أكثر

7: المادة والمعادن - علوم الأرض

7: المادة والمعادن - علوم الأرض


أهداف التعلم

بعد الانتهاء من هذا الفصل ، يجب أن تكون قادرًا على:

  • تعرف على تعريف المعدن.
  • فهم الخصائص الفيزيائية العديدة المختلفة للمعادن ، وكيفية تطبيقها على تحديد المعادن.
  • أن تكون قادرًا على التمييز بين الانقسام المعدني والكسر المعدني.
  • حدد 18 نوعا من المعادن.
  • 7.1: مقدمة
    هل استخدمت معدنًا حتى الآن؟ بينما قد يقول الكثير من الناس لا في البداية ، أجب عن الأسئلة التالية: هل غسلت أسنانك بالفرشاة؟ هل أكلت أي شيء يحتوي على الملح؟ هل وضعت المكياج هذا الصباح ، أم قمت بطلاء أظافر اليدين أو القدمين؟ إذا كنت قد فعلت أيًا من هذه الأشياء ، فقد استخدمت معدنًا واحدًا على الأقل ، وفي كثير من الحالات ، استخدمت عددًا كبيرًا من المعادن. المعادن مفيدة جدًا وشائعة في المنتجات اليومية ، لكن معظم الناس لا يدركون ذلك.
  • 7.2: الخصائص الفيزيائية
    التعرف على المعدن يشبه إلى حد ما لعب دور المحقق. يتم تحديد المعادن من خلال خصائصها الفيزيائية. على سبيل المثال ، انظر إلى الشكل 7.2. كيف تصف ذلك؟ قد تقول إنها لامعة ، وذهبية ، ولها شكل معين. كل من هذه الأوصاف هي في الواقع خاصية مادية (لامع = بريق ، ذهب = لون ، شكل = شكل بلوري). يمكن أن تختلف الخصائص الفيزيائية في نفس المعادن ، لذا يجب توخي الحذر.
  • 7.3: تمرين معملي (الجزء أ)
    تحتوي مجموعة مختبر هول الخاص بك على 18 عينة معدنية مُرقمة ، مقسمة إلى 3 أكياس (مُسمى الكيس المعدني 1 أو 2 أو 3). استخدم هذه التعليمات لاختبارها والتعرف عليها. ستختبر الخصائص المختلفة بعد التعرف عليها ، ثم تعمل على التعريف في نهاية المعمل. تم تصميم مجموعة HOL خصيصًا لهذه الفئة - تأكد من أنك تستخدم المجموعة التي تتطلبها هذه الفئة ، حيث لن تعمل مجموعات الصخور والمعادن الأخرى.
  • 7.4: شكل بلوري
    تشير هذه الخاصية إلى الشكل الهندسي الذي تنمو فيه البلورة بشكل طبيعي ، وهي انعكاس للترتيب الداخلي المنظم للذرات داخل المعدن. إذا كان للمعادن مساحة لتنمو أثناء تطورها ، فسوف تعرض شكلها البلوري. لا تحدث ظروف النمو المثالية هذه دائمًا ، ومع ذلك ، فإن العديد من المعادن لا تعرض شكلها البلوري المثالي بسبب الظروف المزدحمة أثناء النمو.
  • 7.5: انشقاق
    عندما تتكسر المعادن (مثل المطرقة الصخرية ، على سبيل المثال) ، قد ينشطر بعضها ، أو ينكسر ، على طول المستويات المسطحة الملساء المعروفة باسم الانقسام. هذه الأسطح المسطحة موازية لاتجاهات الضعف داخل البلورة. قد لا تكون جميع الروابط بين الذرات داخل المعدن بنفس القوة بحيث أنه عندما ينكسر معدن ما ، فإنه ينكسر على طول مناطق الضعف هذه. ينتج عن هذا طائرات انقسام مسطحة.
  • 7.6: كسر
    عندما لا تنكسر المعادن على طول مستويات الانقسام ، بل تتكسر بشكل غير منتظم ، يقال إنها تتكسر. عادةً ما تكون الأسطح المكسورة إما غير مستوية أو محارية ، وهي عبارة عن سطح منحني ناعم ومضلع يشبه الزجاج المكسور.
  • 7.7: تمرين معملي (الجزء ب)
    أخرج كيس المعادن 2 وضع العينات المعدنية الست على ورقة بيضاء. سنقوم أولاً بفحص الانقسام والكسر ، جنبًا إلى جنب مع الصلابة ، من هذه العينات الست ، وسنجيب على المزيد من الأسئلة حولها لاحقًا في المختبر. انظر عن كثب إلى كل من المعادن ، باستخدام العدسة اليدوية لرصدها. في هذه الحقيبة ، لديك المعادن التالية (غير مدرجة بالترتيب): Pyroxene و Muscovite Mica و Halite و Amphibole و Calcite و Biotite Mica. هم مرقمون ٧-١٢.
  • 7.8: بريق
    يشير اللمعان إلى ظهور انعكاس الضوء من سطح المعدن. يتم تقسيمها عمومًا إلى نوعين رئيسيين: معدني وغير معدني. المعادن ذات البريق المعدني لها لون المعدن ، مثل الفضة أو الذهب أو النحاس أو النحاس الأصفر. في حين أن المعادن ذات البريق المعدني غالبًا ما تكون لامعة ، فليست كل المعادن اللامعة معدنية. تأكد من البحث عن لون المعدن ، وليس مجرد لمعان.
  • 7.9: خط
    الخط هو خاصية مادية يمكن اكتشافها بسهولة. يشير إلى اللون الذي يترك على قطعة من الخزف غير المطلي عندما يتم فرك المعدن على طول سطحه. يتم تضمين لوحة خط في مجموعة الصخور والمعادن الخاصة بك لاختبار هذه الخاصية. غالبًا ما يكون للمعادن خط بلون مختلف عن لون المعدن (على سبيل المثال ، يحتوي البيريت على خط رمادي غامق).
  • 7.10: الخصائص الفيزيائية الخاصة
    العديد من المعادن لها خصائص فريدة تساعد في التعرف عليها. تشير المثابرة إلى الطريقة التي يقاوم بها المعدن الكسر. إذا تحطم أحد المعادن مثل الزجاج ، فيُقال إنه هش (مثل الكوارتز) ، في حين أن المعادن التي يمكن مطروقها قابلة للطرق. قد تكون المعادن مرنة ، حيث تكون مرنة وتنثني مثل المشط البلاستيكي ، لكنها تعود إلى شكلها الأصلي. المعادن القطاعية ناعمة مثل الشمع ويمكن فصلها بسكين (مثل الجبس).
  • 7.11: تمرين معملي (الجزء ج)
    أخرج كيس المعادن 3 وضع العينات المعدنية الست على ورقة بيضاء. يجب أن يظهر مثل الشكل 7.21. سنقوم أولاً بفحص العديد من الخصائص ، بما في ذلك الخط ، من هذه العينات الست ، وسنجيب على المزيد من الأسئلة حولها لاحقًا في المختبر. في هذه الحقيبة ، لديك المعادن التالية (غير مدرجة بالترتيب): المغنتيت والجرافيت والنحاس والكبريت والهيماتيت والبيريت. هم مرقمون 13-18.
  • 7.12: ردود الطلاب
    فيما يلي ملخص للأسئلة في هذا المختبر لتسهيل إرسال الإجابات عبر الإنترنت.

