja hyvin monimutkaisiin silikaatteihin. Maapallon kuori ja sen kivilajit koostuvat lähinnä mineraaleista. Mineralogia on mineraaleja tutkiva tiede.

Mineraalit syntyvät geologisissa prosesseissa. Kyseisiä prosesseja ovat esimerkiksi magmatismi, sedimentaatio ja metamorfoosi.

Erilaisia mineraaleja tunnetaan nykyisin noin 4 000, joista vain 20–30 muodostavat pääasiassa kaikki kivilajit. Toisen arvion mukaan mineraaleja on vain 3000-4000. Useimmat jalo- ja korukivet ovat puhtaita mineraaleja. Yhdessä kivilajissa on useimmiten 3-5 mineraalia. Kivennäisaineet ovat eliöiden aineenvaihdunnan ja hyvinvoinnin kannalta oleellisia mineraaleja. Mineraaleiksi ei luokitella homogeenisiä amorfisia massoja, kuten vulkaaninen lasi, eikä myöskään synteettisesti valmistettuja jalokiviä, vaikka ne koostumuksensa puolesta matkivatkin mineraaleja.

Uusien mineraalien nimeämisestä pitää kirjaa kansainvälinen mineraloginen yhdistys IMA eli International Mineralogical Association Commission on New Minerals and Mineral Names.

Erilaisia mineraaleja.

Mineraaleja voidaan luokitella esimerkiksi käyttötarkoitusten, fyysisten, optisten ja kidekemiallisten ominaisuuksien mukaan.Arvokkaat mineraalit jaetaan malmimineraaleihin ja epämetallisiin kaivannaisiin.

Fyysiset ominaisuudet

Mineraalit voidaan luokitella useiden fyysisten ominaisuuksien perusteella. Luokittelu voi perustua esimerkiksi kiderakenteeseen, kovuuteen tai ominaispainoon.

• Asu voi olla kiteinen, rakeinen, piilokiteinen, massamainen, levymäinen, neulamainen, kuituinen, suomuinen, sälöinen tai multamainen.
• Kidejärjestelmä voi olla kuutiollinen, tetragoninen, heksagoninen, trigoninen, rombinen, monokliininen tai trikliininen.
• Kovuus voidaan määrittää Mohsin asteikon mukaan (raaputuskovuus; 1–10) tai hiontakovuuden mukaan. Timantti on kovin mineraali (raaputuskovuus 10) ja talkki yksi pehmeimmistä (kovuus 1).
• Lohkeavuus on monien mineraalien ominaisuus, joka johtuu kiderakenteen aikaansaamasta lohkeamisesta tasaisia pintoja myöten. Lohkeavuus vaihtelee erittäin etevästä lohkeamattomaan, jolloin mineraali voidaan vain murtaa.
• Murros syntyy, kun mineraali rikotaan muutoin kuin lohkopintaa myöten. Murros voi olla simpukkamainen (kvartsi, piikivi), epätasainen, tasainen, sälöinen, kuituinen tai karkea. Samassa mineraalissa voi olla useita erilaisia murrospintoja.
• Ominaispaino kertoo kiven tiheyden, ja se määritetään vertaamalla näytteen painoa sen syrjäyttämän vesimäärän painoon.
• Muita fyysisiä ominaisuuksia ovat muun muassa magnetismi, radioaktiivisuus ja mineraalin reagointi happoihin.

