Markus Lindholm
På skolen hører det med til pensum at karbon er det sentrale grunnstoffet for planteriket, mens nitrogen er viktig for alle dyr. Finnes det et tilsvarende stoff også for mineralriket? Det gjør det: silisium. I «gamle dager» ble ordet «kisel» benyttet.
Silisium (Si) er uten sammenligning det vanligste grunnstoffet i den øvre delen av jordskorpen. Det forekommer imidlertid aldri rent. Det er alltid bundet til aluminium, oksygen, natrium, kalium, jern eller andre elementer, og gjerne også litt vann. Forbindelsene kalles silikater.
Silikater er nøkkelkomponentene i de fleste vanlige mineraler. Det gjelder feltspat, glimmer og pyroksener, men også hundrevis av andre, dels også svært kompliserte kjemiske forbindelser. Silikater utgjør faktisk om lag 90 prosent av jordskorpen, men blir mer sjeldne i dypere lag av Jordas indre, og finnes ikke det hele tatt i kjernen.
Men selv om silisium er vanlig i jordskorpen, tas det merkelig nok nesten ikke opp av biota, og inngår heller ikke ofte som noe viktig næringsstoff i organismer. Enkelte protister (encellede organismer) benytter riktignok silisium. Dette gjelder blant annet radiolarier (slektninger av amøber) som kan ha vakkert ornamenterte mikroskjeletter av ukrystallisert silisium.
Kiselalger, som er en av de dominerende planktoniske algegruppene, både i ferskvann og i havet, har også skall av silisium. Noe silisium finnes i gress, og i de mer primitive karsporeplantene, særlig i snelleplanter (Equisetum sp.), men dette er stort sett unntak. I menneskekroppen finnes det litt silisium i hud og bindevev. Øyelinsen, Lens kristallina, inneholder også noe silisium. Men ellers må man lete lenge for å finne organismer eller organer der silisium er viktig.
I det følgende skal vi se nærmere på det mineralet som inneholder mest silisium, nemlig kvarts.
Kvarts i landskapet
Kvarts (SiO2) er et av de vanligste mineralene i jordskorpen. Faktisk er det anslått at mer enn ti prosent av den øvre jordskorpen består av en eller annen form for kvarts. Samtidig er det et av få mineraler som også mange lekfolk kjenner, både fordi det er så vanlig, og fordi det ofte danner tydelige krystaller. Mange, som ellers ikke vet noe om mineralogi, har sett eller funnet bergkrystaller.
Kvarts er også en viktig komponent i mange bergarter. I granitt inngår mineralet sammen med feltspat og amfibol (eller glimmer) som lyse korn. I gneis og fyllitt opptrer kvarts gjerne som hvite eller grå striper, smalt linseformete soner eller bånd, – av utseende nærmest som fett i en spekeskinke. Slike kvarts-slirer kan være små, bare fingerbrede, men de kan også være et par meter brede og flere meter lange.
Helt ren kvarts er glassklar og helt uten farge. Slik kvarts har stor økonomisk interesse fordi det brukes som superledere i nanoteknologi, i datachips og i solceller.
Bergkrystaller, slik man fra gammelt av har funnet dem høyt til fjells i Alpene, og også mange steder her i landet, kan være fullstendig vannklare. Mange av de vakre bergkrystallene som folk har hjemme til pynt stammer fra store sprekksystemer og hulrom (druser) i et lite parti med åsrygger i Mt. Ida, Arkansas, USA.
Norge eksporterer atskillig silisium, særlig i form av ferrosilisium. Ferrosilisium er et halvfabrikat av jern og silisium som brukes til fremstilling av rustfritt stål. I Drag i Nordland har The Quartz Corp. en fabrikk for produksjon av superren kvarts basert på råvarer fra en forekomst i USA.
Individuelle variasjoner
På samme vis som organismer viser mineraler en viss tendens til individuell utvikling, og stedet et mineral har oppstått på, setter sin lokale signatur på krystallform, farge og habitus. Overraskende nok skjer dette ofte i større grad enn for planter og dyr. Slik kan en mineralog som regel raskt si hvor en gruppe kvartskrystaller stammer fra.
Den krystallinske grunnformen til kvarts er i hovedsak den samme overalt. I Brasil finnes det for eksempel bergkrystaller som ble dannet for mer enn én milliard år siden. Men de karakteristiske sekskantsøylene, med pyramiden på toppen, følger likevel det samme prinsippet som de bergkrystallene som ganske nylig ble dannet i de sveitsiske Alpene. Og likevel får krystallene gjerne et preg som er karakteristisk for lokaliteten der de oppsto. Den faktiske utformingen blir forskjellig – som hos mennesker forenes det allmenne og det individuelle på en elegant måte.
