מקור המילה הלועזית "mineral" במילה הלטינית minera, שפירושה מחצב ומכרה, ומוצאה כנראה באחת השפות הקלטיות, כגון המילה הגאלית mein, שפירושה אכן "מכרה".[2]
שמותיהם של מינרלים ניתנים באופן לא מדעי ועשויים לשקף תכונה פיזיקלית או כימית או מקום גאוגרפי בו נמצאו, וכן עשויים לשאת את שמה של דמות ציבורית או את שמו של מי שגילה אותם.[3] לדוגמה:
אלביט – שם המינרל נובע מהמילה הלטינית "albus" לצבע הלבן
בנוסף לשמותיהם של מינרלים וקבוצות של מינרלים, קיימים שמות גם למגוון הסוגים של מינרל, בדרך-כלל בעלי גוון או תכונה ייחודית. שמות אלה ניתנים לרוב על ידי גמולוגים לסוגים השונים של המינרל, המשמשים אבני-חן.
על-פי האגודה הבין-לאומית למינרלוגיה ידועים היום יותר מ-4,000 מינרלים[4] – כ-100 מהם מוגדרים "נפוצים" והיתר "נדירים" בדרגות שונות – ומספר זה עולה בהתמדה.
מינרלים נוצרים בסביבות גאולוגיות מגוונות ובטווח רחב של תנאים כימיים ופיזיקליים כמו טמפרטורה ולחץ. קיימות 4 קטגוריות להיווצרות מינרלים:
מגמתית – היווצרות מינרלים מתוך נתך סלעים – מאגמה – בתהליך של גיבוש מפריט
משקעית – היווצרות מינרלים כתוצאה מתהליכי בליה, סחיפה והשקעה
מותמרת – היווצרות מינרלים חדשים ממינרלים קודמים בתנאי לחץ וטמפרטורה גבוהים ולא מתוך נתך
הידרותרמית – היווצרות מינרלים בתהליכים כימיים מתוך תמיסות
המינרלים הנוצרים בתהליכים הללו מצויים בכל חלקי כדור הארץ. המינרלים מעוצבים במשך מיליוני שנים על ידי תהליכים גאולוגיים ונחשפים על-פני קרום כדור הארץ, במקרים רבים כיוצרי סלעים. גבישי המינרלים עשויים להיות מיקרוסקופיים או להגיע לגדלים עצומים, דוגמת גבישי הסלניט שהתגלו בשנת 2000 ב"מערת גבישי הענק" במכרה נאיקה שבצפון מקסיקו, הגדול שבהם אורכו 11 מ', קוטרו 4 מ' ומשקלו כ-55 טון. גבישים אלה נוצרו בסביבה הידרותרמית לחה עשירה בגבס בטמפרטורה של כ-C° 50 לאורך כחצי מיליון שנים – משך זמן שאיפשר לגבישים מיקרוסקופיים לצמוח ללא הפרעה עד גילויים.[5]
מיון מקביל נערך על ידי קארולוס ליניאוס, שיצר מערכת היררכית של מינרלים המבוססת על המורפולוגיה החיצונית שלהם וחלוקה טקסונומית לסוג, סדרה ומחלקה. המינרלוג השוודי טורברן ברגמן (Torbern Bergman, 1735–1784) הציע שיטת מיון המבוססת על הרכב כימי בלבד, אולם גישה זו הקדימה את זמנה מאחר שיסודות רבים טרם התגלו בתקופתו ותהליכי ניתוח כימי היו בשלבי פיתוח ראשוניים. מינרלוג שוודי נוסף, אקסל קרונסטדט (Axel Fredrik Cronstedt, 1722–1765), היה כנראה הראשון שהמציא שיטת מיון המבוססת גם על הרכב כימי וגם על תכונות פיזיקליות.
מיון כימי
במהלך השנים פותחו שיטות מיון רבות ומגוונות. שתיים מהן, המבוססות על ההרכב הכימי של מינרלים, מקובלות כיום על מינרלוגים בעולם:
שיטה זו קרויה על-שם מפתחה, הגאולוג והמינרלוג האמריקאי ג'יימס דווייט דיינה (James Dwight Dana, 1813–1895).[8] שיטה זו מחלקת את המינרלים ל-9 קבוצות:
יסודות כימיים – חומרים המורכבים מחלקיקים מסוג אחד בלבד שלא ניתן להרכיבם מחומרים אחרים ולא ניתן לפרקם או לשנותם לחומר אחר בתהליכים כימיים רגילים, לדוגמה: טיטניום ורניום.
מינרלים סיליקטיים – קבוצה המבוססת על סיליקטים – תרכובות של אניון שבמרכזו אטום צורן אחד או יותר המוקף בליגנדים של אטומי חמצן שמטענם החשמלי שלילי. מינרלים אלה מהווים קבוצה חשובה במיוחד בין המינרלים יוצרי הסלעים מאחר שהם בונים את מרבית קרום כדור הארץ. קבוצה זו נחלקת ל-7 קבוצות עיקריות:
טקטוסיליקטים – קבוצה זו בנויה מסיליקטים בעלי מבנה מרחבי, והנפוצה ביותר מבין המינרלים מאחר שהיא מהווה קרוב ל-75% מהרכב הקרום. מחלקה זו כוללת את קבוצת הקוורץ, קבוצת פצלת השדה, קבוצת הפלדשפטואידים, קבוצת הסקפוליט, קבוצת הזאוליטים ומינרלים נוספים.
מינרלים סיליקטיים שאינם ממויינים – קבוצת-משנה המכילה מינרלים סיליקטיים דוגמת קריפטופיליט (Cryptophyllite), שנטליט (Chantalite) ופוקליט (Fukalite).
