طبقه بندی کانی ها چیست و بر چه اساسی صورت می گیرد؟

طبقه بندی کانی ها (Classification of minerals)  سیستمی است که به دانشمندان و زمین شناسان اجازه می دهد راحتتر کانی ها را مورد مطالعه قرار دهند. یک کانی خاص که از ترکیب خاصی از عناصر تشکیل می شود. این عناصر بستگی به شرایط فیزیکی و شیمیایی دارد، که مواد تحت آن شکل می گیرند.

این امر منجر به طیف گسترده ای از رنگ ها، سختی، اشکال کریستالی، درخشندگی و تراکم در یک ماده معدنی خاص می شود. زمین شناسان از این خواص برای طبقه بندی مواد معدنی استفاده می کنند.

کانی ها سنگ نیستند، بلکه در واقع اجزای تشکیل دهنده سنگ ها هستند. این مواد معدنی از نظر رنگ و شکل متفاوت هستند، اما هر کانی دارای ترکیب شیمیایی کاملا متمایزی است. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد طبقه بندی کانی ها در ادامه مقاله با ما در نشریه جهان شیمی فیزیک همراه باشید.

طبقه بندی کانی ها چیست

زمین شناسان ابتدا کانی ها یا مواد معدنی را بر اساس ترکیب شیمیایی اولیه آنها مانند آهن یا مس طبقه بندی می کردند. در اواسط قرن نوزدهم  زمین شناس، کانی شناس و جانورشناس آمریکایی جیمز دوایت دانا یک سیستم طبقه بندی ایجاد کرد که کانی ها یا مواد معدنی را ابتدا از نظر شیمی و دوم از نظر ساختار اتمی یا تقارن آرایش اتمی مرتب کرد. این سیستم را Dana’s System of Mineralogy می نامند.

سیستم طبقه بندی دانا در اصل ۹ کلاس معدنی اصلی را فهرست کرده بود. با گذشت سال ها، با افزایش درک دانشمندان از کانی ها، سیستم طبقه بندی کانی ها بسیار رشد کرده است. امروزه ۷۸ کلاس از مواد معدنی شناخته شده وجود دارد. در اینجا ما از اصطلاحات قدیمی طبقه بندی دانا برای سادگی استفاده می کنیم.

اگرچه کانی ها از نظر شکل، رنگ، درخشندگی (نحوه انعکاس نور یک کانی) و سختی متفاوت هستند، اما همه کانی ها در دمای معین جامد هستند. اگر یک ماده در حالت جامد نباشد، یک کانی محسوب نمی شود. در مقیاس موهس، سختی مواد معدنی را از یک تا ۱۰ ارزیابی می کند. الماس سخت ترین ماده معدنی یا کانی است. تالک یک کانی بسیار نرم است که درجه سختی آن ۱ است.

اکثر کانی ها به شکل کریستال در می آیند. ذخایر کانی ها اغلب کوچک هستند، زیرا معمولا انواع مواد معدنی در همان مجاورت برای رشد در یک اتاق رقابت می کنند. ساختار کریستالی یک کانی سختی، شکاف (نحوه شکستن) و رنگ آن را تعیین می کند. شش شکل مختلف کریستالی شامل مکعبی، چهار ضلعی، ارتوهمبیک، شش ضلعی، مونوکلینیک و تری کلینیک است.

کانی چیست

کانی ها توسط فرآیندهای طبیعی زمین شناسی شکل می گیرند. بیشتر مواد معدنی از گدازه مذاب، تبخیر آب دریا یا مایعات داغ در غارها یا شکاف ها ایجاد می شود. مواد معدنی تولید شده در آزمایشگاه مانند سنگهای مصنوعی که برای اهداف تجاری ساخته شده اند، کانی های واقعی محسوب نمی شوند.