الصورة المصغرة: https://www.pexels.com/photo/mining-...ntain-2892618/


    أتخيل أن هناك طلابًا في الفصل لم يدرسوا الكيمياء في المدرسة الثانوية أو لم ينقلوها من كلية أخرى. ستكون هناك حاجة إلى بعض المعرفة الأساسية بالكيمياء ويجب أن تزودك المحاضرات والنصوص بخلفية كافية. لا داعي للذعر إذا كانت هذه مادة جديدة. اقرأ النصوص واقرأ هذا الملخص واطرح الأسئلة! عادةً لن تكون هذه الملخصات "نصًا" بقدر ما يحتويه هذا الملخص. هذا لأن التجربة السابقة تشير إلى أن هناك حاجة إلى مواد إضافية في هذا القسم لجعل الجميع يصلون إلى نفس المستوى من الفهم. يتمثل أحد الأهداف في جعلك على دراية ببعض المواد الأرضية المهمة ، حيث تحظى بلورات الجمشت الموضحة أعلاه بتقدير كبير لجودتها الجمالية.

    سأقدم في كل فصل مجموعة مختارة من موارد الإنترنت التي تتعلق مباشرة بمحتويات كل فصل.

"لا يمكن تحديد المعادن بشكل مطلق إلا عن طريق تحليل الأشعة السينية والاختبارات الكيميائية. ويحدد تحليل الأشعة السينية بنية المعدن وتحدد الاختبارات الكيميائية تكوين المعدن. الهيكل والتركيب هما علامتان محددتان للمعدن. لسوء الحظ بالنسبة للمجمع العادي ، تتطلب هذه الاختبارات معدات باهظة الثمن ومعرفة متخصصة وغالبًا ما تدمر العينة. ولحسن الحظ ، يؤثر كل من التركيب والتركيب على خصائص فيزيائية معينة. ومن خلال الاستخدام الصحيح لهذه الخصائص يمكن التعرف على المعادن بشكل موثوق ".

هذا المورد هو واحد من عدد من المحاضرات من فصل دراسي واحد يتم تدريسه في جامعة ويسكونسن. قد ترغب في قضاء بعض الوقت في النظر إلى تنسيق ومتطلبات الدورة التدريبية. هل أنت مستعد لأخذ دورة يتم تقديمها عبر الإنترنت فقط؟

"ترميز ألوان WebElements العناصر وفقًا لكتلة الجدول الدوري داخل كل منها. لسوء الحظ ، لا تستطيع بعض برامج المستعرضات عرض الألوان."


7: المادة والمعادن - علوم الأرض

منقحة 10/17 (Monroe 6th ed.)

المعادن - الفصل 3

مشتمل.

انقر هنا للحصول على الرسوم البيانية للمعادن والصخور على الإنترنت

مقدمة

استعد الكوكب مبكرًا - كرة كبيرة من الأشياء الساخنة جدًا

مبردة على السطح حيث تتعرض للفضاء

جوامد بلورية مشكلة تتكون من معادن

المعادن هي مجموعات من العناصر

وهي مصنوعة من أشياء أصغر

ملخص للواقع المادي

المادة: أي شيء له كتلة ويحتل حيزًا

التركيب الذري: البروتونات والنيوترونات والإلكترونات وما إلى ذلك.

الذرات صغيرة جدًا

نصف رطل من الرصاص يحتوي على 10 24 ذرة

ملح: 4.5 × 10 19 ذرة لكل حبة

وجميعهم مكعبات صغيرة.

تحتوي النواة على 99.9٪ من الكتلة ولكن حجمها 1 × 10-9 (واحد على المليار)

ابدأ بـ 1،600،000 رطل من الفولاذ

أزل كل المساحة = حبة الأرز

تبدو مألوفة؟ (النظام الشمسي)

الكتلة والحجم والكثافة: وصف ومناقشة العلاقات المتبادلة

أساسي جدًا ، لكنه مهم جدًا

انتبه!

العناصر: ناقش الجدول الدوري (على الحائط) (مونرو شكل 3-4 ، ص 74)

8 فقط يشكلون 98.5٪ من الأرض (مونرو شكل 3-11 ، ص 80)

DIGRESS TO: الأكسجين (47/94) والسيليكون (28 / هل يهم؟)

في المتوسط ​​، 75٪ من وزن كل شيء هو هذين العنصرين!

وبحجم؟ أكبر من 95٪ كحد أدنى

الترابط: التركيبة الكيميائية للعناصر

أربعة أنواع عامة من الترابط

كلها تتعلق بكيفية ارتباط النوى المختلفة بإلكتروناتها

الترابط الأيوني: إلكترونات التبادل ، الجذب الإيجابي / السلبي

الكاتيون (شحنة موجبة) وأنيون (شحنة سالبة) (مونرو شكل 3-6 ، ص 76)

مثال ملح ممتاز

الترابط المشترك التكافؤ: مشاركة الإلكترونات - الأقوى

الجرافيت والماس (مونرو شكل 3-7 ، ص 76)

الترابط المعدني: الإلكترونات الزائدة - تعبئة كثيفة للغاية

يؤدي مباشرة إلى التوصيل الكهربائي للمعادن

الرابطة الهيدروجينية: توجد في الماء

على غرار الترابط المشترك

يفتقر الأكسجين إلى إلكترونين لملء الغلاف الخارجي

الهيدروجين سهل ويسعد مشاركته

لكنهم يشكلون جزيءًا متدرجًا

ارتباط مهم للغاية - ينتج عنه ثنائي قطبية جزيء الماء

المزيد عن هذا خلال G-102

التبلور: تغير الطور السائل إلى الصلب

يعتمد تغيير المرحلة على:

درجة الحرارة - لقد عرفنا ذلك بالفعل

الضغط - مهم جدًا في توليد الصهارة

قوة السند

المعادن: تتكون من عناصر في تركيبات محددة

الصخور: تتكون من معادن في تركيبات محددة

لتلخيص المادة الصلبة:

Earth - & gt rocks - & gt Minerals - & gt Elements - & gt atoms - & gt p / n / e - & gt subatomicicles - & gt who know what

سطح الأرض

المادة (العناصر) لا يمكن إتلافها (أو إنشائها)

على مدى 4 مليارات سنة منذ تبلور أول قشرة أولية

تعاقب مستمر ومتغير للمعادن

تشكلت عن طريق التبلور من الصهارة

دمرته هجوم فيزيائي وكيميائي على السطح أو بالقرب منه

إعادة تشكيل معادن جديدة ، إتلافها ، إعادة تشكيلها ، إتلافها ، إعادة تشكيلها

الاستجابة للظروف المتغيرة

حاول الحفاظ على التوازن

يشكل تعاقب المعادن هذا أفضل ارتباط لنا (وفقط) بماضي الأرض

من السهل إثارة الإثارة بشأن العينات المعدنية الكبيرة

يمكن أن يكون مبهرجًا جدًا (ومكلفًا!)