על יסוד מיון זה פותח "מיון דיינה החדש", המחולק ל-9 קבוצות ראשיות ול-78 קבוצות-משנה.[11]
שיטה נוספת למיון מינרלים היא "הטבלה המינרלוגית" שפיתח המינרלוג הגרמני קארל הוגו סטרונץ (Karl Hugo Strunz 1910–2006) בשנת 1941, כאשר כיהן כאוצר המוזיאון המינרלוגי באוניברסיטת הומבולדט בברלין והתבקש למיין את אוסף המוזיאון על-פי הרכב כימי ומבנה גבישי.[12] הטבלה המינרלוגית מתעדכנת תדיר,[13] והגרסה העשירית שלה – שעודכנה על ידי ארנסט ניקל (Ernest H. Nickel) – נקראת "ניקל-סטרונץ"[14] והיא מחולקת ל-10 קבוצות-משנה:
אמצעי נוסף למיון מינרלים הוא המבנה הגבישי שלהם: סידור האטומים בגביש המורכב מתא יחידה – מקבץ בסיסי של אטומים בעל מבנה פנימי התלוי ביסוד שלהם – החוזר באופן מחזורי בסידור תלת-ממדי המרכיב סריג גבישי.
מינרלים עשויים להיות בעלי הרכב כימי זהה אך בעלי מבנה גבישי שונה. לדוגמה: פיריט ומרכזיט הן שני מופעים מינרליים של סולפיד הברזל ונוסחתם ברזל דו-גופריתי FeS2, אולם המערך הגבישי וצורת הגביש שלהם שונים זה מזה. באותו אופן, מינרלים בעלי מבנה גבישי זהה עשויים להיות בעלי הרכב כימי שונה לחלוטין. לדוגמה: מבנה קובייתי בהליט – שהרכבו נתרן וכלור, ובגלנה – שהרכבו עופרת וגופרית.
המבנה הגביש והסימטריה של הגביש קובעים תכונות חשובות רבות של המינרל, לרבות קווי השבירה, רמת האנרגיה של אלקטרונים הזורמים בו ותכונותיו האופטיות. תכונה נוספת המושפעת מהם היא קשיות, ודוגמה טובה לכך היא ההבדל בין שני מינרלים העשויים מפחמן טהור: גרפיט – קשיות 1–2 בסולם מוס, לבין יהלום – קשיות 10 בסולם מוס.
מינרלואידים הם חומרים שיש להם כמה מתכונות המינרלים, אך אינם נחשבים מינרלים תקפים מהסיבות הבאות:
הם לא נוצרו על ידי תהליכים גאולוגיים. דוגמה למינרלואיד כזה הוא פנינה, שעל אף גבישי פחמת הסידן הבונים אותה, נוצרה באמצעות תהליך ביולוגי בלבד.
חומרים אנתרופוגניים – חומרים שנוצרו בשילוב של תהליכים ביולוגיים וגאולוגיים. דוגמה לחומר אנתרופוגני הוא ג'ט (סוג של ליגניט), הנוצר מרקב של עצים שהיה נתון במשך זמן רב בתנאי לחץ גבוה.
חומרים סינתטיים – הגם שעשויים להיות בעלי תכונות של מינרל, אינם נוצרים בתהליך טבעי.
להגדרה המעודכנת של מינרל משנת 1995 נכנסו גם מינרלים אמורפיים – חומרים העונים להגדרת המינרל אך חסרים מבנה גבישי. חומרים אלה – דוגמת אופאל – נחשבו בעבר כמינרלואידים.[1]
הליט – צורת המינרל של מלח הבישול, המתגבש בהתאדות של אגמים או ים רדוד לשכבות נרחבות העשויות להגיע לעובי של מאות מטרים, וכתפרחות ורד מדבר בעלות גבישים סיביים.
את המינרלים המצויים בקרום כדור הארץ מפיקים בשלב הראשון באמצעות כרייה בדרך של חפירת עפרות מעורקים וממסלע עשיר במינרל המבוקש, ובשלב הבא מתבצעת הפרדה של המינרל מתוך הסלעים שנכרו באמצעים כימיים, פיזיקליים ומכניים. במינרלים המופקים באמצעים אלה נעשה שימוש מגוון.
אחד האזכורים הראשונים לשימוש במינרלים כאבני-חן מופיע בספר שמות, שם מסופר על החושן, אביזר פולחני שהיה מונח על חזהו של הכהן הגדול בעת ששירת בבית המקדש, בו היו משובצות אבני-חן המיוחסות למינרלים ידועים:[17]
נציץ – תכונת הפצילות של המינרל, חוזקו המכני והאלסטיות שלו הופכים את הנציץ לחומר גלם חשוב בתעשיית החשמל: גבישים נקיים משמשים בקבלים ולמנורות רדיו והגבישים הנקיים פחות משמשים כחומר בידוד, כחלונות לתנורי חימום והיתוך, וכקישוט לבניינים.
פצלת השדה – מעבר לשימוש בסוגים דוגמת לברדוריט כאבני-חן, פצלת השדה היא מרכיב חשוב בהכנת פורצלן. בדרגות טוהר גבוהות היא משמשת ברפואת השיניים להכנת סתימות וציפוי לשיניים מלאכותיות. המינרל משמש גם לתיארוך אופטי במדעי כדור הארץ ובארכאולוגיה ומהווה מרכיב חשוב בתעשיית הקדרות.
קיאניט – משמש לייצור מגוון רחב של מוצרים: לבנים לבנייה, ייצור חומרים חסיני אש ומוצרי קדרות כאביזרי אינסטלציה וכלי אוכל מפורצלן, מבודדים חשמליים וחומרי ליטוש.
