«Hva slags stein er dette?» spør folk ofte. De er ute etter et navn på det mineralet eller den bergarten de har funnet. Svaret er ikke alltid så lett å gi, fordi både form, størrelse og farge kan variere mye innen samme type mineral eller bergart. Derfor er de mye vanskeligere å bestemme enn fugler, fisker og blomster.
Viktig feltkjennetegn
Et mineral identifiseres entydig ut fra sin kjemiske sammensetning, men de færreste har tilgang til avanserte analyseapparater og er derfor forhindret fra å foreta en sikker bestemmelse.
Fysiske egenskaper kan derimot enkelt undersøkes av alle og enhver. Ikke minst hardheten. Dette er en egenskap som omtales i enhver lærebok i geologi, og mange lærer også om den i skolen, men hvem hadde ideen til denne skalaen, og hvordan er den definert?
På 1700- og 1800-tallet var det blomstringstid for å systematisere naturen. Svensken Carl von Linne (1707-1778) utga sitt store verk Systema Naturae (første gang i 1735) for å bringe system i plante- og dyreverdenen. Arbeidet fikk stor oppmerksomhet, og han forsøkte seg også på mineralene, men her lyktes han ikke.
Tidlig på 1800-tallet fantes det således ikke noe klart system for å ordne de ulike mineralene. Riktignok forelå det en kjemisk beskrivelse av de ulike mineralgruppene, men den kjemiske teknikken hadde på den tiden klare begrensinger. I moderne tid klassifiseres fortsatt mineraler etter sitt kjemiske innhold, men fysiske egenskaper som hardhet er like fullt en egenskap som fortsatt finner anvendelse, ikke minst som feltkjennetegn.
De greske naturfilosofene var tidlig ute med å sammenlikne innbyrdes hardhet på mineraler. De skjønte blant annet at diamanter fra India kunne lage riper i kvarts, men ikke omvendt. Plinus den eldre (23 – 79 e. Kr.), romersk naturforsker, viste senere til at ulik hardhet kunne skille falske diamanter fra ekte vare.
Inspirert av Abraham Werner
Carl Friedrich Christian Mohs ble født i den tyske byen Gernrode 29. januar 1773. Faren var kjøpmann, og sønnen fikk derfor muligheten til å ta en god utdannelse. Han valgte fysikk, kjemi og matematikk, og fortsatte senere med studier ved bergverkakademiet i Freiberg i Tyskland.
I Freiberg virket også professor Abraham Werner som hadde en fremtredende plass innen mineralogien, og som skulle inspirere Friedrich Mohs interesse for mineraler. I 1801 flyttet Mohs til Østerrike. Der hadde han to jobber, dels som gruveformann for Neudorf-gruven i det østlige Hartz, og dels hadde han ansvaret for en stor, privat mineralsamling, tilhørende den formuende bankmannen J.F. van der Null.
Det var en del av jobben med mineralsamlingen å bestemme ukjente mineraler og systematisere hele samlingen i ulike kategorier. Mohs begynte derfor å lete etter egenskaper som kunne brukes til mineralklassifikasjon. Det var da han utviklet systemet med å bruke fysiske egenskaper hos de forskjellige mineralene, noe som brøt med den kjemiske grupperingen som var rådende på den tiden.
Mohs merket seg også at noen mineraler var bløte og kunne ripes av andre mineraler. En ripetest ble utviklet med utvalgte mineraler som referanse på en skala fra 1 (bløtest) til 10 (hardest). Mohs metode ble imidlertid sterkt kritisert av det rådende, akademiske mineralmiljøet på den tiden. De betraktet skalaen som uvitenskapelig og for manglende teoretisk grunnlag.
Mohs var ikke den første som hadde lagt merke til og benyttet ulike hardhetsgrader for å skille mineraler fra hverandre. Men det var han som utviklet hardhetsskalaen, eller – mer korrekt – ripeskalaen.
I 1812 flyttet Mohs til Graz der han arbeidet for erkehertug Johann sitt nyopprettede museum og akademiske senter, i dag er det kjent som Technische Universität Graz. Her ble han professor samme år, og det var her han ferdigstilte sitt arbeid om hardhetskalen.
Seks år senere flyttet han videre til Freiberg. Dr. Werner, som hadde vært en inspirasjonskilde, var nå død, og Mohs overtok stillingen hans på bergverksakademiet, Technische Universität Bergakademie Freiberg. Denne posten holdt han til 1826, da han flyttet til Wien hvor han ble ansatt som professor i mineralogi.
Friedrich Mohs døde 1839 i en alder av 66 år under en reise til Italia.