یک کانی یا ماده معدنی با ترکیب شیمیایی خاص مشخص می شود. از طرف دیگر یک سنگ ترکیب شیمیایی خاصی ندارد، زیرا ترکیبی از انواع مواد معدنی است. کانی ها بر اساس گروه آنیونی آن ها طبقه بندی می شوند. گروه های کانی شامل عناصر بومی ( Native Elements)، سولفیدها (Sulfides)، سولفات ها(Sulfates)، اکسیدها (Oxides)، هالیدها (Halides)، کربنات ها ( Carbonates)، سیلیکات ها (Silicates)، فسفات ها ( Phosphates) و کانی های معدنی (Mineraloids) هستند. سیلیس در پوسته زمین فراوان است، بنابراین سیلیکات ها رایج ترین کانی های موجود در زمین هستند.

حقایق جالب در مورد کانی ها

کانی یا مواد معدنی بخش ضروری زندگی ما هستند. تقریبا همه چیزهایی که استفاده می کنیم از مواد معدنی تشکیل شده است. خودروها، اتوبوس ها، قطارها و هواپیماها از مواد معدنی مختلف تولید می شوند.حتی غذایی که می خوریم حاوی مواد معدنی است.

در تمام مراحل رشد، بشر از کانی های موجود در معادن برای امرار معاش، جواهرات، جشن ها، مناسک مذهبی و تشریفاتی خود استفاده کرده است.

زمین شناسان کانی ها را بر اساس ترکیب شیمیایی و ساختار بلوری طبقه بندی می کنند. برخی از این کانی ها تنها از یک عنصر و برخی دیگر از دو یا چند عنصر تشکیل شده اند.

طبقه بندی کانی ها بر اساس خواص فیزیکی

کانی یا مواد معدنی ترکیبات اصلی تشکیل سنگ ها هستند. به عنوان مثال، گرانیت نوعی سنگ است که از مواد معدنی بیوتیت، کوارتز و فلدسپات تشکیل شده است. لیتوسفر، لایه بیرونی زمین که به شکل جامد است از سنگ ساخته شده است. سنگ ها از گذشته های دور توسط انسان مورد استفاده قرار گرفته است.

کانی ها نقش مهمی در تمدن بشر داشته اند. مواد معدنی در یک سنگ با پیوندهای شیمیایی به هم متصل می شوند. انواع و مقادیر مختلف مواد معدنی در هر سنگ بستگی به نحوه تشکیل آن دارد.

بسیاری از سنگ ها دارای کانی سیلیس (ترکیبی از اکسیژن و سیلیکون) هستند که بخش بزرگی از پوسته زمین را تشکیل می دهند. سیلیس معمولا با سایر ترکیبات موجود در سنگ واکنش داده و کریستال ایجاد می کند. میزان سیلیس موجود در سنگ ها عامل مهمی در تعیین نام و ویژگی های آن ها است.

زمین شناسان سنگ ها را بر اساس خواص زیر طبقه بندی می کنند:

• نفوذ پذیری
• ترکیب شیمیایی
• کانی شناسی
• بافت شانسی
• ذرات موجود در آنها
• اندازه ذرات

این ویژگی های فیزیکی ناشی از فرایندهایی است که سنگ ها را ایجاد کرده اند. با گذشت زمان، سنگ ها می توانند از شکلی به شکل دیگر تغییر کنند. این تغییر منجر به ۳ گروه اصلی سنگ ها می شود که عبارتند از:

• سنگ های رسوبی
• سنگهای دگرگونی
• سنگهای آذرین

این سه گروه به کلاس های زیادی تقسیم می شوند. هیچ مرز مشخصی بین سنگ ها وجود ندارد که از نظر ماهیت، مشابه باشند. ویژگی های متمایز یک نوع سنگ را می توان به طور سیستماتیک و مستقیم در نوع دیگر جستجو کرد.

سنگ های رسوبی چیست؟

سنگ های رسوبی در سطح زمین از پذیرش و سمانتاسیون قطعاتی از سنگ های موجود، کانی ها و مواد آلی بوجود می آیند. این سنگ ها همچنین در دریاها از رسوب موجودات و مواد شیمیایی به وجود می آیند.

