az Ezerszínű és ezerarcú K va r c

Szöveg: Papp Gábor

A Magyarhoni Földtani Társulat „Kezedben a múlt” programjánakkeretében másodszor választották meg az Év ásványát és

az Év ősmaradványát. A 2017-es Év ásványa címet a kvarc nyerte,mégpedig meggyőző fölénnyel a színtelen, de igen hasznos gipsz és

a malachit–azurit színes, azonban a hétköznapi életben kevésbéismert párosa előtt. A kvarc mindkét szempontból diadalra

termett: igencsak színes tud lenni – mind önmagában, mind másásványokkal „kifestve magát” –, és évezredek óta hasznos

segítőtársa az embernek. Mai, mesterséges környezetünkben isminduntalan rábukkanhatunk, gondoljunk

csak a kvarcórára...

fotó: Amir C. Akhavan

# H E G Y I K R I S TÁ LY # S Z E R K E Z E T

42 KVARCA FÖLDGÖMB 2017/május

A szilícium névadójaHa az ásványfajoknak lenne személyi igazolványa, abban két azonosító-adatnak feltétlenül szerepelnie kellene. Az egyik a vegyi összetétel, melya kvarc esetében elég szimpla: SiO2, azaz szilícium-dioxid. Ezt az egy-szerű formulát viszont csak az 1860-as években sikerült megbízhatóanmegállapítani. Ha már a képletnél tartunk, érdemes megjegyezni, hogymagát a szilíciumelemet a kvarc egyik finomszemcsés változata, a tűzkőlatin nevéről (silex, silicis) keresztelték el 1817-ben.

Sok múlik a kapcsolatokon (is)Az egyértelmű azonosításhoz szükséges másik adat a szer-kezet, tehát az, hogy az adott ásvány kristályrácsában akémiai alkotóelemek milyen szabályszerűséget követvehelyezkednek el. A kvarcnak nemcsak a képlete, de szerkezeti alapmotívuma is egyszerű: minden szilícium-atomot négy, tőle egyforma távolságban és szögben el-helyezkedő oxigénatom vesz körül. Másként megfogal-mazva: minden szilíciumatom egy oxigéncsúcsú tetraéder közepénüldögél. Minden egyes oxigénatom viszont két, szomszédos szilíciumhozkötődik, tehát a tetraéderek közös csúcsaikkal összekapcsolódva egyerős, kovalens kötések által összetartott rácsot alkotnak.

A szerkezet érdekes sajátossága, hogy az SiO4-tetraéderek a kristályhossztengelyének irányában – a DNS-hez hasonlóan – spirálisan sora-

Hegyikristály-tisztaságú kvarcok nemcsak az úgynevezett alpi típusútelérekben, de olykor a forró vizesérctelérekben is találhatók, ám ezek jóval kisebbek az „igazi”hegyikristályoknál (Lelőhely: Telkibánya)

rózsaszínre festve A kvarc elszíneződését Vasásványokapró zárványai okozzák(Lelőhely: Kővágószőlős)

Részlet a kvarc „golyós-pálcikás” szerkezeti modelljéből Pirossal az oxigén-, fehérrel a szilíciumatomok, a közöttük lévő pálcikák a kötéseket jelképezik. Az SiO4-egységeket szürke, a szerkezet ismétlődési egységeit(elemi cella) sárga vonalak határolják

koznak egymás alatt. Attól függően, hogy a spi-rálok merre csavarodnak, a kristály „jobbkezes”vagy „balkezes” lesz (jobb- vagy balkvarc). Akvarcok szerencsére nem politizálnak, az egymástükörképi párját jelentő két orientáció békésenmegfér egymással. Olyannyira, hogy az egyikgyakori kvarc-ikerkristály – az úgynevezett bra-zíliai iker – egy jobb- és egy balkvarc szabályosösszenövéséből áll!