Optiset ominaisuudet

• Väri määräytyy sen mukaan, miten mineraalin pinta absorboi valoa ja mitkä aallonpituudet se heijastaa takaisin.
• Viiru on mineraalin ominaisväri, joka voidaan selvittää esimerkiksi hankaamalla sitä lasittamatonta posliinia vasten, jolloin syntyneet pienet muruset paljastavat mineraalin viirun. Viiru on usein valkoinen, mutta teräksenvärisellä hematiitilla se on punainen ja kullanvärisellä rikkikiisulla musta.
• Kiilto määrittää tavan, jolla valo heijastuu (hiotun) mineraalin pinnasta; erilaisia kiiltoja ovat timantti-, lasi-, rasva-, silkki-, metalli- ja helmiäiskiilto sekä matta.
• Absorptiospektri on jokaiselle mineraalille ominainen. Se määritetään tutkimalla spektroskoopilla mineraalin absorboimia aallonpituuksia; näytteen täytyy olla joko läpikuultava tai erittäin ohut levy, jotta tutkimus on mahdollista suorittaa.
• Taitekerroin ja dispersio ovat läpikuultavien kivien ominaisuuksia, jotka johtuvat valon taittumisesta sen siirtyessä ilmasta mineraaliin ja sen jakautuessa eri väreihin. Timantin loisto ja tuli johtuu sen erittäin korkeasta dispersiosta.
• Fluoresenssi tarkoittaa mineraalin reagoimista ultraviolettivaloon.
• Optiset ilmiöt esiintyvät tietyillä mineraaleilla, ja tulevat usein esiin vasta hiotulla ja kiillotetulla pinnalla. Silmiinpistävyytensä ja epätavallisuutensa vuoksi niiden perusteella mineraali on usein helppo tunnistaa. Optisia ilmiöitä mineraaleilla ovat kissansilmäilmiö, tähti-ilmiö, adularisointi, aventurisointi, sateenkaari-ilmiö, labradorisointi, opalisointi, silkki-ilmiö ja luminesenssi.

Kidekemialliset ominaisuudet

Mineraalit jaetaan Danan luokittelun mukaisesti kidekemiallisten ominaisuuksiensa perusteella seuraaviin ryhmiin:

I. Alkuaineryhmä

Alkuaineet ovat aineita, joita ei kemiallisesti voida jakaa yksinkertaisempiin ainesosiin. Maapallolla esiintyy puhtaassa muodossa noin 20 eri alkuainetta, mutta määrät ovat useimmiten hyvin pieniä. Alkuaineiden lisäksi ryhmään kuuluvat lejeeringit eli metalliseokset sekä karbidit, nitridit ja fosfidit.

II. Sulfidiryhmä

Sulfidiryhmän mineraalit koostuvat esimerkiksi rikin (sulfidi) tai arseenin (arsenidi) ja jonkin metallin yhdisteistä. Mineraalit ovat varsin raskaita ja monet niistä ovat tärkeitä malmimineraaleja. Ulkoisten ominaisuuksien perusteella ryhmästä voidaan erottaa kiisut, hohteet ja välkkeet. Ryhmään kuuluvat lisäksi selenidit, telluridit, antimonidit ja vismutidit.

III. Oksidiryhmä

Oksidit koostuvat jonkin metallin ja hapen yhdisteistä. Ryhmään kuuluvat myös hydroksidit, joissa on metallin lisäksi hydroksyyliryhmä (OH⁻). Ryhmän mineraalit muodostuvat usein hapettumalla muista mineraaleista. Tavallisia oksideja ovat muun muassa hematiitti (rautaoksidi), magnetiitti (rautaoksidi), kromiitti (kromioksidi), spinelli (magnesiumalumiinioksidi) sekä korundi.

IV. Halogenidiryhmä

Halogenidit ovat halogeenin (fluori, kloori, bromi, jodi tai astatiini) ja jonkin metallin yhdisteitä. Ryhmän tavallisimpia mineraaleja ovat luonnonsuolat, kuten haliitti eli vuorisuola, sekä fluoriitti.

V. Karbonaattiryhmä

Karbonaatit muodostuvat metallista ja karbonaatti-ionista CO₃²⁻. Karbonaatteja esiintyy runsaasti meren synnyttämissä muodostumissa, joissa kuolleen planktonin kalkkipitoiset kuoret ovat tiivistyneet meren pohjaan. Tavallisimpia karbonaatteja ovat kalsiitti (kalsiumkarbonaatti), aragoniitti (kalsiumkarbonaatti), dolomiitti (magnesium- tai kalsiumkarbonaatti), magnesiitti (magnesiumkarbonaatti) ja sideriitti (rautakarbonaatti). Karbonaattiryhmään kuuluvat myös nitraatit ja boraatit.

