Náttúrufræðingurinn - 2001, Qupperneq 90

STEINDIR OG BERGTEGUNDIR
Orðið steind bjó Trausti heitinn Einarsson til yfir það sem á útlensku nefnist mineral en áður
var kallað steintegund. Algeng skilgreining er á þá leið að steind sé kristallað frumefni eða
efnasamband sem finnst sjálfstætt í náttúrunnar rfki. Dæmi um frumefni sem myndar sjálf-
stæðar steindir er kolefni (C), en það kristallast sem grafít við lágan þrýsting en demantur við
háan. Mörg önnur dæmi eru um kristölluð frumefni í náttúrunni (t.d. gull (Au), kopar (Cu), járn
(Fe)), en miklu algengara er þó að frumefni sameinist og myndi steindir. Hinar algengustu
flokkast í silíköt (sem hafa kísil (Si) og súrefni (O) að uppistöðu, t.d. ólivín: Mg2Si04; plagíó-
klas: CaAl2Si2Og), oxíð (t.d. spínill: MgAl,04; magnetít: Fe304), súlfíð (t.d. járnkís, pýrít:
FeS2; koparkís: CuFeS2), karbónöt (t.d. kalkspat, kalsít: CaC03; dólómít: CaMg(C03)2),
súlföt, fosföt o.m.fl.
Bergtegundireru samsettar úr steindum, oftast mörgum í mismunandi hlutföllum. Þannig er
gosbergið basalt (blágrýti) eða djúpbergið gabbró í meginatriðum plagíóklas + pýroxen, en
einnig er þar að finna magnetít, apatít (fosfat) og oft ólivín. Algeng steindasamsetning gæti verið
58% plagíóklas + 30% pýroxen + 4,5% magnetít + 0,5% apatít + 7% ólivín.
Rhýólít og granít eru gosberg og djúpberg sömu efnasamsetningar. Steindasamsetningin gæti
verið 40% alkalí-feldspat: (Na,K)AlSi3Og + 30% plagíóklas NaAlSi3Og + 6% pýroxen + 1,8%
magnetít + 0,2% apatít + 20% kvars. Dæmi um bergtegund samsetta úr aðeins einni steind er
kalksteinn, gerður úr kalkspati; annað dæmi er kvarsít, gert úr kvarsi (SiO,). Ef efnasamsetning
einstakra steinda í bergi er þekkt, ásamt hlutföllum steindanna, má reikna út efnasamsetningu
bergsins-og öfugt. (Sjáeinnig Stefán Arnórsson 1993.)
Efnakerfi. Þegar skoða skal og skilja flókin ferli náttúrunnar er gjarnan gripið til þess ráðs að
einangra það sem skoða skal og einfalda það svo unnt sé að skilja það til hlítar. Dæmi um slíkt
eru þríhyrningarnir á 1. mynd, en myndir af þessu tagi (efnakerfi, ástandsmynd, e. pliase
diagram) eru mikið notaðar í efnafræði og skyldum greinum, ekki síst bergfræði. Myndir
þessar lýsa „ástandi" efnakerfis sem falli af efnasamsetningu, hita og þrýstingi. Myndimar hér
til hliðar sýna þrjú stig slíkra mynda:
(Ia) Hegðun efnis, t.d. vatns (H,0) í P-T-rúmi (sem fall af þrýstingi og hita). Línurnar skilja
að stöðugleikasvið þriggja hama (fasa), vatns, gufu og íss. Aðeins við einn tiltekinn hita og
þrýsting eru allir þrír hamir saman í jafnvægi; það heitir þrípunktur. Höldum nú föstum
þrýstingi (t.d. þrýstingi andrúmsloftsins, 1 atm.) og hækkum hitann frá a til b. Við a er efnið ís,
það bráðnar og breytist í vatn við mörkin milli íss og vatns og gufar upp við mörkin milli vatns
og gufu. Fyrir vatn við 1 atm. þrýsting eru skurðpunktar bláu línunnar og hinna svörtu við 0°
og 100°C.
(Ila) Ef við bætum við efnisþætti fæst tveggja þátta kerfi, t.d. salt og vatn. Slíkt kerfi er erfitt
að sýna myndrænt í P-T-rúmi vegna þess að myndin er í rauninni þrívíð - breyturnar eru þrjár:
P, T og efnasamsetning X (t.d. styrkur salts í vatninu), sem mynda þrjá ása hornrétta hvern á
annan (Ib). Þetta er venjulega leyst með því að teikna kerfið við ákveðinn þrýsting, t.d. 1 atm.,
sem þá er snið samsíða X-T fletinum.
Mynd (Ila) sýnir 2-þátta kerfið A-B í T-X-rúmi (X er samsetning) við fastan þrýsting. Fyrir
tiltekinn hita og samsetningu er ástand kerfisins ákveðið, svo sem sviðin fjögur á myndinni sýna
(bráð, bráð+kristall A, bráð+kristall B, kristall A+kristall B). Bognu ferlarnir tveir sýna
kristöllunarhita hverrar samsetningar (liquidus-ferill) en lárétta línan gegnum E er bráðnunarhiti
hverrar samsetningar (solidus-ferill) - fyrir ofan liquidus er efnið albráðið, fyrir neðan solidus
er það alkristallað, en á milli ferlanna eru kristallar í jafnvægi við bráð. Kælum nú bráð með
samsetningu og hita a. Samsetningin breytist ekki (línan a-b); þar sem hún sker liquidus byrjar
kristall A að myndast en bráðin breytir sainsetningu með lækkandi hita eftir ferlinum f átt að
punkti E. Sá punktur nefnist lágbræðslupunktur, eutectic, og er hiti og samsetning lægsta
bræðslumarks í kerfinu. Bráðin E er í jafnvægi við kristalla A og B; þeir falla nú út saman uns
kerfið er alkristallað.
168