A különböző hőmérsékleti és nyomástarto-mányokban az SiO4-tetraéderek eltérő kapcso-lódással érik el a legkedvezőbb konfigurációt,ezért a szilícium-dioxidnak számos szerkezeti mó-dosulata létezik. A kvarc a Földön eddig megtalált11(!) SiO2-módosulat közül csak az egyik – bára leginkább elterjedt. A kvarc név két, egymáshozszerkezetileg nagyon hasonló módosulatot jelöl:a háromszöges szimmetriájú alfa-kvarc (vagy „ala-csonykvarc”) 573 °C-ig stabil, felette a hatszögesszimmetriájú béta-kvarccá (vagy „magaskvarccá”)alakul. A szilícium-dioxid azonban nem kristályosásványként is előfordul: ez az opál.

A szerkezet érdekes sajátossága, hogy az SiO4-tetraéderek a kristály

hossztengelyének irányában – a DNS-hez hasonlóan – spirálisan

sorakoznak egymás alatt.

A kvarc a Földön eddig megtalált 11(!)SiO2-módosulat közül csak

az egyik – bár a leginkább elterjedt.

fotó: Tóth László

fotó

: Tót

h Lá

szló

ábra: Amir C. Akhavan

KVARCXXXV. ÉVFOLYAM 313. lapszám

45

# S Z Í N E K # F O R M Á K # H I B Á K# H E G Y I K R I S TÁ LY # S T E N O

A kristályok kristályaE jelmondat olvasható az „Év ásványa” program reklámtablóján a kvarcmellett – és méltán. A „kristály” szó ugyanis eredetileg kizárólag a kvarcravonatkozott, mégpedig a színtelen, víztiszta hegyikristályra! Ennek al-pokbeli lelőhelyeit már a római korban ismerték, a keresett drágakőbőldísztárgyakat faragtak és csiszoltak. A strahlereknek hívott svájci kris-tályvadászok manapság is bejárják a zord hegyoldalakat, ahol a szüntelenerózió – és újabban a gleccserek visszahúzódása – évről évre új zsákmány-nyal kecsegteti őket.

A hó és jég alól előkerülő, a jégre emlékeztetően tisztaés átlátszó, de néha ahhoz hasonlóan légbuborékokatvagy zárványokat is tartalmazó, csillogó képződményeketaz ókor természettudósai örökre megfagyott jégnek hit-ték. Innen ered a hegyikristály neve, ugyanis krüsztalloszógörögül jeget jelent – ezért magyarították a kristályt je-gecre a nyelvújítás lázában. A magyar koronázási jogarfejében is egy vésett hegyikristálygömb van, ez azonbanvalószínűleg nem alpi nyersanyagból készült. A három oroszlánt ábrázolófaragványt ugyanis 10. századi egyiptomi munkának tartják, és e műhe-lyek afrikai, arábiai és indiai hegyikristályból dolgoztak.

A kristálytan nemcsak a nevét köszönheti a kvarcnak, hanem legelsőalaptételét, az úgynevezett szögállandósági törvényt is. Nikolaus Steno(1638–1686), aki rövid tudományos tevékenysége alatt számos, korátmegelőző megállapítást tett, eltérő megjelenésű hegyikristályokat tanul-mányozva jutott arra a felismerésre, hogy a különböző egyedek azonoskristálylapjai által bezárt szög állandó. A kristályok megfigyelése alapjánazt is leszögezte, hogy azok a lapjaikra lerakódó új anyag által növeked-nek, és nem a növényekhez hasonlóan, az alapkőzetükből felszívott anya-goknak köszönhetően.

Hibátlan színek – színes hibákA hegyikristály mellett a hegyek pompásan színezettkvarcokat is rejtegetnek sziklaüregeikben és -hasadé-kaikban. A „vegytiszta” állapotában színtelen kvarc sok-színűségét okozó tényezőknek még csak egy részétsikerült az utolsó évtizedekben felderíteni, és a pontosmechanizmus gyakran vitatott.

A jókristályos kvarc színeit zömükben úgynevezettszíncentrumok okozzák. Ezek olyan kristályszerkezetihibák, amelyekben a látható fény elnyelésére képes pá-

rosítatlan elektronok vannak. E szerkezeti hibák létrejöttéhez (természe-tes) radioaktív sugárzás és a szilíciumot helyettesítő „idegen” kationokkellenek. A színt hozó „idegen” a barnás füstkvarcban a vas(III), a lilaametisztben az alumínium, a sárga citrinben szintén az alumínium (bármesterséges citrint vasas oldatokból is sikerült előállítani), a rózsaszínkvarcban titán, alumínium és foszfor.