Ingen rettlinjet skala
Selv om det er den kjemiske sammensetningen som faktisk definerer et mineral, er det fortsatt nyttig å bruke fysiske kjennetegn for å identifisere dem. Kløv og bruddflater, sammen med relativ hardhet eller ripefasthet, er enkle og nyttige metoder for enhver mineralsamler.
Alle som er interessert i mineraler bør derfor skaffe seg en referanse med standardmineraler. Om den ikke inneholder diamant – det hardeste stoffet – er vel ikke det så farlig.
Materialer fra hverdagen kan også brukes som referanse: fingernegl (hardhet på 2,5), kobbermynt (3), knivblad (5,5), glassplate (5-6), stålfil (6,5-7,0) eller porselenssikring (7). Det finnes også metallspisser i ulike hardhetsgrader. Gull har for øvrig hardhet på bare 2,5. Gull kan derfor lett skilles fra pyritt (6,5), såkalt falskt gull («fool’s gold»).
Ved å sammenligne ripefastheten med disse referansene, er det lett å gi et anslag på hvor mineralet befinner seg på skalaen.
Mohs skala har likevel en del begrensninger. Først og fremst er den ikke rettlinjet. Mellom 3 og 4 er forskjellen bare ca. 25 prosent, men mellom 9 og 10 er den om lag 300 prosent.
Absolutt hardhet
Det er vanskelig å teste hardheten på sprø materialer ved å ripe i dem. Så selv om det er en god feltmetode, er den ikke så praktisk til å måle metaller og keramiske materialer i industrien. Der brukes stedet et sklerometer for å måle absolutt hardhet. Sklerometeret ble først konstruert av Thomas Johann Seebeck i 1833. Det fungerer slik at en stålspiss eller diamant risser med kjent belastning i et materiale. Hardheten måles så av rissets dybde og form. Eksempler på slike nøyaktige hardhetsskalaer er «Vickers hardhet» eller «Knoop hardhet».
Praktisk bruk
Topas, beryll og korund er med høy hardhet lette å identifisere. Likeså bløte mineraler som talk, fluoritt og kalsitt. Metoden med å ripe i ulike mineraler er fortsatt et viktig kjennetegn for å skille enkelte grupper mineraler, og ikke minst smykkestener som er hardere en kvarts. Andre mineraler er vanskeligere å benytte hardhetskalen på. I Norge er at mange mineraler harde, fra feltspat (6) og oppover. Av sekundærmineralene, som ofte har lavere hardhet, er det et betydelig antall som vi ikke har i Norge. Isbreene har fjernet slike bløte og mer løselige elementer fra «mineralfloraen» vår.
Harde mineraler og metaller er viktige i industrien, som slipemiddel, boring og fresing eller til spesialinstrumenter. Syntetisk korund («rubin» og «safir») tåler mye slitasje, og ultraharde mineraler som perfekte, syntetiske diamanter eller mineraler med helt kunstig kjemi brukes for presisjonsarbeid.
Det har lyktes å lage stoffer som har tilsvarende hardhet som diamant, dvs. med hardhet like under 10 på Mohs skala. Bornitrid (kjemisk formel: BN) har samme atomoppbygging som diamant, men er i tillegg mer stabil for varme og kjemiske påvirkninger. Stoffet har derfor stor betydning industrielt. I 2009 ble en naturlig forekomst av bornitrid funnet som nytt mineral i Tibet – «qingsongite».
Mohs skala er en relativ og litt tilfeldig skala på ripefasthet, og forskjellen mellom de ulike nivåene kan variere mye i forhold til absolutt hardhet. Absolutt hardhet er derimot fastlagt under kontrollerte laboratorieforsøk, men denne skalaen brukes bare i liten grad. Mohs metode er enkel og grei å benytte.
Mohs hardhet 1
Absolutt hardhet 1
Talk, Mg3Si4O10(OH)2
Talk er et hvitt eller lysegrønt mineral som blant annet finnes i bergarten kleberstein, og denne benyttes derfor til utskjæringer (i for eksempel Nidarosdomen). Talk er et omvandlet mineral, og beste kvalitet er dersom opprinnelsen var serpentin. Talkpulver benyttes for øvrig i matvarer, med E-nummer 553b. I Altermark nord for Ranafjorden i Nordland var det tidligere drift på talk.
Mohs hardhet 2
Absolutt hardhet 3
Gips – CaSO4 x 2H2O
Gips forekommer oftest som mer eller mindre gjennomsiktige flak med god kløv og ofte som tvillinger (selenitt). En finkornig, hvit til nesten fargeløs variant kalles alabast. Mineralet er meget vanlig og er dannes fra inndamping av sjøvann eller fra porevæsken i bergarter. Det kan også dannes kjemisk der kalk reagerer med svovelsyre fra vitret pyritt. Svellingen av bergarten kan da bli et problem for bygninger og andre strukturer.
