מינרלי חרסית

קאוליניט

מינרלי חרסית – קבוצה של מינרלים השייכים לקבוצת המינרלים הפילוסיליקטים (סיליקטים במבנה של לוחיות).

מינרלי חרסית הם מינרלים יציבים מאוד שהם תוצרים של בלייה או של פעולת תמיסות מימיות חמות (מקור הידרותרמי) על פלדספטים (פצלות השדה) ומינרלים אחרים (אך לא קוורץ). המינרל מאופיין בגביש זעיר הבנוי מסיליקה (SiO₂) ואלומינה (Al₂O₃) ובנטייה לספוח מים. בחלק מהמינרלים יש כמות משתנה של ברזל, מגנזיום, מתכות אלקליות, תחמוצות של מתכות אלקליות עפרוריות וקטיונים נוספים. למינרלי חרסית יש מבנה דומה לנציץ, והם בנויים מלוחיות משושות.

מינרלי חרסית נפוצים מאוד בסלעי משקע המכונים לוטיטים או פליטים (lutitites, pelites), סלעים קלאסטיים השייכים לקבוצת סלעים בעלי גרגיר עדין הקטן מ-60 מיקרון, כדוגמת אבן טין (Silt), שגודל הגרגירים שלה בין 1/16 ל-1/256 מ"מ וחרסית – סלע שגודל גרגיריו קטן מ-1/256 מ"מ. מינרלי חרסית נפוצים גם בסלעים מותמרים בעלי גרגרים דקים כדוגמת צפחה ופיליט.

במינרלי החרסית נעשה שימוש בתעשיית הקרמיקה, בקידוחי מים ונפט, בבניין ובייצור נייר. למינרלי חרסית חשיבות בחקלאות שכן מינרלי החרסית הם מרכיבים משמעותיים בקרקע, וכמותם ומהותם קובעים במידה רבה את תכונות הקרקע.

מבנה

כמו כל הפילוסילקטים מאופיינים מינרלי החרסית במבנה של לוחיות זעירות ברוחב של מספר אנגסטרם. במבנה הבסיסי יש שני סוגי שכבות. סוג אחד הוא שכבה של ארבעונים (טטרהדרונים) של סיליקה (SiO₄). שלושה מתוך ארבעת אטומי החמצן שבסיליקה נמצאים במישור השכבה ומתחברים לאטומי חמצן של הארבעונים האחרים באותה שכבה ויוצרים בכך רשת של משושים. אטום החמצן הרביעי בסיליקה המהווה את הקודקוד הרביעי של הארבעון מתקשר עם השכבה הבאה, כאשר כל אטומי החמצן "מצביעים" באותו כיוון. אלומיניום מחליף לעיתים את הצורן בארבעונים.

הסוג השני הוא שכבה הבנויה מתמניונים (אוקטהדרונים – גופים בעלי שמונה מישורים) שבמרכזם אלומיניום ולעיתים מגנזיום וברזל המוקפים באטומים של חמצן או בקבוצת ההידרוקסיל (OH).

סיווג מינרלי החרסית נקבע על פי הצורה בה השכבות של הארבעונים ושל התמניונים מתחברים ללוחיות. המינרל מכונה חרסית של 1:1 כאשר יש שכבה אחת של ארבעונים ושכבה אחת של תמניונים בכל לוחית. המינרל מכונה חרסית של 2:1 כאשר שכבה אחת של תמניונים מקושרת משני צדדיה לשתי שכבות של ארבעונים, בדומה לקבוצת הנציצים. הרכב השכבות של הארבעונים והתמניונים קובע אם הלוחית תהיה נטולת מטען חשמלי או בעלת מטען חשמלי שלילי. דוגמה למצב בו יהיה ללוחית מטען חשמלי שלילי הוא כאשר אלומיניום מחליף את הצורן בארבעון. הסיבה לכך היא שהצורן הוא ארבע־ערכי בעוד שהאלומיניום הוא שלוש־ערכי.

בין הלוחיות מפרידה שכבת ביניים. לעיתים היא ריקה, לעיתים היא מכילה מים, ובמקרה שללוחית יש מטען חשמל שלילי יהיה פיצוי חשמלי בצורת קטיון אשלגן או נתרן שיחבר בין הלוחיות ויהווה את שכבת הביניים. גביש המינרל בנוי מלוחיות הנערמות זו על גבי זו וביניהן יש שכבות ביניים.

סוגים

מינרלי חרסית כוללים את הקבוצות הבאות:

• קבוצת הקאוליניט – הלוחית בנויה משכבה אחת של ארבענים ושכבה אחת של תמניונים, אין שכבת ביניים. הקבוצה כוללת את המינרלים קאוליניט, דיקיט, האלויסיט ונקריט.
  • חלק מהמקורות כוללים גם את קבוצת הסרפנטין בשל דמיון מבני (באילי, 1980)
• קבוצת הסמקטיט – כל לוחית בנויה משכבה אחת של אוקטהדרונים המקושרת משני צדדיה לשתי שכבות של ארבעונים כאשר שכבת הביניים מכילה מים ויונים ספוחים. הקבוצה כוללת את המינרלים פירופיליט, טלק, ורמיקוליט, סאוקוניט, סאפוניט, נונטרוניט ומונטמורילוניט.
• קבוצת האיליט – מבנה הלוחית כמו קבוצת הסמקטיט פרט לעובדה ששכבת הביניים מכילה יוני אשלגן. הקבוצה כוללת מינרל אחד, איליט.
• קבוצת הכלוריט – מבנה הלוחית כמו קבוצת הסמקטיט אלא שלעיתים מתחלפת הלוחית בשכבה בודדת של תמניונים של מגנזיום. הקבוצה כוללת מגוון נרחב של מינרלים בעלי מבנה דומה ושונות כימית ניכרת. קיים ויכוח בין המינרלוגים לגבי שייכותה של קבוצת הכלוריט למינרלי החרסית וחלקם מסווגים את הכלוריט כקבוצה נפרדת בין הפילוסיליקטים.
• סוגים נוספים של מינרלי חרסית 2:1, כדוגמת פליגורסקיט או ספיוליט, הכוללים במבנה הפנימי של המינרל תעלות ארוכות המאפשרות מעבר מים.

למרבית הקבוצות דלעיל קיימות תערובות של מינרלי חרסית. רמת הסידור של המינרלים בתערובת נעה בין אקראית למסודרת, ומתוארת על ידי המונח רייכוויט (Reichweite) שמקורו בגרמנית ופירושו תחום. R0 מתאר סדר אקראי ותערובות בעלת סדר גבוה מקבלות את הסיווג R3. לדוגמה, מאמרים מקצועיים יתייחסו לתערובת איליט-סמקטיט כבעלת רמת סדר של R1. לעיתים מקבלות תערובות של מינרלי חרסית שהן ברמת סדר R1 מושלמת שם משלהן. תערובת כלוריט-סמקטיט בעלת סדר R1 מכונה קורנסיט, ותערובת איליט-סמקטיט בעלת סדר R1 היא רקטוריט.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא מינרלי חרסית בוויקישיתוף

• הסבר על מינרלי חרסית באתר Mineral Galleries (באנגלית)
• אתר הביטאון Clay minerals ניתן לקרוא חלק מן המאמרים (באנגלית)
• The Clay Minerals Society אגודה העוסקת בחקר מינרלי חרסית ומוציאה לאור את הביטאון Clays and Clay Minerals (באנגלית)
• מינרלי חרסית, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
• חרסית, מינרלים, דף שער בספרייה הלאומית