Noen steder er krystallene lange og smale, andre steder er de tykke og korte, ved noen forekomster har krystallene karakteristiske striper på overflaten, eller bestemte flater er redusert eller fremhevet. Selv om bergkrystaller ikke er levende, får de fra sted til sted og fra tilfelle til tilfelle en særpreget form, fordi trykk, temperatur og kjemiske forhold varierer.
”Ut av disse varierte betingelsene og mulighetene får hver enkelt krystall sin egen spesielle dannelseshistorie, og oppnår en høy grad av individualisering. Hver krystall får sin spesielle form og ser annerledes ut enn de andre. Og dess mer man lærer krystallene å kjenne, dess mer får man også blikk for bergkrystallenes ”personlige” særpreg”, skriver mineralogen Rudolf Rykart, som har skrevet en monografi om kvarts.
| Mange er glade i kvarts
Fra gammelt av har malmletere kjent til at enkelte planter er indikatorer for metaller i jorden. Slike planter (metallofytter) trives der berggrunnen inneholder bestemte metaller. Derfor finnes de i dag ofte på slagghauger rundt bergverk. For noen år siden oppdaget to brasilianske botanikere en ny kaktusart som ser ut til å ha en slik affinitet overfor bergkrystaller. Planten, som på latin heter Discocactus crystallophilus (”Den runde kaktusen som elsker krystaller”), vokser i 700 meters høyde i tørre steppeområder i Brasil. I det aktuelle området er mange bergkrystaller blottlagt, og planten vokser oftest midt blant krystallene. Det kan tenkes at den nyttiggjør seg den høye refleksjonen krystallflatene skaper for å drive fotosyntese også på undersiden av «bladene». |
Fine navn – fine krystaller
Mest kjent er trolig er fiolett kvarts.
Ametyst ble lenge regnet blant de mest kostbare smykkesteinene, men for hundre år siden ble det oppdaget enorme mengder i basalt i Brasil og Uruguay, og bunnen gikk ut av ametystmarkedet. I dag ligger det derfor gjerne søramerikansk ametyst i vinduskarmen hjemme hos folk.
Fordi det er snakk om ekstremt små mengder fremmedstoff, er det fortsatt uavklart hva det er som skaper den fiolette fargen. Men de fleste fagfolk mener at den skyldes små mengder jern. Jernet fantes oppløst i væskene som ametystkrystallene vokste frem av, og de ble samtidig utsatt for gammastråling.
I Norge har det de siste tiårene blitt funnet store, fiolette ametystkrystaller i sprekker i grunnfjellsgneis på begge sider av Mjøsa. I Gjøvik ble det for eksempel funnet fine ametyster da idrettsanleggene for Vinter-OL i 1994 ble bygget. Senere ble det også funnet store ametyster på østsiden av Mjøsa, særlig i Stange. Den omfattende veibyggingen som nå pågår langs E6 på østsiden av Mjøsa vil kanskje åpne nye sprekker med ametyst og bergkrystaller.
Kvarts kan også være brun eller nesten brunsvart. Den kalles da røykkvarts, eller morion. Slik mørkebrun kvarts finnes blant annet i hulrom og sprekksoner i granitt på Hurumlandet, vest for Oslofjorden. Fargen oppstår når vannklare krystaller utsettes for gammastråling. Faktisk er mange av røykkvartsene vi kjøper i butikker opprinnelig lyse bergkrystaller. Senere har de blitt behandlet med stråling av samme type som brukes til å fjerne bakterier fra krydder og enkelte importerte grønnsaker. Brunfargen kan også av og til være assosiert med små forurensninger av aluminium.
Kvarts finnes også i rosa farge. Rosenkvarts opptrer særlig som massive klumper i svært grovkrystallinsk granitt (pegmatitt), og det eksporteres rosenkvarts fra både Brasil, USA og Mosambik. Fargen skyldes mikroskopiske inneslutninger av titan, mangan og jern, og fibrene av titan kan være orientert slik at gjenskinnet danner et stjerneskinn av lys, såkalt stjerne-rosenkvarts.
Gyllengule kvartskrystaller – Citrin – finnes også. De er svært sjeldne, men er mest vanlig et par steder i Uralfjellene. I Norge har det vært funnet noe citrin i granitten på Hurumlandet og i Finnmark. Oppvarmet ametyst fra Brasil selges under navnet citrin. Under slik behandling skifter ametysten farge og blir brungul.
Bergkrystaller og kvarts kan ha særegne inneslutninger, for eksempel i form av hårtynne messingfargete nåler av titanmineralet rutil som ligger på kryss og tvers inne i krystallene. Slike bergkrystaller kalles sagenitt.
En liten åsrygg ved byen Prieska i Sør-Afrika består av en merkverdig kvartsmasse som er gjennomvokst av brune, glinsende fibre av asbest (en gruppe fibrøse mineraler). Når den slipes, blir det til en vakker smykkestein, tigerøye, som selges i butikker over hele verden.