VI. Sulfaattiryhmä

Sulfaattiryhmän mineraaleissa on sulfaatti-ioni SO₄²⁻. Ne syntyvät usein suolaisen meriveden haihtumisprosessin yhteydessä. Niitä esiintyy myös hydrotermisissä suonissa ja sulfidien hapettumisen tuloksena. Tavallisimpia sulfaatteja ovat anhydriitti (kalsiumsulfaatti), selestiitti (strontiumsulfaatti), bariitti (bariumsulfaatti) ja kipsi (vesipitoinen kalsiumsulfaatti). Ryhmään kuuluvat lisäksi volframaatit (volframihapon yhdisteet), telluraatit, kromaatit ja molybdaatit.

VII. Fosfaattiryhmä

Fosfaattiryhmän mineraaleissa on yksikkö XO₄³⁻, jossa X voi olla fosfori (yksikkönä fosfaatti), arseeni (arsenaatti), antimoni (antimonaatti) tai vanadiini (vanadaatti). Selvästi tavallisin fosfaatti on apatiitti, jota esiintyy myös hampaissa ja luissa.

VIII. Silikaattiryhmä

Silikaatit ovat maankuoren merkittävin mineraaliryhmä, sillä ne muodostavat yli 90 prosenttia maankuoren aineksesta ja kolmanneksen kaikista mineraaleista. Silikaateissa on enimmäkseen piitä ja happea, mutta ne sisältävät usein muitakin tavallisia maankuoren alkuaineita, kuten kalsiumia, rautaa ja alumiinia. Silikaatin perusrakenneosa on yhden piiatomin ja neljän happiatomin muodostama vahvasidoksinen tetraedri, minkä vuoksi silikaatit ovat usein varsin kovia. Tavallisimpia silikaatteja ovat muun muassa kvartsi, maasälpä, oliviini ja granaatti. Tetraedrien muodostamien rakenteiden perusteella silikaattiryhmä jakautuu edelleen jalo-, soro-, rengas-, ketju-, verkko- ja hohkasilikaatteihin.

IX. Biogeeniset mineraalit

Biomineraalit ovat elävän olennon synnyttämiä mineraaleja. Tällaisia ovat esim. helmien aragoniitti, simpukan kalsiitti ja hampaan kiille, joka on 95 % apatiittia. Fossiilit ovat eloperäisiä jäänteitä menneiltä ajoilta, jotka ovat säilyneet juuri biomineraalien ansiosta. Biomineraaleilla on samat tunnetut fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet kuin mineraaleillakin, mutta ne eivät ole syntyneet geologisissa prosesseissa. Kaikki tunnetut biomineraalit kuitenkin tunnetaan myös litosfääristä.

Käyttötarkoitukset

• kivimineraalit: kivilajeja muodostavat mineraalit
• malmimineraalit: mineraalit, joista on kannattavaa alkaa erotella metalleja
• teollisuusmineraalit: jo sellaisenaan käyttökelpoiset ja hyödynnettävät mineraalit
• jalokivet

Kirjallisuutta

• Schumann, Walter: Kivet ja mineraalit värikuvina. (Steine + Mineralien.) Suomentanut Matti Vaasjoki. Helsingissä: Otava, 2001. ISBN 951-1-10207-9.

Aiheesta muualla

• Geologia.fi: Mikko Turunen, Mitä mineraalit ovat ?
• Geologia.fi: Mikko Turunen, Mineraalien ominaisuudet
• Kai Hytönen: Suomen mineraalit, Geologian tutkimuskeskus, Gummerus Kirjapaino Oy, Jyväskylä 1999, ISBN 951-690-745-8 (pdf)
• Sari Grönholm (toim.), Reijo Alviola, Kari A. Kinnunen, Kari Kojonen, Niilo Kärkkäinen ja Hannu Mäkitie: Retkeilijän kiviopas ,Geologian tutkimuskeskus (pdf)
• Mineralogical Association Commission on New Minerals and Mineral Names
• Mineralogy Database