كاني‌ها

قسمت‌هاي مختلف زمين، از 88 عنصر طبيعي به نسبت‌هاي بسيار متفاوت ساخته شده است. در تركيب پوسته زمين 8 عنصر اكسيژن، سيليسيم، آلومينيوم، آهن، كلسيم، سديم، پتاسيم و منيزيم حدود 5/98 درصد و بقيه عناصر هم حدود 5/1 درصد را تشكيل مي‌دهند.

درصد فراواني عناصر در پوسته‌ي جامد زمين

كاني‌ها
كاني‌ها مواد طبيعي، غيرآلي، متبلور و جامدي هستند كه تركيب شيميايي نسبتا" ثابتي دارند. كاني‌ها از اجتماع اتم‌ها به وجود مي‌آيند. از تجمع كاني‌ها هم سنگ ساخته مي‌شود و آنچه كه در طبيعت مشاهده مي‌كنيم سنگ‌هاي مختلفي هستندكه در شكل زير رابطه بين آنها را مشاهده مي‌كنيد.
فراواني كاني‌ها در همه جا يكسان نيست. بعضي در سطح زمين و بعضي در درون زمين فراوان ترند. علت نيز مربوط به فراواني عناصر در بخش‌هاي مختلف زمين است. چنان كه ديديد در پوسته زمين 8 عنصر فراوان ترند. بنابراين، در حالت كلي تركيبات متفاوت اين 8 عنصر را بايد كاني‌هاي فراوان پوسته زمين به شمار آورد.
فراواني يك كاني به شرايط تشكيل و پايداري آن در محيط نيز وابسته است.
- شما انتظار داريد كاني‌هايي كه محلول در آب هستند در چه مناطقي يافت شوند؟
- چرا شيشه، مرواريد و آب را نمي توان كاني حساب كرد، اما يخ را يك كاني مي‌دانند.

تشكيل كاني‌ها

در طبيعت حدود 3000 نوع كاني پيدا مي‌شود كه از لحاظ تركيب، شكل ظاهري، رنگ، اندازه و ... بسيار متفاوتند. يك علت عمده اين تفاوت، چگونگي تشكيل آنهاست. بعضي از كاني‌ها از انجماد مواد مذاب به وجود مي‌آيند (مانند كاني‌هايي كه در تشكيل سنگ‌هاي آذرين دخالت دارند.) بعضي، از سرد شدن بخارها در سطح يا شكاف‌هاي موجود در سنگ‌ها به وجود مي‌آيند (تشكيل گوگرد در قله كوه آتشفشان دماوند). برخي از كاني‌ها از تبخير محلول‌هايي كه به حد اشباع رسيده اند به وجود مي‌آيند. مثلا" از تبخير شدن آب دريا، نمك و گچ تشكيل مي‌شود. بعضي از كاني‌ها نيز از تخريب كاني‌هاي ديگر به وجود مي‌آيند. مثلا" از تجزيه و تخريب كاني‌هاي سنگ‌هاي آذرين، كاني‌هاي رسي غير محلول و كاني‌هاي كربناتي و حتي سيليس به وجود مي‌آيد. بعضي ديگر هم در نتيجه‌ي وارد آمدن فشار و گرماي زياد بر روي كاني‌هاي ديگر به وجود مي‌آيند مثلا" گرافيت بر اثر گرما و فشار زياد از آنتراسيت به وجود مي‌آيد.