Kun mekanisk forvitring
Kvarts forvitrer ikke kjemisk. I stedet sprekker det opp og blir til små partikler som så ledes dit vann og vind fører dem. Sanddynene i Sahara så vel som lyse badestrender, enten de ligger i Lofoten eller på Kanariøyene, består i det alt vesentligste av kvartskorn. De har riktignok blitt slipt runde og glatte, fordi de ustanselig gnis mot hverandre, men kjemisk er de uforandret.
Kryptokrystallinsk kvarts
En underlig egenskap ved kvarts er at mineralet, på tross av at det altså lett danner velutviklede krystaller, også er utbredt i en annen tilstand, nemlig som finkornete, vokslignende masser, gjerne i farger som lys blå, brunlig, rødlig eller gyllengul. Dette er submikroskopiske krystallmasser (moganitt).
Slike kryptokrystallinske masser kalles også med en fellesbetegnelse kalsedon. Kalsedon dannes blant annet som utfellinger i hulrom og druser, eller langs sprekker i basalt og lava, men oppnår aldri bergkrystallenes klarhet. Velkjente former for kalsedon er agat, der bånd på bånd av ulike farge er felt ut i lag, som rød jaspis eller svart onyx.
I en del kalkrike bergarter har silisiumandelen klumpet seg til knoller som senere skilles ut som flint. Forsteinet tre oppstår ved at trestokker har kommet i kontakt med silisiummettet vann, der cellevegger og trefiber gradvis er blitt erstattet med kalsedon.
Ulike fargevarianter av kalsedon, enten det er onyx, jaspis, karneol, krysopras eller agat, har vært populære smykkesteiner i mange ulike kulturer, både fordi de har vakre farger, og fordi de er lettere å forme og slipe enn bergkrystall.
Kalsedon og flint har også gjennom menneskets utvikling vært råstoff for viktige steinredskaper, som skraper og pilspisser.
Opal – litt spesiell
Opal er en særegen form for kvarts. I enkelte tilfeller kan den være en kostbar smykkestein. Den genererer et fabelaktig glitrende fargespill, i blålig grønt og oransje. De mest spektakulære opalfunnene er knyttet til tørre strøk, som i Australia eller i Mexico, der opal dannes i sand, grus og løsmasser, hvor væske overmettet på silisium kan felles ut i sprekker eller små lommer.
Opal har ingen stabil molekylstruktur, og denne formen for kvarts danner derfor ikke krystaller, bare uformelige masser. Også organisk kvarts, som i skallet til kiselalger eller radiolarienes skjelett, består av ukrystallisert opal-kvarts. Desto mer forbløffende at de danner så tydelige krystall-lignende former.
Bergkrystallene på Hardangervidda
Herman Løvenskiold, mangeårig naturfagslærer og en av landets dyktigste mineralsamlere, gjorde et oppsiktsvekkende mineralfunn med de store forekomstene av bergkrystall på Hardangervidda. Krystallene var delvis bestrødd med dyp blå eller grå blanke krystaller av et annet mineral, anatas.
Løvenskiold forteller: «En gang fulgte jeg en elv, vannet følger gjerne en forkastning eller en svakhetssone, og i elven lå det mengder av istykkerslåtte store klare bergkrystaller. På disse krystallene satt det også noen mørkeblå delvis klare tetragonale krystaller; et titanoksid som kalles anatas. Det ble stadig flere av dem, men alt var knust og slått etter å ha deiset utfor fjell og elv. På et bestemt sted var det slutt med krystallene. En bratt snøbre på 10-15 meter strakte seg helt ned til elven og bak den var det en mørk, steil fjellvegg.
Jeg klatret opp på breen og kom frem til fjellveggen. Der hadde det smeltet såpass at jeg kunne smyge meg ned. Spent krøp jeg mellom breen og fjellveggen. Der åpnet fjellet seg; jeg så rett inn i en lang trang huleåpning. Jeg hadde lett etter noe sånt i mange år på Hardangervidda, så det tok litt tid å bli klar over om det var drøm eller virkelighet. Hele huleåpningen var full av løse, store klare bergkrystaller – også med anatas. Jeg krabbet innover med dårlig lys, men nok til at jeg kunne se hvordan det glinset i krystaller hele veien. Det var tydelig at det hadde vært bevegelser i fjellet som hadde knust mange krystaller allerede her inne i hulen, og noen virkelig hele grupper med krystaller var ikke å se. Innerst i hulen, ca. 15 meter inne i fjellet, var det en vertikal kvartsvegg, men jeg kunne høre at det var hult bak den når jeg slo på den. Og her ble jeg sittende og banke på veggen det meste av den påfølgende natten. Utpå morgensiden brast veggen og jeg kunne krype inn i et druserom som nesten var intakt. Det funklet i krystaller fra gulv til tak.»
De flotteste stykkene fra dette funnet er utstilt på Geologisk Museum i Oslo og på Bergverksmuseet på Kongsberg.