7 WSTĘP
8 SKĄD POCHODZI MATERIA PLANETY?
13 ZIEMIA – TERRA INCOGNITA
18 LAWA Z TEIDE
21 TROCHĘ TECHNIKI NIE ZASZKODZI
22 PODSTAWOWE NARZĘDZIA
37 NARZĘDZIA POD KONTROLĄ
41 PAS NARZĘDZIOWY
47 OPTYCZNE DROBIAZGI GEOLOGA
57 ZDJĘCIA SPOD MIKROSKOPU
61 MAPA KONTRA TECHNIKA
68 SYSTEMY ŁĄCZNOŚCI
73 CZUJNIK GAZÓW
76 MINIATUROWY OŚWIETLACZ UV
89 ULTRAFIOLET NA POWAŻNIE
94 DUŻA LATARKA UVA
100 STACJONARNY OŚWIETLACZ UVB
106 STACJONARNY OŚWIETLACZ UVC
115 TERENOWE ZMARSZCZKI
122 DOMOWA GALERIA MINERAŁÓW
128 DURA LEX SED LEX
133 PRZYGODA W LABORATORIUM
134 SELENIT, ANHYDRYT… PO PROSTU GIPS
140 SIARKA – ŻÓŁTE OBLICZE SILNEJ
GOSPODARKI
147 PERŁA BORAKSOWA
153 PIERWSZA DIODA ŚWIECĄCA
158 ODBIORNIK RADIOWY GEOLOGA
164 KRZEMIANOWE OGRODY
SPIS TREŚCI
167 KRYSTALIZACJA JAK W NATURZE 171 SZPAT NA ŁAWIE OPTYCZNEJ
175 OD CZEGOŚ TRZEBA ZACZĄĆ KOLEKCJĘ 176 AGAT 178 ANTRACYT 179 ANTYMONIT 180 ARAGONIT 181 AUTUNIT
BARYT
CZAROIT
FLUORYT
GALENA
GEODA KWARCOWA
HALIT
HEMATYT
KALCYT 200 KAMIEŃ KOTŁOWY
KRZEMIEŃ
KWARC 203 LABRADORYT
LAZURYT
MAGNEZYT 206 MALACHIT 207 METEORYT ŻELAZNY 209 MIEDŹ RODZIMA 211 MIKA
212 MOŁDAWIT
213 OBSYDIAN
214 OPAL
216 PIRYT
217 PUMEKS WULKANICZNY
218 RODOCHROZYT
219 ROZELIT
220 RUBIN
222 RUTYL
223 SFALERYT
224 SIARKA RODZIMA
226 SKRZEMIENIAŁE DREWNO
227 TURMALIN
228 TYGRYSIE OKO
229 TYTANIT
230 ULEKSYT
231 URANINIT
232 URANOFAN
233 WANADYNIT
234 WĘGLIK KRZEMU
235 ZOISYT
236 BIOLOGII NIE UNIKNIESZ
Tak powstają wskutek spalania nuklearnego węgiel, azot, tlen, neon, magnez. Dochodzimy do krzemu będącego paliwem dla ostatniej reakcji syntezy zachodzącej wewnątrz gwiazdy. Wskutek spalania krzemu powstaje żelazo. Na tym koniec. Do syntezy cięższych pierwiastków potrzeba jeszcze więcej energii, której zwykłe procesy wewnątrzgwiazdowe nie są w stanie dostarczyć. Jednak dostatecznie masywne gwiazdy, o masie większej niż dziewięć mas naszego Słońca, stają się wybuchowymi reaktorami wytwarzającymi pierwiastki cięższe od żelaza. Jak to się dzieje?