تأتي المعادن عادة بأحجام أصغر وأقل إثارة

تشكل الصخور التي نعيش عليها

تشكل أساس حضارتنا - القديمة والحديثة

الأسلحة والأدوات ووسائل الراحة والزينة

DIGRESS TO: تسمية شيء لا يعتمد على المعادن

لم يتم فهم المعادن بشكل جيد خلال معظم التاريخ الغربي الكلاسيكي

الثقافة الأوروبية مرة أخرى تثبط الفكر العلمي

لطالما كانت & quot؛ سوق & quot؛ أسود & quot؛ لمعرفة المعادن وخصائصها

& الاقتباس بحاجة إلى معرفة & quot الأساس

أيضًا ، كان التعدين مهنة أساسية ، وكان عمال المناجم مواطنين من الطبقة الدنيا

تحت نير الجهل والتحيز المزدوج - تقدم ضئيل في المعرفة المعدنية

على الأقل في أوروبا - ربما كان الشرقيون أكثر تقدمًا ، كالعادة

ديموقريطس: 400 قبل الميلاد

الذرات المفترضة & أمبير ؛ أعطتهم هذا الاسم

كانت جميعها متشابهة وأبدية (لا يمكن إنشاؤها أو تدميرها؟)

جميع المواد الموجودة على الأرض تتكون من نار أو ماء أو هواء أو "أرض"

تتكون السماء من "جوهر"

ألبرتوس ماغنوس - القرن الثالث عشر

& quotNatural History & quot - 5 كتب مخصصة للمعادن!

كان العمل الموثوق به في ذلك الوقت

أحجار موصوفة ومحددة ذات قيمة

الجمشت - من أميثستوس (اليونانية لـ & quotnot drunken & quot)

أعطى آخرون لمن يرتديها قوى خارقة ، مناعة

& quotDraconites & quot - من رأس تنين

جورجيوس أجريكولا (1546) - طبيب ألماني

& quotDe Re Metallica & quot - بداية الدراسات المعدنية الحديثة

الأوصاف الدقيقة للتعدين والمعادن

ملاحظات واقعية

المفهوم المركزي الحالي لعلم المعادن:

الشكل الخارجي والخصائص الفيزيائية والسلوك الكيميائي هي نتيجة شيئين:

التركيب الكيميائي

الهيكل الداخلي

المعادن

صلب

مادة طبيعية - ليست من صنع الإنسان

غير عضوي - وليس فحم

عنصر أو مركب كيميائي بنسب وصيغ محددة

كلوريد الصوديوم هو دائما ملح

الكيمياء والهيكل الداخلي مهمان للغاية

تسمح لنا الملاحظات وقياسات أمبير هذه وصف وتصنيف المعادن المختلفة

المواد الصلبة البلورية

من السهل رؤيتها في العينات الكبيرة - أصعب بكثير عندما تكون صغيرة أو غير موجودة

تم تحديد بعض المعادن الكبيرة حقًا

منجم إيتا - داكوتا الجنوبية

Spodumene & quotlogs & quot أكثر من 10 أقدام طويلة

البرازيل: بلورات الكوارتز بعدة مئات من الجنيهات

النرويج: 7 'X 12' X 30 '

Ural Mtns: تم فتح مقلع في بلورة واحدة (30 'X 30' X؟)

تجربتي في منطقة بالا

ستيوارت ليثيا دايك: 40 قدمًا من الكريستال البيرثي

الملكة البيضاء: كريستال كوارتز كدعم للسقف

ملكة التورمالين: تجربتي في التعدين

تشكل البلورة الخارجية انعكاسًا للنظام الداخلي

DIGRESS TO: النظام الداخلي والخارجي

& quotunit cell & quot هي أصغر تقسيم فرعي للمعدن

اللبنات المجهرية للأرض

مثال: Halite

خلية الوحدة: 4 ذرات من كل منها

في حبة الحجم المستخدم في الجدول هناك 5.6 × 10 18 خلية وحدة!

ستة أنظمة بلورية ممكنة ممكنة (Monroe fig.3-8 pg.78)

مع العديد من الاختلافات بسبب التداخل والشوائب

الكوارتز: نظام سداسي (مونرو شكل 3-9 ، ص 78)

الهاليت: نظام مكعب

لا يظهر الشكل الخارجي إلا إذا سُمح للمعادن بالتبلور في الفضاء المفتوح

يوهيدرال: شكل بلوري خارجي مثالي (مونرو شكل 3-1 ، ص 72)

تحت السطح: شكل خارجي

أنهيدرال: لا يوجد شكل بلوري خارجي مرئي

تذكر: داخليًا ، يوجد دائمًا ويساعد في تحديد ماهية المعدن

الخواص الكيميائية للمعادن

مما يصنعون - على المستوى الأولي

صيغ كيميائية محددة

الهاليت (ملح الطعام العادي): كلوريد الصوديوم

يتكون من الصوديوم (مادة صلبة تفاعلية) وكلور أمبير (غاز سام)

إذا لم يكن كلوريد الصوديوم ، فهو ليس هالتيت

فئات المعادن

هناك 92 عنصرًا طبيعيًا

8 عناصر فقط تمثل 98٪ من القشرة (مونرو الشكل 3-11 ، ص 80)

من الواضح أن هؤلاء الثمانية يشكلون معظم المعادن التي نراها

هناك أكثر من 4000 معدن تم تحديده حتى الآن

DIGRESS إلى: المقطورات والمقسمات

لحسن الحظ ، فقط بضع عشرات من الصخور تشكل الغالبية العظمى من الصخور

قام عالم المعادن بتصنيفها إلى مجموعات

تعتمد معظم مجموعات المعادن على العناصر المشتركة الموجودة في المعدن (جدول مونرو 3-1 ، ص 81)

الغالبية العظمى من القشرة عبارة عن صخور نارية

معظم المعادن المهمة المكونة للصخور النارية هي السيليكات

السيليكات هي أكثر فئات المعادن شيوعًا في الصخور النارية (95٪)

وربما في الوشاح أيضًا

ناقش SiO4 رباعي الوجوه (مونرو شكل 3-13 ، ص 82)

اللبنة الأساسية للقشرة

يشكل الأكسجين 46.6٪ من القشرة بالوزن

وما يقرب من 94٪ من حيث الحجم!

القشرة عبارة عن صندوق من الأكسجين مرتبط ببعضه البعض بواسطة السيليكا وبعض العناصر الأخرى

عدة انقسامات رئيسية داخل السيليكات

استنادًا إلى كيفية ترتيب الشبكة الرباعية السطوح (مونرو شكل 3-13 ، ص 82)

المعادن الحديدية والمغناطيسية وغير الحديدية (مونرو الشكل 3-14 ، ص 83)

DIGRESS TO: Mafic مقابل felsic

مهم جدا - انتبه لهذا!

المغناطيسية الحديدية (مونرو الشكل 3-14 ، ص 83)

مافيك: أوليفين ، بيروكسين ، أمفيبول ، بيوتايت ميكا

أيضا بعض الفلسبار بلاجيوجلاز

غير مغنيسيوم الحديد (مونرو الشكل 3-14 ، ص 83)

الفلسك: الكوارتز ، الفلسبار الأورثوكلاز ، الميكا المسكوفيت

أيضا بعض الفلسبار بلاجيوجلاز

الكوارتز والفلسبار - الكثير والكثير في القشرة

راجع أهمية الأكسجين والسيليكون

الفلدسبار يشكل تقريبا. 60٪ من القشرة

اعرفهم او مت!