E színek azonban módosíthatók: egyes ametisztek még a napsütéshatására is kifakulnak. A drágakőpiacon lévő citrineket csaknem kivételnélkül ametiszt hevítésével állítják elő, ezeknek az eredeti lila színét be-sugárzással és óvatos hőkezeléssel vissza lehet állítani.

A hó és jég alól előkerülő, a jégreemlékeztetően tiszta és átlátszó,

csillogó képződményeket az ókortermészettudósai örökre megfagyott

jégnek hitték.

A színt hozó „idegen” a barnásfüstkvarcban a vas(III), a lila

ametisztben az alumínium, a sárgacitrinben szintén az alumínium,

a rózsaszín kvarcban titán,alumínium és foszfor.

kristályrajzokGiovanni Antonio ScopoliCrystallographia Hungarica címűkönyvéből (1776)

halványlila hazaibár A magyarországi ametisztek nemérik el a dél-amerikaiak mélylila színét, de így is pompás látványt nyújtanak(Lelőhely: Telkibánya)

természetes színEz a Sarki-Urálból való citrinkristály nem hőkezeléssel nyerte el a színét! (lelőhely: Oroszország)

fotó: Tóth László fotó: Amir C. Akhavan

Repr

oduk

ció:

MTM

Kön

yvtá

ra

44 KVARCA FÖLDGÖMB 2017/május

KVARCXXXV. ÉVFOLYAM 313. lapszám

4746 KVARCA FÖLDGÖMB 2017/május

Kvarcba zárt színekAz önálló kristályok formájában ismeretlen rózsakvarcotegy dumortierit nevű ásvány rózsaszínű, igen finom szá-las zárványai színezik. Hasonlóképpen, a sárgás-vöröses-barnás vaskvarc különböző vasásványok, a zöld prázemaz aktinolit nevű amfibol sűrű zárványait tartalmazza. A kvarcba zárt goethitszálak felelősek a sárgásbarna tig-ris-szem, míg az azbesztszerű riebeckit a kékesfekete sólyomszem színéértés a csiszolt példányokon fellépő macskaszemhatásért.

Egészen sajátos viszont az íriszkvarc (szivárványkvarc) színének azoka: leggyakrabban a változó vastagságú (illetve inkább vékonyságú) re-pedések faláról visszaverődő és interferálódó fény hozza létre az irizálást,ritkább esetben a sűrű ikresedés létrehozta párhuzamos ikerlemezkékműködnek optikai rácsként.

Láthatatlan kristályok, látható színekA kvarc korántsem mindig jól láthatóan kristályos. Amikor kovás olda-tokban vagy átkristályosodó kovaanyagban egyszerre sok helyen indulmeg a kvarckristályok képződése, a végeredmény egy olyan kőzetszerűásványhalmaz lesz, mely csak mikroszkóppal – vagy még azzal is csakalig – látható méretű kristályokból áll. A mikrokristályos kvarc két főfajtája a szálas felépítésű kalcedon és a szemcsés jáspis.

E képződményekben keletkezési viszonyaik miatt gyakran más SiO2-módosulatok és további finom szemcsés ásványok is megtalálhatók. Ezekegy része színes: a kalcedonban mindez még a ritmusos kiválás és átkristá-lyosodás, illetve a szemcseméret-változás okozta sávos mintázatokkal kom-binálódhat (achátváltozatok). A „közönséges” kalcedon gyakori kékes színeegyébként a finom szemcsék okozta fényszóródás következménye.

