Khoáng vật
Khoáng vật là một hợp chất hoá học (từ một hoặc vài nguyên tố hoá học) tạo thành trong các quá trình địa chất tự nhiên. Đó là một vật liệu đồng nhất, có cấu trúc mạng tinh thể và thành phần hoá học (công thức hoá học) xác định, đặc trưng bởi các tính chất hoá học và vật lý nhất định, khác với các khoáng vật khác.
Hiện nay người ta đã tìm ra trên 3000 khoáng vật trên Trái Đất, nhưng trong số này chỉ có khoảng trên 100 khoáng vật là có các tính chất cần thiết để con người có thể sử dụng làm đá quý.
Hầu hết các loại đá quý được con người sử dụng cho đến nay đều là các vật liệu thuộc về phần trên cùng của Trái Đất – vỏ Trái Đất. Đó là các loại khoáng vật, các loại đá và các vật liệu khác, được con người sử dụng vào mục đích làm đẹp cho mình (trang sức, trang trí, mỹ nghệ). Vì vậy, khái niệm “đá quý” gắn chặt với các khái niệm “khoáng vật”, “đá” và “khoáng sản”.
Khoáng vật là các hợp chất tự nhiên được hình thành trong quá trình địa chất. Thuật ngữ “khoáng vật” bao hàm cả thành phần hóa họccủa vật liệu lẫn cấu trúc khoáng vật. Các khoáng vật có thành phần hóa học thay đổi từ dạng các nguyên tố hóa học tinh khiết và các muối đơn giản tới các dạng phức tạp như các silicat với hàng nghìn dạng đã biết. Công việc nghiên cứu khoáng vật được gọi là khoáng vật học.
Có hơn 5.300 loại khoáng vật được biết đến; hơn 5.070 trong số này đã được sự chấp thuận của Hiệp hội Khoáng vật học quốc tế(IMA). Nhóm khoáng vật silicat chiếm hơn 90% vỏ Trái Đất. Sự đa dạng và phong phú của các loại khoáng vật được điều khiển bởi thành phần hóa học của Trái Đất. Silic và ôxy chiếm khoảng 75% vỏ Trái Đất, mà chúng chủ yếu nằm trong các cấu trúc của các khoáng vật silicat. Các loại khoáng vật được phân việt bởi nhiều tính chất vật lý và hóa học. Sự khác biệt về thành phần và cấu trúc tinh thể sẽ tạo ra các loại khoáng vật khác nhau, và các tính chất này đến lượt nó lại bị ảnh hưởng bởi môi trường địa chất mà khoáng vật đó được thành tạo. Những thay đổi về nhiệt độ, áp suất, và thành phần của khối đá có thể kà nguyên nhân làm thay đổi đặc điểm khoáng vật học của nó; tuy nhiên, một loại đá có thể duy trì thành phần của nó, nhưng sự thay đổi về lâu dài về nhiệt độ và áp suất thì tính chất khoáng vật học của nó cũng có thể thay đổi theo.
Các đặc điểm vật lý của khoáng vật bao gồm: cấu tạo tinh thể, kích thước và độ hạt của tinh thể, song tinh, cát khai, ánh, màu bên ngoài của khoáng vật (màu giả sắc), và màu của bột khoáng vật khi mài ra (màu thực của khoáng vật), độ cứng và trọng lượng riêng v.v.
Phân loại các khoáng vật có thể là rất đơn giản mà cũng có thể là rất khó. Một khoáng vật có thể được nhận biết bằng một vài tính chất vật lý, một vài tính chất đó cũng đủ để nhận biết một cách tổng thể mà không gây hiểu nhầm. Trong các trường hợp khác, các khoáng vật chỉ có thể được phân loại khi thực hiện các phân tích hóa học phức tạp hay nhiễu xạ tia X; tuy nhiên, các phương pháp này là tốn kém và mất nhiều thời gian.