Orthoclase مقابل بلاجيوجلاز

أكاسيد - ها هو الأكسجين مرة أخرى

كبريتيدات (مونرو شكل 3-15 ، ص 84)

معدن ممزوج بالكبريت

البيريت هو الكبريتيد الأكثر شيوعًا (FeS2)

يشمل العديد من المعادن الخام الرئيسية

مهم جدا للجيش / الصناعة / الاقتصاد

ليست كلها متوفرة محليًا بكميات كافية

العناصر الأصلية: الذهب والفضة

الهاليدات: الهاليت ، الفلوريت (مونرو شكل 3-15 ، ص 84)

الكبريتات: الجبس والأنهيدريت (مونرو شكل 3-15 ، ص 84)

الزرنيخيدات

تيلوريدس

سنركز على المعادن الرئيسية المكونة للصخور (السيليكات)

تحديد المعادن

انقر هنا للحصول على الرسوم البيانية للمعادن والصخور على الإنترنت

يصعب على الإنسان العادي التعامل مع الكيمياء والهيكل الداخلي

والشكل الخارجي نادر جدا

تحتاج إلى الاعتماد على ملاحظات أخرى

الخصائص الفيزيائية للمعادن

القرار الرئيسي الأول في معظم مخططات الهوية المعدنية

كمية ونوعية الضوء المنعكس من السطح

يمكن أن يكون صعب الاستخدام

العديد من المعادن لها مجموعة من اللمعان

اللون: واضح ولكن ليس نهائيًا دائمًا

الكبريت أصفر (تقريبًا) دائمًا ، وهناك عدد قليل من الآخرين

ولكن ليس الكثير

يمكن أن تؤدي الكميات الصغيرة من الشوائب إلى تغيير لون المعدن بشكل جذري

خط: يمكن أن يكون نهائيًا (مثل الهيماتيت)

صلابة (مونرو الجدول 3-2 ، ص 89)

يمكن أن تختلف بسبب الشوائب ولكنها عادة ما تكون نهائية

نمط الكسر: مهم جدًا ، ولكن غالبًا ما يصعب تحديده (آسف)

الكسر مقابل الانقسام

سطح غير منتظم مقابل سطح المرآة

يتم التحكم فيها عن طريق النظام البلوري الداخلي

كسر غير مستوي - لا يوجد وميض مرآة

معظمها غير منتظم ولكن بعض الحالات الخاصة

مثال: كسر محاري (كوارتز وزجاج)

انشقاق (مونرو تين. 3-17 / 18 ، ص 88)

قدرة المعدن على الانقسام على مسافات قريبة من الطائرات المتوازية

عادةً ما تكون موازية للطائرات البلورية (إن وجدت)

يمكن أن تحتوي على 1 أو 2 أو 3 أو 4 أو 6 مستويات من الانقسام

يمكن أن تكون محجوبة ولكنها نهائية عند وجودها

مثالي ، جيد في اتجاهين ، ضعيف ، إلخ.

يمكن أيضًا أن يكون من الصعب تمييزه عن الشكل البلوري الخارجي

عار لكسر & quotcrystal & quot عند التحقق من وجود انشقاق

يُعرَّف بأنه & quot وزن حجم معين من المعدن مقسومًا على وزن حجم متساوٍ من الماء (عند 4 درجة مئوية) & quot

نظرًا لأن الماء دائمًا 1.0 ، فهو نفس عدد الكثافة

يمكن أن تختلف بسبب الشوائب ولكنها عادة ما تكون نهائية

الفوران: اختبار أز

تتفاعل الكربونات في حمض الهيدروكلوريك المخفف

قد يحتاج البعض إلى المسحوق قبل حدوث التفاعل

تحتاج إلى زيادة مساحة السطح


في السنوات الأخيرة ، ازداد البحث عن المعادن البحرية واستكشافها بشكل كبير بسبب الحاجة إلى المعادن النادرة والحاسمة في ما يسمى بالاقتصاد الأخضر الجديد عالي التقنية ، بما في ذلك السيارات الهجينة أو الهواتف المحمولة أو أجهزة الكمبيوتر المحمولة أو الطاقة المتجددة. تغطي المحيطات أكثر من 70٪ من الكوكب ، وتمثل جبهة جديدة واعدة للبحث عن المعادن واستكشافها. يتطلب استكشاف المعادن الموجودة تحت سطح البحر وتحديد خصائص رواسب الخام استخدام أحدث التقنيات في مجال الجيولوجيا البحرية.

يدعو هذا العدد الخاص المساهمات التي تتناول البحث عن المعادن المغمورة ، بما في ذلك رسم خرائط قاع البحر وتقنيات الاستكشاف الأخرى في بيئات تكتونية متميزة مثل التلال وسط المحيط والجبال البحرية والسهول السحيقة والحواف المتقاربة والبراكين المغمورة. نرحب بالمساهمات التي تصف تقنيات استكشاف قاع البحر وتحت قاع البحر لتوصيف الرواسب المعدنية في جميع أنحاء العالم. نحن ندعو المساهمات في التقنيات عالية الدقة والجديدة لاستكشاف وتمييز علم المعادن والكيمياء الجيولوجية للمعادن الإستراتيجية والحرجة مثل العناصر الأرضية النادرة ، Co ، Te ، Nb ، Cu ، Mn و Pt المركزة على رواسب المعادن البحرية. تشمل تقنيات الجيولوجيا البحرية مجموعة واسعة من المنهجيات ، مثل قياس الأعماق متعدد الحزم ، والمركبات التي تعمل عن بعد (ROVs) ، والمركبات ذاتية القيادة تحت الماء (AUVs) ، وأجهزة قياس المغناطيسية ، وغيرها. تتيح لنا هذه التقنيات المستخدمة في الجيولوجيا البحرية أيضًا توصيف المعلمات الفيزيائية والكيميائية للتكوين المعدني الجديد في قاع البحر. لذلك نرحب بأي مساهمة في استكشاف جوانب معادن المياه الضحلة وأعماق البحار في البرامج الوطنية أو الدولية الجديدة ، مثل السلطة الدولية لقاع البحار (ISA).

نرحب أيضًا بالمساهمات في النماذج الجينية / التطورية للرواسب المعدنية ذات الصلة بالعوامل الباليو-أوقيانوغرافية و / أو العوامل التكتونية. تؤثر العوامل الأوقيانوغرافية ، مثل التيارات القاعية الكفافية العالمية أو التيارات السفلية الصاعدة ، بشكل كبير على تكوين العقيدات المتعددة الفلزات وقشور المنغنيز الحديدي والفوسفوريت في البيئات المغمورة مثل السهول السحيقة أو الجبال البحرية أو الحواف القارية. كما أن فتح البوابات بين المحيطات ، مثل التيثيس ، له تأثير كبير على تكوين رواسب معدنية مهمة تحت الماء.

علاوة على ذلك ، يعد الإعداد التكتوني نقطة رئيسية أخرى لتوصيف تكوين معادن غواصة جديدة. تعتبر حواف منتصف المحيط وتلال القوس الخلفي التي تحتوي على مناطق ذات نشاط حراري مائي والمدخنين السود مواقع مهمة جدًا لتكوين مجموعة كبيرة ومتنوعة من المعادن. تعتبر الهوامش المتقاربة مهمة أيضًا بسبب توليد التسربات الباردة عن طريق هجرة السوائل من قاع البحر العميق إلى قاع البحر. في هذا الإعداد ، يلعب النشاط الميكروبي النشط المرتبط بالهيدروكربونات دورًا مهمًا في تكوين الرواسب المعدنية مثل الكربونات أو البيريت ، وكذلك تكوين الهيدرات. وبهذه الطريقة ، يعد دور الكائنات الحية الدقيقة في تكوين المعادن البحرية (الجديدة) من النقاط الرئيسية في هذا العدد الخاص.

