Minerały i Kamienie szlachetne

Najpierwotniejszym materiałem skorupy ziemskiej są krysta­liczne masy skalne, złożone głównie z krzemianów. Powstały one przez zastygnięcie gorącego stopu krzemianowego, pochodzącego z głębszych części skorupy ziemskiej. Ten stop krzemianowy zwa­ny jest magmą, a produkty jego krzepnięcia — skałami magmo­wymi (magmatycznymi lub ogniowymi, dawniej nazywano je rów­nież skałami wybuchowymi).

Magma jest ciekłą mieszaniną tlenowych związków najpos­politszych pierwiastków, zawierającą także rozpuszczone w niej składniki lotne. Głównymi składnikami magmy są tlenki: krzemu — krzemionka Si0₂, glinu — glinka A1₂0₃, żelaza fe₂O_z i FeO, wapnia CaO, magnezu MgO i alkaliów — sodu Na₂0 i potasu K₂0. W rozmaitych magmach stosunki ilościowe tych głównych tlenków skałotwórczych są różne. W trakcie zastygania magmy jej składniki łączą się z sobą i wydzielają w postaci krystalicz­nych minerałów pochodzenia magmowego. Ponieważ magma za­wiera najczęściej co najmniej 50% krzemionki oraz kilkanaście. procent glinki, najpospolitszymi minerałami magmowymi są krze­miany i glinokrzemiany. W znacznie mniejszej ilości wydzielają się z magmy minerały będące tlenkami metali. Do najważniej­szych magmowych minerałów skałotwórczych należą skalenie po­tasowe (ortoklaz i mikroklin) i sodowo-wapniowe (plagioklazy), kwarc, miki, czyli łyszczyki (ciemna mika — biotyt jasna — muskowit) oraz pirokseny i amfibole, będące głównie krzemiana­mi magnezu, żelaza i wapnia.

Skały magmowe, które zakrzepły na znacznych głębokościach pod powierzchnią ziemi, nazywają się głębinowymi (plutonicznymi). Należą do nich takie skały, jak granity, np. występujące w Tatrach oraz na Dolnym Śląsku w Karkonoszach, w okolicach Strzegomia i Strzelina, granodioryty, dioryty oraz gabra, np. na górze Ślęża na południe od Wrocławia.

W skałach głębinowych występują nieraz kamienie szlachet­ne, nie tworzące jednak większych złóż o znaczeniu gospodar­czym. Stałym składnikiem granitów jest cyrkon, występujący w nich w postaci bardzo drobnych kryształów. W sjenitach, róż­niących się od granitów brakiem kwarcu, minerał ten występuje niekiedy w znaczniejszych ilościach; skały takie nazywane są sjenitami cyrkonowymi. Występowanie diamentów jest związane ze skałami głębinowymi, zwanymi kimberlitami, powstałymi z mag­my pochodzącej ze znacznej głębokości. Składnikami skał głębi­nowych są również granaty, oliwin (chryzolit), labrador i in.

Magma może przemieszczać się w skorupie ziemskiej i zasty­gać na różnej głębokości. Niekiedy przez kratery wulkanów może wydostawać się na powierzchnię ziemi, gdzie wskutek spadku ciś­nienia i temperatury szybko krzepnie. Wypływająca na powierz­chnię ziemi magma nosi nazwę lawy, a skały, powstałe wskutek jej skrzepnięcia nazywają się skałami wylewnymi lub wulkanicz­nymi.

Szybko zastygła lawa wulkaniczna tworzy szklistą masę skalną, zwaną obsydianem. Przy powolniejszym stygnięciu pow­stają skały, w których już okiem nieuzbrojonym można stwierdzić obecność różnych wykrystalizowanych minerałów. Są to takie skały, jak bazalty, np. licznie występujące na Dolnym Śląsku w okolicach Złotoryi i Lubania oraz na Opolszczyźnie na Górze Sw. Anny, andezyty występujące w Pieninach, porfiry znane z okolic Krzeszowic na zachód od Krakowa i in.

W skałach wylewnych znajdują się nieraz bardzo drobne kry­ształy szafirów, np. w bazaltach występujących nad Renem lub w Australii. W Ameryce Północnej w Montanie z andezytu otrzy­muje się szafiry o wartości handlowej. Niektóre opale i agaty po­wstały z roztworów krzemionkowych, które wydostały się wraz z lawą na powierzchnię ziemi.

Forma minerałów wydzielających się z magmy zależy od warunków jej zastygania. Krystalizacja magmy jest zjawiskiem bardzo złożonym, zależnym od pierwotnego jej składu oraz od warunków, w jakich zastyga. Inaczej bowiem przebiega krysta­lizacja minerałów w magmie, która wdarła się w skały znajdują­ce się na dużej głębokości i inaczej przebiega ona w magmie wy­lanej na powierzchnię ziemi w postaci lawy. Ponieważ różne sub­stancje krystalizują w różnej temperaturze, w magmie stygnącej powoli pod przykryciem innych skał stopniowo tworzą się różne minerały w miarę spadku temperatury. Kryształy wydzielające się w magmie w pierwszej kolejności mogą zachować prawidłowe geometryczne formy tylko wtedy, gdy proces krystalizacji magmy zostanie przerwany. W przeciwnym bowiem przypadku krystali­zacja i wzrost kryształów innych minerałów powoduje wzajemne zrastanie i przerastanie się kryształów oraz przybieranie przez nie form nieprawidłowych ziarn. 