A különleges színek és formák számos (drágakő-) változatnevet ih-lettek. Ezek olykor több száz vagy több ezer évesek: ilyen az ókori keletinyelvekből átvett jáspis és a görög kalcedon is, mely először az Újtesta-mentumban bukkan fel. Az achátot Theophrasztosz már 2300 évvel ez-előtt is e néven említette „A kövekről” írt művében.

vörös, sárga és barna A jáspis leggyakrabban ezekben a színekben pompázik, de a benne lévőásványokban megtalálható vasvegyértékétől függően zöldes is lehet(Lelőhely: Komlóska)

különböző vegyértékű vasionokat tartalmazó ásványok apró szemcséi kölcsönöznek gyönyörű színeket a Gyöngyöstarján környéki kalcedonnak

a hobbicsiszolók kedvelt nyersanyagAaz achát mellett a jáspis. ennek oka változatos asszociációkra lehetőségetnyújtó mintázataiban rejlik. „Morrisonit”(lelőhely: Owyhee, Oregon, USA)

az erdőhorváti achát a különböző vegyértékű vasionokattartalmazó ásványok apró szemcséiokozta, változatos színezésről híres(lelőhely: erdőhorváti)

egyvelegA mikrokristályos kvarcváltozatokgyakran bonyolult összeszövődésbenjelennek meg, akár nemkristályoskovaásványokkal (opállal) együtt, így az adott példányt csak némimerészséggel lehet egyetlenásványnévvel jelölni, mint ennek a különböző vastartalmú ásványokkalszínezett jáspisnak az esetében is(Lelőhely: Komlóska)

rendhagyó példányAz általában kékes színű kalcedonnak a képen szereplő gyöngyöstarjánipéldányát hematit színezi vörösre

A kvarcba zárt goethitszálakfelelősek a sárgásbarna tigrisszem,

míg az azbesztszerű riebeckit akékesfekete sólyomszem színéért és a csiszolt példányokon fellépő

macskaszemhatásért.

A B

C

D E

fotó

: Péc

si Tiv

adar

fotó: Körmendy Regina fotó: Pécsi Tivadar

Fotó: Jánosi Melinda (MTM, Arnóth-gyűjtemény)

fotó: Körmendy Regina – Lévai Zsolt-gyűjtemény fotó: Körmendy Regina – Lévai Zsolt-gyűjtemény

A

B

C

D

E

KVARCXXXV. ÉVFOLYAM 313. lapszám

49

# K O VA K Ő # T Ű Z K Ő # C S I S Z O L Ó P A P Í R# É K K Ő # D R Á G A K Ő # H O M O K

48 KVARCA FÖLDGÖMB 2017/május

A Flintstone családtól a flintáigA kvarc egyes változatait azonban nemcsak békés ésépítőcélokra használták a történelem során. A tö-mött, finom szemcsés, kőzetszerű kovaváltozatok éskovakőzetek (tűzkő, radiolarit, kvarcit) keménységükés kagylós törésfelületeik által kialakítható éleik miattkeresett őskori szerszám- és fegyvernyersanyagok vol-tak. Magyarországon a régészek tizenhárom őskorikovabányát találtak, közülük a sümegi (Mogyorós-domb) és a tatai (Kálváriadomb) látogatható bemu-tatóhely.

Nem véletlenül kapta tehát a Flintstone – azazTűzkő – nevet a népszerű kőkorszaki rajzfilmfigura.A tűzkő, mint neve is mutatja, tűzcsiholásra is hasz-nálható, mivel az acélt megütve szikrákhoz juthatunk.A 17. században, a kovás puska elterjedésével fontosstratégiai nyersanyaggá vált, és az is maradt a gyutacsospuska feltalálásáig, a 19. század közepéig. Az öngyújtók„tűzköve” azonban már a 20. század eleje óta ferro-cériumból (vas és cérium ötvözetéből) készül.

Az „elpusztíthatatlan” kvarcA magyar „kova” szó valószínűleg a kővel azonosgyökerű. Természetesen nem minden kő vankvarcból, de valóban, a földpátok után a leggyako-ribb kőzetalkotó ásványról van szó, mely becslésekszerint a földkéreg 1/8-át alkotja. Keménysége ésvegyi ellenálló képessége miatt (csak a fluorsavoldja) a felszíni kőzetek lepusztulása után a törme-lékben feldúsul, akár uralkodóan kizárólag kvarc-ból álló, laza üledékeket (homok) és kőzeteket(homokkő) létrehozva.