كوارتز، از انجماد ماده مذاب به وجود مي‌آيد

گوگرد، از سرد شدن بخار در شكاف سنگ‌ها به وجود مي‌آيد

ژيپس، از تبخير محلول اشباع به وجود مي‌آيد

ليمونيت ، از تجزيه سنگ‌هاي آهن دار به وجود مي‌آيد

گرافيت، از وارد شدن فشار زياد بر روي زغال سنگ‌ها به وجود مي‌آيد

شناسايي كاني‌ها

براي مطالعه و شناسايي سنگ‌ها لازم است اجزاي سازنده آنها يعني كاني‌ها را بشناسيم. استفاده از بعضي خواص فيزيكي كاني‌ها كه معمولا" نياز به ابزارهاي پيچيده ندارد، شما مي‌توانيد برخي از كاني‌ها را شناسايي كنيد. در اينجا مهمترين خواص فيزيكي كاني‌ها را كه در شناسايي آنها مؤثر است بررسي مي‌كنيم:
1- شكل بلور- تقريبا" همه كاني‌ها به صورت متبلور ديده مي‌شوند. (شكل زير). جسم متبلور، داراي نظم دروني سه بعدي است. يعني در آن، اتم‌هاي سازنده مطابق نظم معيني پهلوي هم قرار مي‌گيرند. در نتيجه بلور داراي سطوح صاف است و به يال‌ها و سطوح خارجي محدود است. اگر ذرات شكر يا سنگ نمك را با ذره بين نگاه كنيد مي‌بينيد كه ذرات داراي شكل هندسي منظم و سطح صاف هستند.

2- اندازه بلور- بلورها در اندازه‌هاي متفاوتي تشكيل مي‌شوند. گاهي بلورها به حدي درشت هستند كه با چشم قابل مشاهده اند. در اين صورت به آنها درشت بلور مي‌گويند. در بعضي موارد بلورها فقط توسط ميكروسكوپ قابل مشاهده هستند كه به آنه ريزبلور گفته مي‌شود و گاهي بلورها به حدي ريز هستند كه فقط با پرتوهاي X قابل تشخيص اند كه در اين صورت به آنها مخفي بلور گويند، مانند كاني‌هاي رسي كه در تشكيل خاك شركت دارند.

اندازه بلورها به شرايط تشكيل آنها بستگي دارد. هر چه براي تشكيل يك بلور زمان بيشتري صرف شده باشد، بلور درشت تر مي‌شود. نكته بسيار مهم و جالب در مورد بلورها آن است كه گرچه شكل و اندازه ظاهري آنها ممكن است متفاوت باشد، اما زواياي بين سطوح مشابه آن در تمام بلورهاي يك كاني معين، يكسان و تغيير ناپذير است. از اين خصوصيت براي شناسايي كاني‌ها استفاده مي‌شود.

در طبيعت گاهي بلورهاي عظيمي پيدا مي‌شود. بعضي از اقسام بريل كه يك كاني قيمتي محسوب مي‌شود وزني تا چندين تن دارند. بلورهاي ژيپس در كشور خودمان به اندازه‌هايي حدود 50 سانتيمتر يافت مي‌شود كه در دنيا بي نظيرند.
امروزه بلورهايي از كانيهاي گوناگون را به طور مصنوعي تهيه مي‌كنند كه از بلورهاي طبيعي زيباترند و ممكن است چندين برابر بلورهاي طبيعي باشند. از اين بلورهاي مصنوعي در جواهرسازي، پزشكي، الكترونيك و ... استفاده مي‌شود. يكي از مهمترين موارد استفاده از بلورهاي مصنوعي استفاده از بلور گارنت در ساختمان ليزرها و يا كوارتز در ساختن ساعت‌هاي دقيق است.

3- سختي
سختي كاني‌ها را مي‌توان به عنوان مقاومت آنها در برابر خراشيده شدن به وسيله ساير اجسام تعريف كرد. سختي كاني‌ها بيشتر به طرز استقرار اتم‌ها در شبكه بلورين و نوع پيوندهاي اتمي در كاني بستگي دارد تا تركيب شيميايي آنها؛ به طور مثال؛ در حالي كه الماس و گرافيت هر دو از كربن خالص ساخته شده اند، اولي سخت ترين جسم و دومي جسم بسيار نرم است. زيرا نيروي پيوندهايي اتم‌هاي كربن را در الماس به يكديگر متصل مي‌كند به مراتب بيشتر از نيروهاي است كه اتم‌هاي كربن را در گرافيت به هم وصل مي‌كند.
براي تعيين سختي كاني‌ها از مقياسي به نام مقياس موهس (Mohs) استفاده مي‌شود (از نام فردريخ موس كاني شناسي آلماني). در اين مقياس نرم ترين كاني سختي يك دارد (تالك) و سخت ترين كاني، داراي وجه سختي 10 است (الماس). هر كاني كه به وسيله كاني ديگر خراش بردارد نسبت به آن نرم تر است. (شكل زير)

براي اطمينان از سختي اندازه گيري شده، بايد درجه سختي را در جهات مختلف آزمايش كنيم. به علاوه، بايد در خراشيدن و تعيين درجه سختي عمل عكس را نيز انجام داد.