Jeśli proces powolnego stygnięcia magmy zostanie gwałtow­nie przerwany, np. wskutek jej wylewu na powierzchnię ziemi, gdzie w wyniku nagłego oziębienia szybko zastyga, tworząc szklis­tą lub drobnokrystaliczną masę, zachowują się w niej wcześniej wydzielone kryształy o postaciach prawidłowych, zwane prakryształami. Tkwią one w drobnoziarnistej masie skalnej, czyli w tzw. cieście lub tle skalnym, albo też w szkliwie.

Najważniejszymi lotnymi składnikami magmy są: para wodna H-A dwutlenek węgla C0₂, dwutlenek siarki S0₂, siarkowodór H₂S, fluor F, chlor Cl i in. Składniki te mogą utrzymywać się w stanie rozpuszczonym w gorącej magmie tylko wtedy, gdy znaj­duje się ona w głębi skorupy ziemskiej pod wielkim ciśnieniem leżących wyżej mas skalnych. Dlatego też na tworzenie się skał głębinowych oddziaływują zawarte w magmie pary i gazy. Tylko niewielka ich część może ujść z magmy i przenikając w otaczają­ce ją skały może do pewnej odległości od magmy przeobrazić je i spowodować powstawanie nowych minerałów. Przeobrażenia w sąsiedztwie skały magmowej, które nastąpiły pod wpływem ciepła i Lotnych składników wydobywających się z magmy, noszą nazwę metamorfozy kontaktowej. W ten sposób powstały rubiny w Birmie. Występują one w marmurach dolomitycznych, utwo­rzonych z wapieni dolomitycznych pod działaniem magmy grani­towej. Podobne jest pochodzenie rubinów i szafirów w Syjamie, jak również szmaragdów w Kolumbii. Występują one w szczeli­nach żył kalcytowych przecinających czarne łupki wapniste.

Powstanie typowych skał magmowych nie kończy procesu krystalizacji magmy. Po wykrystalizowaniu bowiem głównych minerałów skałotwórczych zwykle jeszcze pozostają pewne ciekłe i gazowe resztki magmy, w których gromadzą się rozmaite rzad­sze pierwiastki. Z resztek tych mogą powstać różne złoża mine­ralne w trakcie procesów pomagmowych, w których wyróżnia się zwykle 3 etapy:

1) Etap pegmatytowy związany jest z krystalizacją w tem­peraturze powyżej 575°C resztek magmy krzemianowej silnie wzbogaconej w pary i gazy. Charakterystyczną cechą tego etapu jest wydzielenie się pospolitych minerałów skałotwórczych, np. skaleni, kwarcu, muskowitu, w postaci bardzo dużych kryształów, a oprócz nich powstanie rozmaitych minerałów rzadszych.

2) Etap pneumatolityczny wiąże się z działaniem przegrza­nych, par o temperaturze 400—600°C, uboższych w składniki krze­mianowe. Dzięki dużej prężności, pary te uchodzą w. górne partie zbiornika magmowego, gdzie wydzielają się z nich minerały, np. halogenki różnych rzadkich pierwiastków.

3) Etap hydrotermalny pozostaje w ścisłym związku z krą­żeniem gorących roztworów, wnikających w skały otaczające zbiornik magmowy i wędrujących nieraz daleko od pierwotnego źródła. W miarę wędrówki i stopniowego ochładzania się roztwo­rów hydrotermalnych aż do zupełnie niskich temperatur nastę­puje wydzielanie się ich składników.

W etapach pegmatytowym i pneumatolitycznym powstają skały żyłowe, zwane pegmatytami. Składają się one z grubokrystalicznych skaleni i kwarcu, obok których częstymi składnikami ubocznymi są takie kamienie szlachetne, jak turmaliny, beryle, chryzoberyle i topazy. Minerały pegmatytowe niejednokrotnie za­wierają pierwiastki występujące w magmie w stanie gazowym, np, bor w turmalinach i fluor w topazach.

W etapie hydrotermalnych powstają liczne żyły i złoża mine­ralne, w których częstymi minerałami są baryt, fluoryt i kwarc w odmianach zaliczanych do kamieni szlachetnych.

Lokalne wzbogacenie skały w pewne minerały mogące two­rzyć złoże mineralne nosi nazwę mineralizacji, Zjawisko to można obserwować zarówno w obrębie skał magmowych, jak i w skałach je otaczających. Złoża mineralne pochodzenia magmowego, zwa­ne żyłami mineralnymi, wypełniają często szczeliny, którymi wydostawały się z magmy gorące pary i roztwory. Minerały krysta­lizujące na ścianach szczelin wykazują często określoną kolejność powstawania.