Mohs hardhet 3
Absolutt hardhet 9
Kalsitt (kalkspat) – CaCO3:
Kalsitt kjenner alle, og hvem har ikke hørt om testen med fortynnet syre for å se om det bruser? Men kalsitt er også lett å ripe, og er så vidt hardere enn en fingernegl. Selv om ren kalsitt er hvit (eller har klare krystaller med dobbeltbrytning), kan det ha nesten alle farger – også mørk grå dersom det er et høyt organisk innhold (som i Oslofeltet). Kalsitt er også kjent for å ha hundrevis av ulike krystallformer. En spesiell form for kalsitt (søvitt) finnes i Fensfeltet og er dannet ved vulkansk aktivitet.
Mohs hardhet 4
Absolutt hardhet 21
Fluoritt (flusspat) – CaF2
Flusspat forekommer ofte i flotte farger, hvitt, lilla og grønt, men også som klare krystaller. Mineralet er en kilde til å fremstille fluor, og det benyttes som tilsetning i aluminium- og stålproduksjon. Ikke minst er fluor kjent som tilsetning i tannpasta fordi det styrker tennene.
Fluor kan risses med kniv, men ikke så lett som kalsitt.
Mohs hardhet 5
Absolutt hardhet 48
Apatitt – Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)
Apatitt bygger opp bein og tenner, og er et svært viktig fosfat-gjødsel, evt som beinmel. Alt etter innhold av klor eller fluor, betegnes ofte apatitt som klor- eller fluorapatitt.
Mohs hardhet 6
Absolutt hardhet 72
Feltspat – KAlSi3O8
Feltspat har gjerne større bruddflater og opptrer i større mengder blant annet i pegmatitter, der de utvinnes industrielt. Avhengig av kjemisk sammensetning grupperes de som kalifeltspat (med kalium) med blant annet ortoklas og mikroklin, albitt (med natrium) eller anortitt (med kalsium). Amazonitt er en grønn feltspatvariant, som kan benyttes som halvedelsten. Alkalifeltspater er blandinger av ortoklas og albitt, mens plagioklaser er blandinger av albitt og anortitt. Fargen kan variere fra hvit til grå og rosa, men de er så harde at de ikke ripes med kniv, men så vidt kan risse glass.
Mohs hardhet 7
Absolutt hardhet 100
Kvarts – SiO2
Kvarts er det mineralet som forekommer svært vanlig i jordskorpen. Det kan risse glass, men vær klar over at det er mange typer glass, og noen er hardere enn andre. Som kjent opptrer kvarts i mange farger: sort røykkvarts, rosa rosenkvarts, klare bergkrystaller, gule citriner og lilla ametyst. Det kan ha krystallform eller være amorft som opal og agat. Ofte finnes kvarts i årer med hvit melkekvarts. Hardhet og mangel på kløv er gode feltkjennetegn.
Mohs hardhet 8
Absolutt hardhet 200
Topas – Al2SiO4(OH-,F-)2
Siden topas er såpass hard, er det benyttet som smykkesten. Da er den gjennomsiktig og krystallinsk. Som regel er topas fargeløs, men kan også være lys blå eller gul-gulbrun til rød. Som for mange smykkesteiner kan de varmebehandles og bli mer rosa eller blå. Topaskrystaller kan minne om bergkrystall, men former ikke «blyanter» som kvartskrystallene. På grunn av høy hardhet, kan topas noen ganger vaskes ut av elveleier som har erodert ut topas-krystallene fra den opprinnelige bergarten.
Beryll (Be3Al2Si6O18) har samme hardhet som topas.
Mohs hardhet 9
Absolutt hardhet 400
Korund – Al2O3
I smykkestenkvalitet forekommer korund (oftest) som blå smaragd eller rød rubin. Men den er mer vanlig som et brunrødt mineral, gjerne i flate, sekskantede krystaller som kan finnes i omdannede bergarter som glimmerskifer (Froland). På grunn av svært høy hardhet (dobbelt av topas), brukes det mye som slipe- og skjæremiddel, ofte kunstig fremstilt. Syntetiske edelstener av korund er også meget vanlige.
Mohs hardhet 10
Absolutt hardhet 1600
Diamant – C
Diamant oppstår fra karbon under svært stort trykk. Det er fire ganger hardere enn korund og er det hardeste mineralet vi kjenner. På grunn av høy brytningsindeks for lys, gir slipte diamanter et unikt fargespill. Diamanter forekommer i mange farger, og slett ikke bare som klare krystaller. Industridiamanter fremstilles kunstig, mange tonn årlig. Syntetiske zirkoner utgis ofte for å være diamanter, men de har hardhet på kun 8,5.