4- جلا- توانايي كاني در منعكس ساختن، يا جذب نور را جلا مي‌گويند. هر قدر انعكاس و انكسار نور از سطح كاني و يا سطح شكستگي آن زيادتر باشد، جلاي آن مشخص تر است. يكي از علل گراني الماس جلاي زيباي آن است كه به جلاي الماسي معروف است. جلاي كاني‌ها را مي‌توان به دو گروه فلزي و غيرفلزي تقسيم كرد.
در جلاي فلزي (كه خاص بسيار از كاني‌هاي فلزي است) نور، مانند سطح فلز براق به خوبي منعكس مي‌شود (مانند پيريت Fes2).

در جلاي غير فلزي از اصطلاحات گوناگوني استفاده مي‌كنند. مثلا": در جلاي شيشه‌ي نور به خوبي از كاني عبور مي‌كند (مانند كوارتز و‌هاليت) در جلاي الماسي، نور در داخل الماس بازتابش كلي پيدا مي‌كند و سبب درخشندگي الماس مي‌شود.

گاهي از منظره ظاهري كاني‌ها براي بيان جلاي آنها استفاده مي‌كنند و اصطلاحاتي مانند صمغي، چرب، ابريشمي، خاكي و ... به كار مي‌برند.

5- سطح شكست (رخ)- طلق نسوز (ميكا) به آساني ورقه ورقه مي‌شود(شكل زير). حتي به كمك چاقو مي‌توان هر ورقه را به وقه‌ي نازك تر هم تقسيم كرد.
يك ضربه چكش به بلور كلسيت آن را به صورت متوازي السطوح‌هاي كوچك در مي‌آورد. بلورهاي مكعبي نمك نيز به صورت مكعب‌هاي كوچك تر يعني در سه جهت فضايي شكسته مي‌شوند.
بعضي از بلورها، به هنگام شكسته شدن در امتداد سطح يا سطوح معيني به سادگي از هم جدا مي‌شوند و بعضي ديگر فاقد اين خاصيت اند، يعني داراي سطح شكست ناصاف هستند (كوارتز). اين خاصيت بستگي به نحوه پيوندهاي اتم‌ها در جهات مختلف دارد. هر قدر قدرت پيوند اتمي در امتداد سطوحي ضعيف تر باشد، كاني در آن جهت آسان تر مي‌شكند. فلدسپات‌هاي در دو جهت نمك طعام در سه جهت قائم و كلسيت در سه جهت با زاويه غيرقائمه رخ دارند.

انواع رخ در كاني‌هاي مختلف

6- چگالي نسبي: جرم نسبي كاني‌ها را مي‌توان از تقسيم كردن چگالي يك كاني به چگالي آب به دست آورد. با اين كار تعيين مي‌كنيم كه يك كاني چند بار از جرم آب هم حجم خود سنگين تر است. چگالي نسبي بيشتر كاني‌هاي سيليكاتي كه بخش اعظم پوسته زمين را تشكيل مي‌دهند، حدود 5/2 تا 5/3 است. چگالي نسبي زيادتر، مربوط به كاني‌هايي است كه در تركيب خود عناصر سنگين مانند سرب، باريم و... دارند. با چگالي 5/7 و باريت Baso4 با چگالي 5/4). هر چه كاني‌هايي كه اتم‌هاي سازنده آنها به هم نزديك تر و فشرده تر باشد چگالي نسبي بيشتري خواهند داشت، مانند چگالي نسبي الماس در مقايسه با چگالي نسبي گرافيت.