قبل از رسوب گذاری، رسوبات ناشی از هوازدگی و فرسایش ترکیبات موجود در این سنگ ها را بوجود می آورد. پس از آن، عوامل دیگر شامل آب، یخ، باد، یخچال ها و حرکت های توده ای آنها را به محل رسوب منتقل می کنند.

سنگ های رسوبی حدود ۷.۹ درصد از پوسته زمین را تشکیل می دهند. شیل ها ۸۲ درصد از این مقدار را تشکیل می دهند، در حالی که سنگ آهک ۶ درصد را تشکیل می دهد. سنگ های رسوبی معمولا فسیل دارند. این سنگ ها تحت نیروی جاذبه ایجاد می شوند و معمولا در لایه ها یا لایه های افقی قرار می گیرند و به نام سنگ های طبقه ای شناخته می شوند.

صخره های دگرگونی چیست؟

سنگ های دگرگونی هنگامی به وجود می آیند که سنگ های از پیش موجود در داخل زمین تحت فشار و دمای بالا قرار گیرند. دگرگونی منجر به تغییر بزرگی در ویژگی های فیزیکی و شیمیایی سنگ می شود. سنگ های از پیش موجود ممکن است سنگ های رسوبی، سنگ های دگرگون قدیمی یا سنگ های آذرین باشند.

سنگ پیشین (که به آن پروتولیت گفته می شود) از طریق فرآیند تبلور مجدد به انواع دیگر کانی ها یا اشکال مختلف کانی های اصلی تبدیل می شود. سطوح دما و فشار مورد نیاز برای این فرایند بیشتر از سطوح روی سطح زمین است. سنگ های دگرگونی حدود ۲۷.۴ درصد از حجم پوسته زمین را تشکیل می دهند. ۳ گروه اصلی از این سنگ ها بر اساس فرآیند دگرگونی وجود دارند که عبارتند از:

• فرآیندی دگرگونی که بیشتر به دما بستگی دارد، نوعی دگرگونی تماسی است. هنگامی رخ می دهد که ماگما به سنگ اطراف نفوذ کرده و آن را گرم می کند.
• فرآیند دگرگونی که بیشتر به فشار بستگی دارد تا گرما، نوعی دگرگونی فشاری است. زمانی اتفاق می افتد که رسوبات در زیر سطح زمین بسیار عمیق هستند.
• فرآیند دگرگونی که هم به دما و هم به فشار بستگی دارد، نوعی دگرگونی منطقه ای است. اغلب در مناطق کوهستانی دیده می شود.

سنگ هایی دگرگونی که دارای بافت هستند، سنگ های دگرگونی برگ دار نامیده می شوند. باقی مانده را سنگ های دگرگونی بدون برگ می نامند. شیست ها (Schist) به عنوان سنگ های دگرگونی برگ دار عمدتا دارای کانی های لایه ای مانند میکاها هستند. سنگ های گنیس (Gneiss) دارای نوارهایی با روشنایی متفاوت هستند.

سنگ های آذرین چیست؟

هنگامی که ماگما یا گدازه سرد و جامد می شود، سنگ های آذرین شکل می گیرند. ماگما ممکن است از ذوب جزئی کانی های اصلی در پوسته زمین بوجود آید. معمولا ذوب سنگ ها به دلیل افزایش گرما، کاهش فشار یا تغییر در ترکیب آن ها بوجود می آید.

سنگهای آذرین به دو گروه اصلی طبقه بندی می شوند که عبارتند از:

سنگهای آذرین نفوذی یا پلوتونیک زمانی رخ می دهند که ماگما سرد می شود و در پوسته زمین به تدریج متبلور می شود. گرانیت نمونه ای از این نوع سنگ است.

سنگ های آذرین برون زا یا آتشفشانی زمانی رخ می دهند که ماگما به صورت گدازه یا به صورت قطعه قطعه به سطح زمین می رسد و مواد معدنی مانند بازالت و سنگ پا (Pumice) ایجاد می کند.