تم إنشاء جلسة خاصة حول & ldquoCritical Raw Materials Based on Marine Minerals: New Frontiers and Challenges & rdquo في مؤتمر Goldschmidt 2019. سيتم أيضًا تضمين المقالات المقدمة في هذه الدورة في العدد الخاص.

نحن نتطلع الى الاستماع منك.

الدكتور لويس سوموزا
د. فرانسيسكو ج. جونز و aacutelez
المحررين الضيوف

معلومات تقديم المخطوطات

يجب تقديم المخطوطات عبر الإنترنت على www.mdpi.com من خلال التسجيل وتسجيل الدخول إلى هذا الموقع. بمجرد التسجيل ، انقر هنا للذهاب إلى نموذج التقديم. يمكن تقديم المخطوطات حتى الموعد النهائي. سيتم مراجعة جميع الأوراق من قبل الأقران. سيتم نشر الأوراق المقبولة بشكل مستمر في المجلة (بمجرد قبولها) وسيتم إدراجها معًا على موقع الإصدار الخاص. المقالات البحثية ، مقالات المراجعة بالإضافة إلى الاتصالات القصيرة مدعوة. بالنسبة للأوراق المخططة ، يمكن إرسال عنوان وملخص قصير (حوالي 100 كلمة) إلى مكتب التحرير للإعلان على هذا الموقع.

يجب ألا تكون المخطوطات المقدمة قد نُشرت سابقًا ، أو أن تكون قيد الدراسة للنشر في مكان آخر (باستثناء أوراق وقائع المؤتمرات). يتم تحكيم جميع المخطوطات بدقة من خلال عملية مراجعة أقران أعمى واحدة. يتوفر دليل للمؤلفين ومعلومات أخرى ذات صلة لتقديم المخطوطات في صفحة إرشادات المؤلفين. المعادن هي مجلة شهرية دولية مفتوحة الوصول تخضع لمراجعة الأقران تنشرها MDPI.

يرجى زيارة صفحة تعليمات المؤلفين قبل إرسال المخطوطة. رسوم معالجة المقالة (APC) للنشر في مجلة الوصول المفتوح هذه هي 1800 فرنك سويسري (فرنك سويسري). يجب أن تكون الأوراق المقدمة منسقة بشكل جيد وأن تستخدم اللغة الإنجليزية بشكل جيد. يمكن للمؤلفين استخدام خدمة تحرير اللغة الإنجليزية الخاصة بـ MDPI قبل النشر أو أثناء مراجعات المؤلف.


7: المادة والمعادن - علوم الأرض

يتم توفير جميع المقالات المنشورة بواسطة MDPI على الفور في جميع أنحاء العالم بموجب ترخيص وصول مفتوح. لا يلزم الحصول على إذن خاص لإعادة استخدام كل أو جزء من المقالة المنشورة بواسطة MDPI ، بما في ذلك الأشكال والجداول. بالنسبة للمقالات المنشورة بموجب ترخيص Creative Common CC BY ذي الوصول المفتوح ، يمكن إعادة استخدام أي جزء من المقالة دون إذن بشرط الاستشهاد بالمقال الأصلي بوضوح.

تمثل الأوراق الرئيسية أكثر الأبحاث تقدمًا مع إمكانات كبيرة للتأثير الكبير في هذا المجال. يتم تقديم الأوراق الرئيسية بناءً على دعوة فردية أو توصية من قبل المحررين العلميين وتخضع لمراجعة الأقران قبل النشر.

يمكن أن تكون ورقة الميزات إما مقالة بحثية أصلية ، أو دراسة بحثية جديدة جوهرية غالبًا ما تتضمن العديد من التقنيات أو المناهج ، أو ورقة مراجعة شاملة مع تحديثات موجزة ودقيقة عن آخر التقدم في المجال الذي يراجع بشكل منهجي التطورات الأكثر إثارة في العلم المؤلفات. يوفر هذا النوع من الأوراق نظرة عامة على الاتجاهات المستقبلية للبحث أو التطبيقات الممكنة.

تستند مقالات اختيار المحرر على توصيات المحررين العلميين لمجلات MDPI من جميع أنحاء العالم. يختار المحررون عددًا صغيرًا من المقالات المنشورة مؤخرًا في المجلة والتي يعتقدون أنها ستكون مثيرة للاهتمام بشكل خاص للمؤلفين أو مهمة في هذا المجال. الهدف هو تقديم لمحة سريعة عن بعض الأعمال الأكثر إثارة المنشورة في مجالات البحث المختلفة بالمجلة.


محتويات

تأتي الكتابة المبكرة في علم المعادن ، وخاصة على الأحجار الكريمة ، من بلاد بابل القديمة ، والعالم اليوناني الروماني القديم ، والصين القديمة والعصور الوسطى ، والنصوص السنسكريتية من الهند القديمة والعالم الإسلامي القديم. [4] وشملت الكتب حول هذا الموضوع هيستوريا ناتوراليس بليني الأكبر ، الذي لم يصف فقط العديد من المعادن المختلفة ولكنه أوضح أيضًا العديد من خصائصها ، وكتاب الجواهر (كتاب الأحجار الكريمة) للعالم الفارسي البيروني. كتب المتخصص في عصر النهضة الألماني جورجيوس أجريكولا أعمالًا مثل دي ري ميتاليكا (على المعادن، 1556) و دي ناتورا فوسيليوم (على طبيعة الصخور، 1546) الذي بدأ المنهج العلمي للموضوع. تطورت الدراسات العلمية المنهجية للمعادن والصخور في أوروبا ما بعد عصر النهضة. [4] تأسست الدراسة الحديثة لعلم المعادن على مبادئ علم البلورات (يمكن إرجاع أصول علم البلورات الهندسي بحد ذاتها إلى علم المعادن الذي مورس في القرنين الثامن عشر والتاسع عشر) وإلى الدراسة المجهرية للأجزاء الصخرية مع الاختراع. المجهر في القرن السابع عشر. [4]

لاحظ نيكولاس ستينو لأول مرة قانون ثبات الزوايا البينية (المعروف أيضًا باسم القانون الأول لعلم البلورات) في بلورات الكوارتز في عام 1669. [5]: 4 تم تعميم هذا القانون لاحقًا وتأسيسه تجريبيًا بواسطة جان بابتيست إل. في عام 1783. [6] أظهر رينيه جاست هاي ، "أبو علم البلورات الحديث" ، أن البلورات دورية وأثبت أن اتجاهات الوجوه البلورية يمكن التعبير عنها من حيث الأرقام المنطقية ، كما تم ترميزها لاحقًا في مؤشرات ميلر. [5]: 4 في عام 1814 ، قدم Jöns Jacob Berzelius تصنيفًا للمعادن بناءً على كيميائها بدلاً من تركيبها البلوري. [7] طور ويليام نيكول منشور نيكول ، الذي يستقطب الضوء ، في 1827-1828 أثناء دراسة الخشب المتحجر ، أظهر هنري كليفتون سوربي أنه يمكن التعرف على الأجزاء الرقيقة من المعادن من خلال خواصها البصرية باستخدام مجهر مستقطب. [5]: 4 [7]: 15 نشر جيمس دانا طبعته الأولى من نظام علم المعادن في عام 1837 ، وفي إصدار لاحق أدخل تصنيفًا كيميائيًا لا يزال هو المعيار. [5]: 4 [7]: 15 تم عرض حيود الأشعة السينية بواسطة Max von Laue في عام 1912 ، وتم تطويره إلى أداة لتحليل التركيب البلوري للمعادن بواسطة فريق الأب / الابن لـ William Henry Bragg و William Lawrence Bragg. [5]: 4