7- رنگ و رنگ خاكه- مي‌توان كاني‌ها را از روي رنگ آنها نيز تشخيص داد ولي اين امر قاعده‌ي كلي نيست. مثلا" كوارتز به رنگ‌هاي شيري، بنفش، زرد، دودي و حتي بي رنگ ديده مي‌شود. اين رنگ‌ها مربوط به ناخالصي‌هاي موجود در كاني است. اما كاني‌هايي هم وجود دارند كه با رنگ خود به آساني قابل شناسايي هستند مثلا" ياقوت هميشه رنگ قرمزدانه اناري، فيروزه كه بهترين نوع آن در ايران يافت مي‌شود به رنگ آبي فيروزه اي، گرافيت هميشه سياه و مالاكيت هميشه سبز ديده مي‌شوند.
رنگ گرد كاني گاهي در تشخيص كاني‌ها مؤثرتر است. براي اين كار كاني را به چيني بدون لعاب مي‌كشند و از روي رنگ خطي كه بر جاي مي‌گذارد نوع كاني را تشخيص مي‌دهند. چنانچه يك از راه‌هاي شناسايي طلا رنگ خاكه زرد طلايي آن است، ولي پيريت با رنگ و جلايي شبيه به طلا داراي رنگ خاكه سياه است، يا آن كه اثر مانيتيت (Fe3O4) سياه و اثر هماتيت Fe2O3 قهوه‌ي نمايان مي‌شود، در حالي كه ظاهر اين دو كاني معمولا" سياه است.

8- ساير مشخصات- بعضي از كاني‌ها مانند مس و طلا چكش خوارند در صورتي كه گوگرد ترد و شكننده است. بعضي كاني‌ها مانند ميكا (طلق نسوز) در برابر گرما مقاوم اند و بعضي مانند ژيپس، كدر و به پودر سفيد رنگي تبديل مي‌شوند.‌هاليت (NaCl) مزه‌ي شور و سيلويت (KCl) مزه‌ي تلخ دارد. برخي از كاني‌ها خاصيت مغناطيسي دارند مانند مانيتيت و كائولينيت به زبان مي‌چسبد. برخي مانند گرافيت و تالك در لمس با دست حالت چرب دارند (در صورتيكه واقعا" چرب نيستند.)
بعضي از واكنش‌هاي شيميايي مي‌تواند در شناسايي كاني‌ها مفيد باشد مثلا" كلسيت با اسيد- كلريدريك سرد و رقيق و دولوميت با اسيد كلريدريك گرم و غليظ تركيب مي‌شوند و گاز CO2 متصاعد مي‌كنند. رنگ شعله نيز در شناسايي بعضي از كاني‌ها (در واقع عنصري را كه در تركيب دارند) مؤثر است.

سيستم‌هاي بلوري

براي بلورها، 6 شكل يا سيستم اصلي در نظر گرفته مي‌شود كه عناصر تقارن در آنها متفاوتند. هر سيستم داراي يك شكل اصلي مانند مكعب يا منشور شش وجهي و غيره است، اما كمتر ديده مي‌شود كه يك كاني به شكل اصلي سيستم متبلور شده باشد (بلورهاي مكعبي نمك خوراكي، پيريت) بلكه اغلب روي قواعد مشخص رياضي، مشتقاتي از آن 6 سيستم وجود دارد كه بلورها به آن شكل ديده مي‌شوند. نمونه‌هايي از سيستم‌هاي اصلي و بعضي از مشتقات آنها را در شكل‌هاي زير مي‌بينيد.

سنگ ها

سنگ‌‌هاي آذرين

با ذوب شدن بخشي از سنگ‌‌هاي گوشته بالايي و پوسته، تركيبي سيليكاتي كه همراه خود مقداري اكسيدهاي فلزي و مواد فرار و آب دارد به وجود مي‌‌آيد كه به آن ماگما مي‌‌گويند.
ماگما به علت چگالي كمتري كه نسبت به سنگ‌‌هاي اطراف خود دارد و همچين فشار گازهاي همراه خود از درزها و شكاف‌‌هاي پوسته به سمت بالا صعود مي‌‌كند. به هنگام سرد شدن ماگما در داخل پوسته يا روي سطح زمين كاني‌‌هاي گوناگون در دماهاي مختلف متبلور مي‌‌شوند و از مجموعه كاني‌‌هايي كه در كنار هم قرار مي‌‌گيرند، انواع سنگ‌‌هاي آذرين به وجود مي‌‌آيند.
سنگ‌‌هاي آذرين به علت همراه داشتن اغلب فلزات مورد نياز انسان و جواهرات نسبت به سنگ‌‌هاي ديگر اهميت بيشتري دارد. اين سنگ‌‌ها به دليل زيبايي و مقاومت زياد و دوام طولانيشان از ديرباز به عنوان سنگ ساختماني و سنگ تزييني به كار گرفته مي‌‌شده‌‌اند.

