Kvarts

Kvarts är en hård, kristallin mineral som huvudsakligen består av kiseldioxid (silicon dioxide). Atomer i kvartsen är ordnade i ett kontinuerligt nätverk av SiO4 tetraedrar, där varje syre delar sig mellan två tetraedrar. Detta ger den en kemisk formel av SiO2. Kvarts rankas som det näst vanligaste mineralet i jordens kontinentala skorpa, strax efter fältspat.

Kvarts förekommer i två former, den vanliga α-kvartsen och den högtempererade β-kvartsen, och båda är kirala. Övergången från α-kvarts till β-kvarts sker plötsligt vid 573 °C. Då denna övergång är kopplad till en betydande volymförändring, kan det orsaka sprickbildning i keramik eller bergarter som passerar den här temperaturgränsen.

Det finns många olika varianter av kvarts, några av dem klassificeras som ädelstenar. Kvarts i dess olika former har sedan urminnes tider varit de mest använda mineralen för tillverkning av smycken och hårda stenutskärningar, särskilt i Eurasien.

Kvarts har också den unika egenskapen att vara rankad som mineral nummer 7 på Mohs hårdhetsskala. Detta är en kvalitativ metod för att mäta ett materials motstånd mot repor och nötning.

Historia

Ordet “kvarts” kommer från det tyska Quarz, som har slaviskt ursprung (tjeckiska gruvarbetare kallade det křemen). Andra källor tillskriver ordets ursprung till det sachsiska ordet Querkluftertz, vilket betyder tvärbroert malm.

Kvarts är det vanligaste materialet som identifieras som den mystiska substansen maban i den australiska aboriginska mytologin. Det återfinns regelbundet i passagegravar i Europa i ett begravningssammanhang, som Newgrange eller Carrowmore på Irland. Det irländska ordet för kvarts är grianchloch, vilket betyder ‘solsten’. Kvarts användes även i forntida Irland, liksom i många andra länder, för stenverktyg; både åderkvarts och bergkristall knappades som en del av den prehistoriska teknologin hos forntida människor.

Medan jade sedan tidigaste tider var den mest eftertraktade halvädelstenen för snideri i Östasien och prekolumbianska Amerika, användes de olika varianterna av kvarts mest för olika typer av smycken och hårda stensniderier i Europa och Mellanöstern. Det inkluderade graverade ädelstenar och cameogems, vaser i bergkristall och extravagant skålar. Traditionen fortsatte att producera föremål som var mycket uppskattade fram till mitten av 1800-talet, då den i stort sett föll ur bruk förutom inom smycken. Tekniken för cameos utnyttjar banden av färg i onyx och andra varianter.

Den romerska naturalisten Plinius den äldre trodde att kvarts var vattenis, permanent fruset efter långa tidsperioder. (Ordet “kristall” kommer från det grekiska ordet κρύσταλλος, “is”.) Han stödde den här idén genom att säga att kvarts återfinns nära glaciärer i Alperna, men inte på vulkaniska berg, och att stora kvartskristaller formades till sfärer för att kyla händerna. Den här idén höll sig minst fram till 1600-talet. Han visste också om kvartsens förmåga att bryta ljus i ett spektrum.

På 1600-talet banade Nicolas Stenos studier av kvarts vägen för modern kristallografi. Han upptäckte att oavsett en kvartskrists storlek eller form, så sammankopplades dess långa prismasytor alltid med en perfekt vinkel på 60°.

Kvarts piezoelektriska egenskaper upptäcktes av Jacques och Pierre Curie år 1880. Kvartsoscillatorn eller resonatorn utvecklades först av Walter Guyton Cady år 1921. George Washington Pierce designade och patenterade kvartskristalloscillatorer år 1923. Warren Marrison skapade den första kvartskristalloscillatoruret baserat på Cadys och Pierces arbete år 1927.

Försöken att syntetisera kvarts började på 1800-talet när forskare försökte skapa mineraler under laboratorieförhållanden som efterliknade de förhållanden där mineraler bildades naturligt. Den tyska geologen Karl Emil von Schafhäutl (1803–1890) var den första personen att syntetisera kvarts när han år 1845 skapade mikroskopiska kvartskristaller i en tryckkokare. Kvaliteten och storleken på kristallerna som producerades i dessa tidiga försök var dock dålig.