Gdy masa żelaznego jądra takiej gwiazdy przekroczy 1,4 masy Słońca, zapada się pod wpływem własnej grawitacji. Powstaje materia neutronowa o ogromnej gęstości. Leżące ponad nią lżejsze pierwiastki (krzem, tlen, neon, węgiel, hel) opadają na jądro z ogromną szybkością i ulegają odbiciu na zewnątrz. To poprzedzony implozją wybuch supernowej. Energia tego procesu jest tak wielka, że dochodzi do stłaczania jąder i tworzenia pierwiastków cięższych od żelaza, takich jak kobalt, nikiel, miedź, cynk itd. A my możemy ten proces obserwować jako wybuch supernowej. Jego pozostałości to superciężka gwiazda neutronowa lub czarna dziura oraz mgławica odrzuconej wybuchem w przestrzeń materii (jak na zdjęciu tytułowym) bogata w różnorodne pierwiastki. To już praktycznie cała tablica Mendelejewa w rozproszeniu.
Ale dopiero jesteśmy w połowie drogi, choć wszystkie pierwiastki są już „pod ręką”. Odrzucona materia tworzy gigantyczny obłok molekularny o średnicy kilku lat świetlnych. Wzbogacony o wodór z przestrzeni międzygwiezdnej nie jest tworem stabilnym. Choć nadzwyczaj rozrzedzony, obłok molekularny podlega przecież nadal oddziaływaniom grawitacyjnym. Nawet znikome niejednorodności stopniowo powodują jego coraz szybsze zapadanie się i nadają materii ruch wirowy. Stopniowo w centrum
wirującego obłoku gromadzą się lżejsze pierwiastki: wodór i hel. Zauważmy, że zapadająca się mgławica protoplanetarna zachowuje się trochę jak łyżwiarz wykonujący piruet z przyspieszającym obrotem. Im więcej materii zgromadzi się bliżej środka (zapadanie grawitacyjne), tym szybciej wiruje, co wynika z zasady zachowania momentu pędu. Energia stłoczonych grawitacją cząstek zaczyna przekształcać się w ciepło. Aż w końcu w centrum, w ściśniętym skupisku wodorowo-helowym, znów rozpala się nuklearny tygiel i rusza na nowo proces syntezy. Zapłonęła gwiazda, nasze Słońce. Otoczone jest dyskiem pyłowym. To w nim z czasem grawitacja z planetozymali uformuje protoplanety a później planety, w tym Ziemię. Pomińmy tu wszystkie etapy pośrednie jednym skokiem. Szacuje się, że ten okres zajął od trzech do dziesięciu milionów lat.
Było to około 4,6 miliarda lat temu. Przestrzeń wokółsłoneczna w końcu uległa oczyszczeniu a procesy formowania planet ustały. Układ Słoneczny pozornie zakończył swą wielkoskalową ewolucję. Pozornie, bo przecież nadal się zmienia, ale tempo i rozmiar zmian są w naszej skali czasowej niedostrzegalne.
Na stygnącej Ziemi narodziło się życie i rozpoczęła ewolucja. Wiek najstarszych minerałów odkrytych na Ziemi – cyrkonów –datuje się na około 4,4 miliarda lat. I to jest przybliżony wiek istnienia naszej planety.
Tak, w ogromnym skrócie, z dużym prawdopodobieństwem przebiegał proces powstawania Układu Słonecznego. A pierwiastki, z których złożone są Ziemia, minerały i my? Powstały we wnętrzu jednej lub kilku gwiazd pierwszego pokolenia. Nasze Słońce należy do drugiego pokolenia gwiazd tego rejonu galaktyki. Co z nich uformowały planetarne procesy geologiczne, wkrótce się dowiemy.
NASA/ESA
Okular rozkręcamy. Należy usunąć z niego całą optykę (soczewki), a górny pierścień rozwiercić do największej możliwej średnicy tak, by nie uszkodzić gwintowanej części tulei. Powierzchnie wewnętrzne, srebrzyste po wierceniu, pokrywamy czarną matową farbą do metali.
W pokrywce od aparatu wiercimy centralnie otwór o tak dobranej średnicy, by przeszedł przezeń gwint, ale nie przechodziła tuleja mocująca okular w tubusie.