سنگ هاي رسوبي

فرآيندهاي بيروني تغييردهنده سطح زمين (آب، يخ، باد، نيروي گرانش) به طور دائم سطح زمين را تغيير مي‌‌دهند. اين فرآيندها همواره سنگ‌‌‌‌هاي سخت و محكم را خرد كرده و آنها را به صورت ذرات منفصل (ذرات تخريبي) يا مواد محلول به نقاط پست كه همان حوضه‌‌هاي رسوبي باشند منتقل مي‌‌نمايند و در آن محيط‌‌ها به صورت لايه‌‌هاي موازي روي هم مي‌‌نشانند.
با گذشت زمان و در اثر دخالت عواملي چند، رسوبات سست و ناپيوسته اوليه به سنگي سخت و يكپارچه تبديل مي‌‌شوند كه به آنها سنگ‌‌هاي رسوبي اطلاق مي‌‌شود.
سنگ‌‌هاي رسوبي به همراه سنگ‌‌هاي آذرين و دگرگوني بخش جامد و سنگي پوسته زمين را مي‌‌سازند. سنگ‌‌هاي رسوبي گرچه در مقايسه با سنگ‌‌هاي آذرين و دگرگوني بخش كمتري از حجم پوسته را به وجود مي‌‌آورند، ولي به دليل اين كه در سطح زمين تشكيل مي‌‌شوند، قسمت اعظم سطح قاره‌‌ها را مي‌‌پوشانند.
زمين‌‌شناسان با مطالعه سنگ‌‌هاي رسوبي، جزئيات تاريخ گذشته زمين را بازسازي مي‌‌كنند. سنگ‌‌هاي رسوبي محل ذخيره و انتقال آب‌‌هاي زيرزميني هستند و به علت وجود ذخاير زغال سنگ، نفت خام، گاز، آب زيرزميني، نمك و كاني‌‌هاي فلزاتي چون آهن و آلومينيوم اهميت اقتصادي دارند. بعضي از سنگ‌‌هاي رسوبي در ساختمان‌‌سازي، جاده‌‌سازي ، تهيه سيمان و ... كاربرد دارند.

سنگ هاي دگرگوني

به دسته‌‌اي از فرآيندهاي دروني كه طي آن فشار و گرماي زياد سبب تغيير شكل فيزيكي و كاني‌‌شناسي سنگ‌‌ها در محيط جامد مي‌‌شوند فرآيند دگرگوني مي‌‌گويند. اين تغييرات در زير زمين و دور از چشم ما و در مدت زمان بسيار طولاني صورت مي‌‌گيرد، همين امر سبب شده است كه مطالعه اين دسته از سنگ‌‌ها نسبت به مطالعه سنگ‌‌هاي رسوبي و آذرين با مشكلاتي روبه رو باشد. در دما و فشار بالا فرآيندهاي دگرگوني با فرآيند ذوب سنگ‌‌ها و در دما و فشار كم با فرآيند هوازدگي و دياژنز در آميخته مي‌‌شود كه مطالعه اين سنگ‌‌ها را با مشكلات عمده‌‌اي مواجه مي‌‌كند.
اغلب سنگ‌‌هاي دگرگون شده به علت گرما و فشاري كه تحمل كرده‌‌اند متراكم‌‌تر ، سخت‌‌تر ، زيباتر و ... مي‌‌شوند كه پس از برش و صيقل دادن به عنوان سنگ تزييني در روكار يا داخل ساختمان‌‌ها به كار مي‌‌روند.
فرآيند دگرگوني سبب ايجاد منابع طبيعي با ارزشي شده كه انسان از زمان‌‌هاي گذشته تا حال از آنها استفاده مي‌‌كرده است.

طبقه بندي سنگ‌هاي آذرين

جدول طبقه بندي ذرات رسوبي، براي سنگ‌هاي رسوبي آواري