في الآونة الأخيرة ، مدفوعًا بالتطورات في التقنية التجريبية (مثل حيود النيوترون) والقوة الحسابية المتاحة ، والتي مكنت الأخيرة من محاكاة سلوك البلورات بدقة شديدة على النطاق الذري ، تفرع العلم للنظر في مشاكل أكثر عمومية في مجالات الكيمياء غير العضوية وفيزياء الجوامد. ومع ذلك ، فإنه يحتفظ بالتركيز على الهياكل البلورية التي توجد عادة في المعادن المكونة للصخور (مثل البيروفسكايت والمعادن الطينية وسيليكات الإطار). على وجه الخصوص ، حقق المجال تقدمًا كبيرًا في فهم العلاقة بين بنية المقياس الذري للمعادن ووظيفتها في الطبيعة ، ومن الأمثلة البارزة القياس الدقيق والتنبؤ بالخصائص المرنة للمعادن ، مما أدى إلى رؤية جديدة في السلوك الزلزالي للصخور والانقطاعات المرتبطة بالعمق في مخططات الزلازل في عباءة الأرض. تحقيقا لهذه الغاية ، في تركيزهم على العلاقة بين ظواهر المقياس الذري والخصائص العيانية ، فإن علوم المعادن (كما هي معروفة الآن) ربما تظهر تداخلًا مع علم المواد أكثر من أي تخصص آخر.

تتمثل الخطوة الأولى في تحديد المعدن في فحص خصائصه الفيزيائية ، والتي يمكن قياس الكثير منها على عينة يدوية. يمكن تصنيفها إلى كثافة (غالبًا ما تُعطى كجاذبية نوعية) مقاييس التماسك الميكانيكي (الصلابة ، المثابرة ، الانقسام ، الكسر ، الفراق) الخصائص البصرية العيانية (اللمعان ، اللون ، الخط ، اللمعان ، اللمعان) الخواص المغناطيسية والكهربائية النشاط الإشعاعي والقابلية للذوبان في كلوريد الهيدروجين (H Cl). [5]: 97-113 [8]: 39-53

صلابة يتم تحديده من خلال المقارنة مع المعادن الأخرى. في مقياس موس ، يتم ترقيم مجموعة قياسية من المعادن من أجل زيادة الصلابة من 1 (التلك) إلى 10 (الماس). المعدن الأكثر صلابة سيخدش أكثر نعومة ، لذلك يمكن وضع معدن غير معروف في هذا المقياس ، والذي بواسطته تخدشه المعادن وتخدشه. تمتلك بعض المعادن مثل الكالسيت والكيانيت صلابة تعتمد بشكل كبير على الاتجاه. [9]: 254-255 يمكن أيضًا قياس الصلابة على مقياس مطلق باستخدام مقياس الصلابة مقارنة بالمقياس المطلق ، مقياس موس غير خطي. [8]: 52

عناد يشير إلى الطريقة التي يتصرف بها المعدن عندما ينكسر أو يسحق أو ينثني أو يتمزق. يمكن أن يكون المعدن هشًا أو مرنًا أو مقسمًا أو مطيلًا أو مرنًا أو مرنًا. تأثير مهم على المثابرة هو نوع الرابطة الكيميائية (على سبيل المثال ، أيوني أو معدني). [9]: 255-256

من مقاييس التماسك الميكانيكي الأخرى ، انقسام هو الميل للكسر على طول مستويات بلورية معينة. يتم وصفه بالجودة (على سبيل المثال، مثالي أو عادل) وتوجيه المستوى في التسمية البلورية.

فراق هو الميل إلى كسر مستويات الضعف بسبب الضغط أو التوأمة أو الانحلال. حيث لا يحدث هذان النوعان من الاستراحة ، كسر هو شكل أقل تنظيما قد يكون محاري (لها منحنيات ناعمة تشبه الجزء الداخلي من الصدفة) ، ليفي, منشق, هاكلي (خشن مع حواف حادة) ، أو متفاوتة. [9] : 253–254

إذا تبلور المعدن جيدًا ، فسيكون له أيضًا عادة بلورية مميزة (على سبيل المثال ، سداسية ، عمودية ، بوتريويدال) تعكس التركيب البلوري أو الترتيب الداخلي للذرات. [8]: 40-41 تتأثر أيضًا بعيوب الكريستال والتوأمة. العديد من البلورات متعددة الأشكال ، ولها أكثر من بنية بلورية محتملة اعتمادًا على عوامل مثل الضغط ودرجة الحرارة. [5]: 66-68 [8]: 126

التركيب البلوري هو ترتيب الذرات في البلورة. يتم تمثيله بشبكة من النقاط التي تكرر نمطًا أساسيًا يسمى خلية الوحدة ، في ثلاثة أبعاد. يمكن تمييز الشبكة من خلال تناظراتها وبأبعاد خلية الوحدة. يتم تمثيل هذه الأبعاد من خلال ثلاثة مؤشرات ميلر. [11]: 91-92 تظل الشبكة بدون تغيير من خلال عمليات تناظر معينة حول أي نقطة معينة في الشبكة: الانعكاس ، والدوران ، والانعكاس ، والانعكاس الدوراني ، وهو مزيج من الدوران والانعكاس. معًا ، يشكلون كائنًا رياضيًا يسمى a مجموعة النقطة البلورية أو فئة الكريستال. هناك 32 فئة ممكنة من الكريستال. بالإضافة إلى ذلك ، هناك عمليات تحل محل جميع النقاط: الترجمة ، ومحور اللولب ، ومستوى الانزلاق. بالاقتران مع تناظرات النقاط ، فإنها تشكل 230 مجموعة فضائية محتملة. [11]: 125-126

تحتوي معظم أقسام الجيولوجيا على معدات حيود مسحوق الأشعة السينية لتحليل الهياكل البلورية للمعادن. [8]: 54-55 للأشعة السينية أطوال موجية بنفس المقدار مثل المسافات بين الذرات. الانعراج ، التداخل البناء والمدمّر بين الموجات المنتشرة عند ذرات مختلفة ، يؤدي إلى أنماط مميزة ذات كثافة عالية ومنخفضة تعتمد على هندسة البلورة. في العينة التي يتم طحنها إلى مسحوق ، تقوم الأشعة السينية بأخذ عينات التوزيع العشوائي لجميع الاتجاهات البلورية. [12] يمكن أن يميز حيود المسحوق بين المعادن التي قد تظهر كما هي في عينة اليد ، على سبيل المثال الكوارتز وتراديميت متعدد الأشكال وكريستوباليت. [8]: 54