Skręcamy razem okular i pokrywkę. Połączenie można zabezpieczyć przed obluzowaniem za pomocą kleju cyjanoakrylowego. Wprawdzie po tym stanie się ono nierozbieralne, ale to nic nie szkodzi. Przecież nasz sprzęg optyczny aparat – mikroskop i tak ma tylko jedno zastosowanie.
KRZEMIANOWE
OGRODY
Ciekawe, a przy tym praktyczne obserwacje można poczynić, wykonując proste doświadczenie polegające na powierzchniowej krystalizacji roztworów soli nieorganicznych w środowisku zawierającym krzemiany. Gdy łączymy te dwa roztwory wodne, na granicy ich faz błyskawicznie wytrącają się nierozpuszczalne krzemiany. Efekt jest bardzo widowiskowy. Na dodatek pokazuje jeden z mechanizmów powstawania minerałów oraz dynamikę zachodzących procesów fizycznych pod wpływem reakcji chemicznych.
Do doświadczenia należy przygotować sodowe lub sodowo-potasowe szkło wodne, wodę destylowaną, zlewkę lub inne szklane naczynie oraz kryształki uwodnionych soli nieorganicznych, rozpuszczalnych w wodzie. Na początek mogą to być: chlorek żelaza(III) FeCl3 · 6H 2 O, chlorek miedzi(II) CuCl2 · 2H 2 O, chlorek chromu(III) CrCl3 · 6H 2 O, chlorek kobaltu(II) CoCl2 · 6H 2 O, siarczan miedzi(II) CuSO4 · 5H 2 O. Wszystkie odczynniki można kupić w sklepach zaopatrzenia chemicznego. Szkło wodne również, ale jest też dostępne w sklepach malarsko-budowlanych. Pełni np. rolę jednego ze składników roztworów gruntujących, nakładanych na ściany przed właściwym malowaniem. Jest też lepiszczem materiałów ceramicznych przy produkcji wyrobów użytkowych i ozdobnych. Wodę destylowaną zakupimy na stacji benzynowej.
Szkło wodne jest substancją płynną o dużej lepkości. To koloidalny, wodny roztwór krzemianów. Do naszych potrzeb postać handlowa jest zbyt stężona. Należy je rozcieńczyć wodą destylowaną w proporcjach 1:1. Roztwór robimy w zlewce lub innym wysokim, przezroczystym szklanym naczyniu o objętości 200–500 ml.
Po wymieszaniu, rozcieńczony roztwór należy odstawić na parę minut. Na początku lekko mętny, sklaruje się do praktycznie przezroczystej postaci. Teraz wrzucamy do roztworu po jednym kryształku i obserwujemy, co się dzieje.
Chemiczna „roślina”
Gdy kryształek wpadnie do roztworu, nim jeszcze osiądzie na dnie naczynia, rozpoczyna się reakcja chemiczna. Rozpuszczając się, tworzy wokół siebie niewielką strefę zdysocjowanej soli. Na granicy faz tej strefy i otaczającego ją roztworu szkła wodnego dochodzi do reakcji chemicznej. W jej wyniku powstaje cienka warstwa nierozpuszczalnego lub bardzo słabo rozpuszczalnego krzemianu metalu, zawartego w soli. Wokół kryształka powstaje nierozpuszczalny pęcherzyk. Ponieważ jego ścianki mają mikroporowatą strukturę, zachodzi zjawisko osmotycznej dyfuzji wody do wnętrza. Ciśnienie roztworu soli wewnątrz wzrasta tak długo, aż dochodzi do pęknięcia. Na zewnątrz krzemianowego pęcherzyka wydostaje się nieco solnego roztworu i proces krystalizacji krzemianu się powtarza. Przypomina to do złudzenia wzrost podwodnej rośliny, choć mamy do czynienia z materią nieożywioną. Całość reakcji przebiega szybko.