Keménysége az ásványtanban használatos tízes(Mohs-) skálán 7, a gyakori ásványok közül egyér-telműen a legkeményebb. Nem véletlen, hogy a leg-nevezetesebb (nem szerves) drágakövek: a smaragd,a rubin, a zafír és a gyémánt, mind a 7-nél kemé-nyebb ásványok közül kerültek ki.

Ahogy az angol sandpaper („homokpapír” = csi-szolópapír) elnevezés is mutatja, keménysége miattrégóta csiszolóanyagként használják, ma leginkábba homokfúvásos tisztításban. A malomköveket, fe-nőköveket egykor főként homokkőből vagy egyébfinom szemcsés, kvarctartalmú kőzetből készítették.A kvarcit keménységét manapság inkább a lépcsőkvagy a konyhai munkalapok burkolásánál használ-ják ki, a tömött, mikrokristályos kvarc szívósságátés vegyi ellenálló képességét pedig a laboratóriumitechnikában kamatoztatják.

A szegény ember gyémántjaA kvarcnak és változatainak drágakőként való felhaszná-lása sokat változott az évezredek során. Az ókorban igenmagas fokot ért el a színezett vagy sávozott mikrokristá-lyos változatok művészi megmunkálása. A középkorbaninkább a már a Római Birodalomban is divatos hegyi-kristály-faragványokat készítettek. A jókristályos kvarcotaz eljárás középkori feltalálása után fazettált (lapokra csi-szolt) ékkőnek használták. Részben saját színüket kihasz-nálva, vagy a foglalat színes festésével, alábélelésével más drágakövekhelyettesítőjeként is alkalmazták.

A víztiszta kvarccal azonban nemcsak utánozták a gyémántot, hanembizonyos megjelenési változatait vele azonosnak is hitték: ilyen volt pél-dául a késő középkorban megismert máramarosi gyémánt. Ez a zömök,jóformán kettős piramis alakú kifejlődés szépen csillogó kristálylapjaivalvalamennyire a gyémánt oktaéderes kristályaira emlékeztet. A hasonlómegjelenésű kvarcokat a lelőhelyükről szokás elnevezni (hazánkban ilyena „mecseki gyémánt”, az USA-ban a „herkimeri gyémánt” stb.).

Mindenki játszótársa – sokak munkatársaKvarcot alighanem mindenki tartott már a kezében, hiszen gyermekkénta kvarc finom szemcséiből építettük homokvárainkat. Felnőttként semnélkülözhetjük: a világon évente kitermelt 150 millió tonnányi – főkéntépítkezésekhez használt – homok és kavics zöme kvarcanyagú. A homo-kot öntőformák készítéséhez, illetve üveggyártáshoz is nagy mennyiség-ben használják. Az utóbbi célra persze már olyan, kísérőásványoktól ésvasas bevonatoktól mentes, fehér kvarchomok kell, amellyel csak nap-szemüvegben lehetne homokozni…

A víztiszta kvarccal azonbannemcsak utánozták a gyémántot,

hanem bizonyos megjelenésiváltozatait vele azonosnak is hitték:

ilyen volt például a későközépkorban megismert máramarosi

gyémánt.

Ahogy az angol sandpaper(„homokpapír” = csiszolópapír)

elnevezés is mutatja, keménysége miattrégóta csiszolóanyagként használják,

ma leginkább a homokfúvásos tisztításban.

Máramarosi gyémántkárpáti homokkőbőlkimállott zömök, színtelenkvarckristályok

pengeélesekTűzkőből pattintottkőszerszámok

némi szerencsével akár egy kavicsbányában is találhatunkAchátot (sávos kalcedont) (Lelőhely: Várpalota)

Fotó

: Ján

osi M

elin

da (M

TM Á

sván

y- és

Kőz

ettá

r)

Fotó: Jánosi Melinda (MTM gyűjt.)

fotó: Körmendy Regina

FÖLDGÖMB VILÁGLÁTÓ A TRENDFM-ENCSÜTÖRTÖKÖNKÉNT 16.35-KOR

A rádióban vendégünk a témáról:PAPP GÁBOR

Korábbi műsoraink meghallgathatók:www.trendfm.hu

KVARCXXXV. ÉVFOLYAM 313. lapszám

51

# K VA R C Ó R A # S Z O L Á R I U M # K R I S TÁ LY G Ö M B

A homokórától a kvarcóráigA tudomány és a technika fejlődésével a kvarc alkalmazási területei isváltoztak. A csaknem két évezrede feltalált homokórán lepergő szemekhelyett ma kvarcóra mutatja az idő múlását, melynek „lelkét” jelentőkristályoszcillátor működése a piezoelektromosság jelenségén alapul.