سنگ های آذرین حدود ۶۴.۷ درصد از حجم پوسته زمین را تشکیل می دهند که آن را به بزرگترین طبقه کانی ها تبدیل می کند. از این درصد، بازالت ها و گابروها ۶۶ درصد، گرانیت ۱۶ درصد، دیوریت و گرانودیوریت ها ۱۷ درصد، سینیت ها ۰.۶ درصد و پریدوتیت ها ۰.۳ درصد را تشکیل می دهند. پوسته اقیانوسی به خودی خود ۹۹ درصد بازالت دارد. پوسته قاره ها نیز عمدتا توسط گرانیت ها تشکیل می شود.

طبقه بندی کانی ها بر اساس مواد شیمیایی

• کربنات ها
• هالید ها
• کانی های معدنی
• عناصر بومی
• اکسیدها
• فسفات ها
• سیلیکات ها
• سولفات ها
• سولفیدها

سیستم دانا، که توسط پروفسور جیمز دانا در سال ۱۸۴۸ ایجاد شد، معمولا برای طبقه بندی کانی ها استفاده می شود. اگرچه سیستم های گروه بندی دیگری نیز وجود دارد. این سیستم طبقه بندی؛ کانی ها را به  دسته های زیر تقسیم می کند.

کربنات ها

کربنات ها دسته ای از کانی ها هستند که از کربن، اکسیژن به همراه یک عنصر فلزی تشکیل شده اند. کلسیت که بیشتر با نام کربنات کلسیم شناخته می شود، نمونه ای از کانی های  گروه کربنات است.

هالید ها

هالیدها از عناصر هالوژن مانند برم، کلر، فلورین و ید به همراه عناصر فلزی تشکیل شده اند. هالیدها بسیار نرم بوده و در آب بسیار محلول هستند. یک مثال رایج در این دسته، هالیت است که به کلرید سدیم نیز معروف است.

کانی های معدنی

کانی های معدنی آن دسته از مواد معدنی هستند که کاملا در ۸ کلاس دیگر کانی ها قرار نمی گیرند. آنها شامل کهربا، مروارید و عقیق هستند.

عناصر بومی

عناصر بومی طبقه ای از کانی های خالص هستند. عناصر بومی عناصری هستند که به طور طبیعی در حالت خالص وجود دارند. به عنوان مثال، مس یک کانی واحد است.

اکسیدها

اکسیدها هنگامی تشکیل می شوند، که فلزات با اکسیژن ترکیب شوند. این کلاس شامل سنگ های معدن مانند بوکسیت و گوهرهایی مانند یاقوت کبود و یاقوت سرخ هستند.

فسفات ها

فسفات ها زمانی ایجاد می شوند که سایر کانی ها از طریق هوازدگی تجزیه شوند. این کانی ها معمولا روشن هستند و به اندازه سایر کانی های دیگر وجود ندارند.

سیلیکات ها

سیلیکات ها بزرگترین خانواده کانی ها را تشکیل می دهند. آنها از ترکیب فلزات با اکسیژن و سیلیکون بوجود می آیند. تعداد سیلیکات ها در زمین بیشتر از سایر کانی های دیگر است. میکا یک مثال رایج در این دسته از کانی ها است.

سولفات ها

سولفات ها از ترکیبات گوگردی با اکسیژن و فلزات تشکیل می شوند. این کانی ها نیز یک خانواده بزرگ از مواد معدنی هستند که دارای طبیعت نرم و شفاف هستند. باریت نمونه خوبی از این دسته از کانی ها است.

سولفیدها

سولفیدها اغلب از ترکیبات گوگردی همراه با فلز تشکیل شده اند. آنها از نظر طبیعت سنگین و شکننده هستند. پیریت نمونه ای از این دسته از کانی ها است.

این روش طبقه بندی کانی ها به سازماندهی بسیاری از مواد معدنی شناخته شده و همچنین درک تشکیل کانی ها کمک می کند. جای تعجب است که چگونه می توان هزاران ماده معدنی را در این گروه ها طبقه بندی کرد!