Các tính chất vật lý cơ bản hay được sử dụng là:
Cấu trúc tinh thể
Cấu trúc và hành vi tinh thể (Tinh hệ): Một khoáng vật có thể thể hiện hành vi hay dạng tinh thể rõ nét hay có thể là dạng khối lớn, bột hay khối đặc với các tinh thể chỉ nhìn thấy được ở dạng vi thể.
Các tinh thể được xếp vào 7 nhóm chính dựa trên chiều dài của 3 trục tinh thể học, và các góc giữa các trục này. Bảng bên dưới thể hiện tóm tắt các thông tin, trong d0o1 a, b, và c là các trục, và α, β, γ lần lượt là các góc đối diện trục tinh thể học (ví dụ α là góc đối diện trục a, tức là góc tạo thành bởi trục b và c):
Các khoáng vật tạo đá
Yếu tố xác định chủ yếu trong sự hình thành các khoáng vật trong khối đá là thành phần hóa học của khối đá đó, đối với một khoáng vật cụ thể nào đó thì nó chỉ có thể hình thành khi các nguyên tố cần thiết phải có mặt trong đá. Canxit là phổ biến nhất trong các loại đá vôi, do chúng chủ yếu bao gồm cacbonat canxi; thạch anh trong các loại sa thạch (đá cát) và trong một số loại đá phún xuất với tỷ lệ phần trăm lớn là silica (điôxít silic).
Các yếu tố khác cũng có tầm quan trọng tương đương trong việc quyết định các khoáng vật tạo đá được hình thành ngay từ đầu một cách tự nhiên hay do phát sinh thứ cấp là (i) cách thức đá được hình thành từ trong dung dịch, nước hay đá gốc và (ii) các giai đoạn mà đá đã trải qua để có được các kết cấu như hiện tại của mình. Hai khối đá có thể có thành phần hóa học khá tương đồng nhưng lại được cấu thành từ các kết hợp khác hẳn nhau của các khoáng vật. Xu hướng chung cho các hợp chất này được hình thành là sự ổn định theo các điều kiện mà khối đá được sinh ra. Granit được hình thành do sự đông đặc của macma nóng chảy ở nhiệt độ cao và áp suất lớn và các khoáng vật thành phần của nó cũng được hình thành trong các điều kiện như vậy. Khi bị sự ẩm ướt, axit cacbonic và các tác nhân cận không khí khác tác động ở điều kiện nhiệt độ bình thường trên bề mặt Trái Đất, một số khoáng vật nguyên thủy này, như thạch anh hay mica trắng (muscovit) không bị biến đổi; trong khi các khoáng vật khác bị “phong hóa” hay phân rã và bị thay thế bằng các tổ hợp mới. Fenspat chuyển hóa thành cao lanh, muscovit và thạch anh, và nếu mica đen (biotit) cũng có mặt thì nó sinh ra cả clorit, apidot, rutil và các khoáng vật hay các hợp chất khác. Các thay đổi này còn kèm theo sự phân hủy và đá chuyển thành dạng khối đất rời rạc, mềm xốp có thể được coi như là đất hay cát. Các vật liệu được hình thành như vậy có thể bị rửa trôi và trầm lắng hình thành nên sa thạch hay đá mạt. Cấu trúc của đá nguyên thủy bị thay thế bằng cấu trúc mới; thành phần khoáng vật cũng biến đổi rõ nét; nhưng thành phần hóa học của cả khối có thể không có khác biệt lớn. Đá trầm tích có thể một lần nữa lại trải qua những lần biến thái khác. Nếu đá phún xuất thâm nhập vào thì nó lại có thể tái kết tinh hoặc nếu bị đè nén dưới áp suất cao cùng nhiệt và chuyển động, chẳng hạn như có mặt trong kiến tạo các nếp oằn các dãy núi, thì nó có thể chuyển hóa thành gơnaimặc dù không khác biệt gì nhiều trong thành phần khoáng vật nhưng có khác biệt đáng kể về cấu trúc với granit là trạng thái ban đầu của nó[5].