På 1930-talet blev elektronikindustrin beroende av kvartskristaller. Den enda källan till lämpliga kristaller var Brasilien; emellertid störde andra världskriget försörjningen från Brasilien, så nationer försökte syntetisera kvarts i kommersiell skala. Den tyska mineralogen Richard Nacken (1884–1971) uppnådde viss framgång under 1930- och 1940-talen. Efter kriget försökte många laboratorier odla stora kvartskristaller. I USA kontrakterade USA:s armés signaltrupper med Bell Laboratories och Brush Development Company i Cleveland, Ohio för att syntetisera kristaller efter Nackens förebild. (Innan andra världskriget producerade Brush Development piezoelektriska kristaller för grammofoner.) År 1948 hade Brush Development odlat kristaller som var 3,8 cm i diameter, de största vid den tiden. På 1950-talet användes hydrotermala syntesmetoder för att producera syntet

Kristall struktur

Kvarts tillhör det trigonala kristallsystemet vid rumstemperatur och det hexagonala kristallsystemet ovanför 573 °C. Den idealiska kristallformen är en sexsidig prisma som avslutas med sexsidiga pyramider i varje ände. I naturen är kvartskristaller ofta tvillingkristaller (med två höger- och vänsterhänta kvartskristaller), förvridna eller så sammanvuxna med intilliggande kristaller av kvarts eller andra mineraler att de endast visar en del av denna form eller saknar uppenbara kristallytor helt och verkar massiva.

Välbildade kristaller formas ofta som druser (lager av kristaller som täcker en tomhet), som kvartskristaller exemplifierar på ett utmärkt sätt. Dessa kristaller är fästa i ena änden av den omgivande bergarten, och enbart en termineringspyramid syns. Dubbelt terminerade kristaller uppstår dock när de utvecklas fritt utan fästning, såsom inom gips.

α-kvarts är den vanligaste formen vid låga temperaturer och genomgår en fasövergång till β-kvarts vid högre temperaturer. Denna övergång åtföljs av en betydande volymförändring, vilket kan orsaka mikrofrakturering i keramik och jordskorpan på jorden.

Olika typer av kvarts

Även om många varietetsnamn historiskt sett har härlett från mineralens färg, refererar nuvarande vetenskapliga namnsystem främst till mineralens mikrostruktur. Färg är en sekundär identifierare för de kryptokristallina mineralen, även om den utgör en primär identifierare för de makrokristallina varieteterna.

Förekomst

Kvarts är en definierande beståndsdel i granit och andra felsiska magmatiska bergarter. Det är mycket vanligt i sedimentära bergarter som sandsten och skiffer. Kvarts är en vanlig beståndsdel i skiffrar, gnejser, kvartsiter och andra metamorfa bergarter. Kvarts har det lägsta potentiella förvittringen enligt Goldichs upplösningsföljd och är därför mycket vanligt som ett kvarvarande mineral i bäcksediment och kvarvarande jordar. Generellt sett indikerar en hög förekomst av kvarts en “mogen” bergart, eftersom det tyder på att bergarten har blivit kraftigt omvandlad och kvarts var det primära mineral som har uthärdat kraftig förvittring.

Även om majoriteten av kvarts kristalliseras från smält magma, så utfälls kvarts även kemiskt från heta hydrotermiska årer som ganga, ibland tillsammans med malmmineraler som guld, silver och koppar. Stora kristaller av kvarts finns i magmatiska pegmatiter. Välbildade kristaller kan nå flera meters längd och väga hundratals kilogram.

Den största dokumenterade enskilda kristallen av kvarts hittades nära Itapore, Goiaz, Brasilien; den mätte cirka 6,1 m × 1,5 m × 1,5 m och vägde 39 916 kilogram.

Brytning

Kvarts utvinns från dagbrott. Gruvarbetare använder ibland sprängämnen för att exponera djupa fickor av kvarts. Mer frekvent används bulldozrar och grävmaskiner för att ta bort jord och lera och exponera kvartsårer, som sedan bearbetas med handverktyg. Försiktighet måste iakttas för att undvika plötsliga temperaturförändringar som kan skada kristallerna.

Nästan all industriell efterfrågan på kvartskristall (används främst inom elektronik) tillgodoses med syntetisk kvarts framställd genom den hydrotermiska processen. Syntetiska kristaller är dock mindre uppskattade för användning som ädelstenar. Populariteten av kristall healing har ökat efterfrågan på naturliga kvartskristaller, som nu ofta bryts i utvecklingsländer med primitiva gruvmetoder, ibland med barnarbete. Var därför noga med att kontrollera varifrån dina kristaller har för ursprung.