المعادن المتشابهة من تركيبات مختلفة لها أنماط حيود مسحوق متشابهة ، والفرق الرئيسي هو في تباعد وشدة الخطوط. على سبيل المثال ، التركيب البلوري Na Cl (الهاليت) هو مجموعة فضائية اف ام 3 م تتم مشاركة هذا الهيكل بواسطة sylvite (K Cl) ، و periclase (Mg O) ، و bunsenite (Ni O) ، و galena (Pb S) ، و alabandite (Mn S) ، و chlorargyrite (Ag Cl) ، و osbornite (Ti N). [9]: 150-151

القليل من المعادن عبارة عن عناصر كيميائية ، بما في ذلك الكبريت والنحاس والفضة والذهب ، ولكن الغالبية العظمى منها عبارة عن مركبات. الطريقة الكلاسيكية لتحديد التركيب هي التحليل الكيميائي الرطب، والذي يتضمن إذابة معدن في حمض مثل حمض الهيدروكلوريك (H Cl). ثم يتم تحديد العناصر الموجودة في المحلول باستخدام قياس الألوان أو التحليل الحجمي أو تحليل الجاذبية. [9]: 224 - 225

منذ عام 1960 ، يتم إجراء معظم التحليلات الكيميائية باستخدام الأدوات. أحدها ، وهو التحليل الطيفي للامتصاص الذري ، يشبه الكيمياء الرطبة من حيث أنه لا يزال يتعين إذابة العينة ، لكنها أسرع بكثير وأرخص. The solution is vaporized and its absorption spectrum is measured in the visible and ultraviolet range. [9] : 225–226 Other techniques are X-ray fluorescence, electron microprobe analysis atom probe tomography and optical emission spectrography. [9] : 227–232

In addition to macroscopic properties such as colour or lustre, minerals have properties that require a polarizing microscope to observe.

Transmitted light Edit

When light passes from air or a vacuum into a transparent crystal, some of it is reflected at the surface and some refracted. The latter is a bending of the light path that occurs because the speed of light changes as it goes into the crystal Snell's law relates the bending angle to the Refractive index, the ratio of speed in a vacuum to speed in the crystal. Crystals whose point symmetry group falls in the cubic system are isotropic: the index does not depend on direction. All other crystals are متباين الخواص: light passing through them is broken up into two plane polarized rays that travel at different speeds and refract at different angles. [9] : 289–291

A polarizing microscope is similar to an ordinary microscope, but it has two plane-polarized filters, a (polarizer) below the sample and an analyzer above it, polarized perpendicular to each other. Light passes successively through the polarizer, the sample and the analyzer. If there is no sample, the analyzer blocks all the light from the polarizer. However, an anisotropic sample will generally change the polarization so some of the light can pass through. Thin sections and powders can be used as samples. [9] : 293–294

When an isotropic crystal is viewed, it appears dark because it does not change the polarization of the light. However, when it is immersed in a calibrated liquid with a lower index of refraction and the microscope is thrown out of focus, a bright line called a Becke line appears around the perimeter of the crystal. By observing the presence or absence of such lines in liquids with different indices, the index of the crystal can be estimated, usually to within ± 0.003 . [9] : 294–295

Systematic mineralogy is the identification and classification of minerals by their properties. Historically, mineralogy was heavily concerned with taxonomy of the rock-forming minerals. In 1959, the International Mineralogical Association formed the Commission of New Minerals and Mineral Names to rationalize the nomenclature and regulate the introduction of new names. In July 2006, it was merged with the Commission on Classification of Minerals to form the Commission on New Minerals, Nomenclature, and Classification. [13] There are over 6,000 named and unnamed minerals, and about 100 are discovered each year. [14] The Manual of Mineralogy places minerals in the following classes: native elements, sulfides, sulfosalts, oxides and hydroxides, halides, carbonates, nitrates and borates, sulfates, chromates, molybdates and tungstates, phosphates, arsenates and vanadates, and silicates. [9]

The environments of mineral formation and growth are highly varied, ranging from slow crystallization at the high temperatures and pressures of igneous melts deep within the Earth's crust to the low temperature precipitation from a saline brine at the Earth's surface.

Various possible methods of formation include: [15]

    from volcanic gases
  • deposition from aqueous solutions and hydrothermalbrines
  • crystallization from an igneousmagma or lava
  • recrystallization due to metamorphic processes and metasomatism
  • crystallization during diagenesis of sediments
  • formation by oxidation and weathering of rocks exposed to the atmosphere or within the soil environment.

Biomineralogy is a cross-over field between mineralogy, paleontology and biology. It is the study of how plants and animals stabilize minerals under biological control, and the sequencing of mineral replacement of those minerals after deposition. [16] It uses techniques from chemical mineralogy, especially isotopic studies, to determine such things as growth forms in living plants and animals [17] [18] as well as things like the original mineral content of fossils. [19]

A new approach to mineralogy called mineral evolution explores the co-evolution of the geosphere and biosphere, including the role of minerals in the origin of life and processes as mineral-catalyzed organic synthesis and the selective adsorption of organic molecules on mineral surfaces. [20] [21]

In 2011, several researchers began to develop a Mineral Evolution Database. [22] This database integrates the crowd-sourced site Mindat.org, which has over 690,000 mineral-locality pairs, with the official IMA list of approved minerals and age data from geological publications. [23]

This database makes it possible to apply statistics to answer new questions, an approach that has been called mineral ecology. One such question is how much of mineral evolution is deterministic and how much the result of chance. Some factors are deterministic, such as the chemical nature of a mineral and conditions for its stability but mineralogy can also be affected by the processes that determine a planet's composition. In a 2015 paper, Robert Hazen and others analyzed the number of minerals involving each element as a function of its abundance. They found that Earth, with over 4800 known minerals and 72 elements, has a power law relationship. The Moon, with only 63 minerals and 24 elements (based on a much smaller sample) has essentially the same relationship. This implies that, given the chemical composition of the planet, one could predict the more common minerals. However, the distribution has a long tail, with 34% of the minerals having been found at only one or two locations. The model predicts that thousands more mineral species may await discovery or have formed and then been lost to erosion, burial or other processes. This implies a role of chance in the formation of rare minerals occur. [24] [25] [26] [27]

In another use of big data sets, network theory was applied to a dataset of carbon minerals, revealing new patterns in their diversity and distribution. The analysis can show which minerals tend to coexist and what conditions (geological, physical, chemical and biological) are associated with them. This information can be used to predict where to look for new deposits and even new mineral species. [28] [29] [30]

Minerals are essential to various needs within human society, such as minerals used as ores for essential components of metal products used in various commodities and machinery, essential components to building materials such as limestone, marble, granite, gravel, glass, plaster, cement, etc. [15] Minerals are also used in fertilizers to enrich the growth of agricultural crops.

Collecting Edit

Mineral collecting is also a recreational study and collection hobby, with clubs and societies representing the field. [32] [33] Museums, such as the Smithsonian National Museum of Natural History Hall of Geology, Gems, and Minerals, the Natural History Museum of Los Angeles County, the Natural History Museum, London, and the private Mim Mineral Museum in Beirut, Lebanon, [34] [35] have popular collections of mineral specimens on permanent display. [36]


Composition and mode of occurrence of mineral matter in some Colombian coals

The minerals in a range of Colombian coal samples, selected to represent the principal coal-mining regions, have been investigated using low-temperature ashing and quantitative X-ray diffraction techniques, and the results compared to information from chemical analysis and Mössbauer spectroscopy studies. Kaolinite, illite, interstratified illite–smectite and quartz are the dominant mineral matter components in almost all of the coal samples, with small but significant proportions of pyrite (up to around 15% of the mineral matter) being present in around half of the samples studied. Other minerals present in particular samples include chlorite, muscovite, paragonite, ankerite, dolomite, calcite and siderite, along with phosphate minerals apatite and goyazite. Jarosite and coquimbite are also noted in some of the pyrite-bearing coals, probably representing oxidation products of the pyrite developed with exposure or storage. Bassanite is present in the low-temperature ash of some coals, and in one sample occurs along with significant concentrations of hexahydrite, alunogen, tschermigite and paraluminite, all of which were probably derived from interaction of inorganic elements in the organic matter with organic sulphur during maceral oxidation.