Azt, hogy bizonyos szimmetriájú kristályokon meghatározott irányúnyomás elektromos feszültséget kelt, és megfordítva, az elektromos feszültségalakváltozást okoz, a Curie fivérek többek között kvarckristályokat vizsgálvafedezték fel 1880-ban. A kvarcoszcillátorok a rádiótechnikában is nélkü-lözhetetlenek, amit jól mutat, hogy 1944-ben, a II. világháború tetőpontján850 tonna „rádiókvarcot” használtak fel.

Az 1950-es évek óta a „piezokvarc” kristályait már mesterségesen,autoklávban növesztik nagy nyomáson, forró lúgos oldatból. Az eljáráshozazonban mindmáig szükségesek a természetes kvarckristályok, melyeketmagokként (kristályosodási gócokként) használnak. Így nem meglepő,hogy 2015-ös adatok szerint az Egyesült Államok több mint 7 tonnatermészetes kvarckristályt tart stratégiai készleten…

A homok is újabb alkalmazási területeket talál: a rétegrepesztéses szén-hidrogén-termelés során a tárolókőzetben létrehozott repedésekbe – azok„kitámasztására” és a pórusokon keresztül a szénhidrogén-áramlásbiztosítására – préselik be.

Lehet-e kvarcolni a szoláriumban?Az üveg egyik fő nyersanyaga a kvarc, de harmad-negyedrésznyi egyébösszetevője is van. Ha az üveg kizárólag olvasztott kvarcból készül, ma-gasabb olvadáspontú, nagyobb keménységű és kisebb hőtágulású lesz.Ezért készül a nagy gőznyomáson és hőmérsékleten működő halogén-lámpák búrája kvarcüvegből. És ugyancsak kvarcüvegből húzzák az op-tikai üvegszálak zömét is.

Mivel a kvarcüveg az ibolyántúli fényt is jobban átengedi, a „kvarclám-pákban” – és manapság a szoláriumokban is – használt fénycsövek szinténbelőle készülnek. A szoláriumban tehát valójában kvarcolni nem, csak„kvarcüvegelni” lehet.

Kvarcüveg (lechatelierit) azonban természetes úton is keletkezhet:például meteoritbecsapódások alkalmával, de jóval gyakrabban a homo-kos talajt ért villámcsapások során („fulgurit”, a latin fulgur = villám szó-ból), gyökérszerű, elágazó, törékeny alakzatok képében.

Egy nemérc, amely ércA nemércek azok az ásványi nyersanyagok, amelyeket nemfémek előállítá-sára használnak. A kvarc az egyik legfontosabb nemérces nyersanyag – azon-ban egyben érc is! Avagy talán „félérc”, hiszen a szilícium, melyet belőlenyernek, „csak” félfém...

A számítógépkor emblematikus anyagát kvarchomokkőből vagykvarcitból állítják elő, a világon évente 8 millió tonnát.

De hogy a kvarc technikai felhasználásainak terén mit hozhat a jövő,még egy kristálygömb sem mutatná meg nekünk. Kristálygömböt ugyannem, viszont sok kvarcváltozatot és számos, a kvarc felhasználásával kap-csolatos tárgyat mutat be a Magyar Természettudományi Múzeum „A kiválasztottak – az év fajai” című kiállítása.

papp gáborgeológus-mineralógus, a Magyar Természettudo-mányi Múzeum Ásvány- és Kőzettárának vezetője

Ha nem is alpesi méretben,de füstkvarc Magyarországon istalálható, mint például ez az azurittársaságában mutatkozó példány(Lelőhely: Pécs (Kozári-vadászházmelletti kőfejtő)

fotó: Tóth László