Quantitative analysis of the minerals in the low-temperature ash of the coal samples using Rietveld-based X-ray diffraction techniques provides results that are consistent, at least for the most abundant elements, with the chemical composition of the coal ash as determined by standard analysis procedures. The evaluation of mineral-rich concentrates by Mössbauer spectroscopy also provides results consistent with the XRD data, especially as regards pyrite and some of the sulphate components. Optical microscopy indicates that much of the pyrite, and in some cases also the carbonates, occurs as anhedral crystals, finely disseminated in the maceral components, as aggregates of crystals (including pyrite framboids), as fine-grained crystals replacing liptinite, and as fracture fillings. Some sub-angular to rounded quartz grains are also present, possibly of detrital origin, but most other minerals, including the clay minerals, occur mainly as aggregates of intimately admixed mineral and maceral constituents.


Specific Gravity

Density describes how much matter is in a certain amount of space: density = mass/volume.

Mass is a measure of the amount of matter in an object. The amount of space an object takes up is described by its volume. The density of an object depends on its mass and its volume. For example, the water in a drinking glass has the same density as the water in the same volume of a swimming pool.

Gold has a density of about 19 g/cm 3 pyrite has a density of about 5 g/cm 3 —that’s another way to tell pyrite from gold. Quartz is even less dense than pyrite and has a density of 2.7 g/cm 3 .

The specific gravity of a substance compares its density to that of water. Substances that are more dense have higher specific gravity.


Grade 9-12: Geology

A Brief Introduction to Geomagnetism - Background Information
The USGS uses ground-based observatories to provide continuous records of the Earth's magnetic field variations. This simplified description uses images and a time-laps animation to explain phenomena created by the magnetic field that can be easily monitored and studied.

This Dynamic Earth: the Story of Plate Tectonics - Background Information
"This Dynamic Earth" is one of the most recommended and referenced primers on plate tectonics. Topics include a history of the theory, scientific developments that spurred its development, the mechanics of plate motions, and the relationship of hotspots to plate tectonic theory. A companion best-selling map, "This Dynamic Planet", is also available online or in print.

This Dynamic Planet - Map
Plate tectonics are fully illustrated on this best-selling world map (a companion to "This Dynamic Earth: the Story of Plate Tectonics") showing the locations of plate boundaries, volcanoes, earthquakes, and impact craters. Detailed ocean floor bathymetry and discussions of fundamental components are also featured. A paper version is available for purchase or the map can be downloaded free in PDF format.

Plate Tectonics Tennis Ball Globe - Activity
Create a mini globe that shows the major plate boundaries of the world (scroll to page 15).

National Geologic Map Database - Background Information
This exhaustive database provides bibliographic access to many thousands of geologic, geophysical, and other kinds of maps available in USGS publication, Web sites, and in popular science journals, etc.

Tapestry of Time and Terrain - Map
Shaded relief and geology are combined on this map of the 48 conterminous states. It's a useful resource for discussing physiographic provinces and rocks deposited during different geologic time periods. Download a free PDF or purchase a paper version through the USGS Store. Both versions include an 18-page pamphlet.

The North America Tapestry of Time and Terrain - Background Information
Reveals the geologic history of North America through the interrelation of rock type, topography, and time. Regional surface processes as well as continent-scale tectonic events are exposed in the three dimensions of space and the fourth dimension, geologic time.

Metal Recycling- Background Information
How much metal does the U.S. recycle each year? Annual statistics and information about specific metals can be found here.

Mineral Commodity Statistics and Information- Background Information
Statistics and information about the worldwide supply of, demand for, and flow of minerals and materials essential to the U.S. economy, the national security, and protection of the environment.

Famous Building Stones of Our Nation's Capital - Background Information
Descriptions and examples of all the kinds of stone used in the buildings and monuments in the Washington DC area.

Mineral Commodity Fact Sheets - Background Information
Two-page, easily-understood fact sheets about important mineral commodities. Learn where each mineral comes from, how it's used, and why it's important

Mineral Resource of the Month- Background Information
How is a specific mineral used in the United States? How much of that mineral is produced? These questions are answered in this series of two-page articles written for over sixty different minerals.

USGS Karst Web site- Background Information
Information about USGS research on karst aquifers, which are a vital ground-water resource in the United States.


Extended Data Fig. 1 Soil sampling locations for this study.

Upper-case letters denote NEON sites and lower-case letters denote other sites as defined in Supplementary Table 1. Map tiles by Stamen Design, under CC BY 3.0. Map data by OpenStreetMap, under ODbL.

Extended Data Fig. 2 Summary boxplots of biogeochemical characteristics of sampled soils or nearby plant material.

Thick lines indicate medians, boxes denote upper and lower quantiles, and whiskers denote samples within 1.5x the interquartile range.

Extended Data Fig. 3 13 C CPMAS NMR spectra of all samples following demineralization.

Colors indicate soil order in the US Department of Agriculture soil taxonomy.

Extended Data Fig. 4 Boxplots of SOC functional group fractional abundance as a function of vegetation type (a) and prescribed fire regime (b).

Lignin was significantly greater in forest than grassland/shrubland vegetation (0.23 vs. 0.16, ص = 0.011), and protein was significantly greater in grassland/shrubland vegetation than in forest (0.23 vs. 0.15, ص = 0.025). Char was significantly greater in sites with prescribed fire than without (0.22 vs. 0.16, ص = 0.046). Thick lines indicate medians, boxes denote upper and lower quantiles, and whiskers denote samples within 1.5x the interquartile range.

Extended Data Fig. 5 Correlation heatmap of SOC molecule relative abundance within samples.

The symbols ** and **** indicate corrected ص < 0.01 and ص < 0.0001, respectively.

Extended Data Fig. 6 Pearson correlations between SOC molecule relative abundance and rotated principal components.

RC1, RC2, and RC3 refer to the rotated principal component axes 1–3.

Extended Data Fig. 7

A description of biogeochemical predictor variables used in this study.

Extended Data Fig. 8 Heatmap of correlations between SOC functional groups and biogeophysical predictors.

The symbols *, **, ***, and **** indicate corrected ص < 0.05, ص < 0.01, ص < 0.001, and ص < 0.0001, respectively.

Extended Data Fig. 9 Optimal linear regression models for each rotated principal component (RC) shown in Fig. 2 fit using backwards elimination.

Models are reported for three different datasets/significance criteria: all samples with α = 0.01, all samples with α = 0.05, and all NEON samples with α = 0.05. Model parameter values were calculated using variables standardized by subtracting the mean and dividing by one standard deviation. Values in parentheses are standard errors. Abbreviations for predictors are described in Extended Data Fig. 7.


شاهد الفيديو: الخواص الفيزيائية للمعادن