سیلیکات و انواع کانی های ان

کانی‌های سیلیکات از ترکیب شدن سیلیسیم، اکسیژن و یک یا چند فلز به دست می‌آیند و به دو دستهٔ سیلیکات‌های تیره(دارای آهن و منیزیم) و سیلیکات‌های روشن (بدون آهن و منیزیم) تقسیم می‌شود. الیوین، پیروکسین، آمفیبول، میکای سیاه، تورمالین، تالک، سرپانتین و آزبست، نمونه‌هایی از دستهٔ نخست و کوارتز، فلدسپات، میکای سفید و کائولینیت، نمونه‌هایی از دستهٔ دوم هستند.

کوچکترین واحد سازندهٔ سیلیکات‌ها به شکل یک هرم چهاروجهی است که سطوح آن را مثلث‌های متساوی الاضلاع تشکیل می‌دهند.

این بنیان‌های چهاروجهی سیلیکات، بار الکتریکی منفی دارند و باید یکدیگر را دفع کنند ولی در ساختمان بلورین کانی‌ها، این بنیان‌ها به وسیلهٔ یون‌های مثبتی چون آلومینیم، آهن، منیزیم و ... طوری به یکدیگر پیوند داده شده‌اند که واحد سازندهٔ بلوری در مجموع دارای بار خنثی است. یون‌های پیوند دهندهٔ بنیان‌ها دارای اندازه و بار الکتریکی متفاوتند.

به طور کلی یون‌های تقریباً هم‌اندازه می‌توانند جانشین یکدیگر شوند (آهن و منیزیم که شعاع یونی نزدیک به هم دارند با سدیم و کلسیم که جای یکدیگر را در ساختمان بلورین کانی اشغال می‌کنند) این وضع تغییر مهمی را در ساختمان کانی به وجود نمی‌آورد. جدای از دسته‌بندی کانی‌ها بر اساس رنگ و تیرگی یا روشنی آن‌ها، کانی‌های سیلیکاتی براساس ساختار بلوریشان به ۶ زیرشاخه تقسیم می‌شوند.

دید کلی

در تمام ساختمانهای سیلیکاتی بررسی شده (بجز آنهایی که در فشارهای فوق‌العاده زیاد تشکیل می‌شوند) سیلیسیوم بین چهار اتم اکسیژن قرار می‌گیرد. به نظر می‌رسد این ترتیب قرار گرفتن سیلیسیوم در ترکیبات سیلیکاتی جهان شمول باشد. زیرا پیوند بین سیلیسیوم _ اکسیژن آنقدر قوی است که چهار اتم اکسیژن همیشه در گوشه‌های چهار وجهی‌ای دیده می‌شوند که صرفنظر از شکل مابقی ساختمان همیشه دارای ابعاد ثابت و شکل منظمی است. سیلیکاتها از راههای گوناگونی که این چهار وجهی‌های سیلیسیوم _ اکسیژن به یکدیگر مربوط می‌شوند، تشکیل می‌گردند. این چهار وجهی‌ها ممکن است به صورت واحدهای جدا و مشخص حضور داشته باشند، یا ممکن است از طریق به اشتراک گذاشتن گوشه‌ها (یا عبارت دیگر اکسیژن) به یکدیگر متصل شوند.

طبقه بندی سیلیکاتها بر اساس انواع اتصالها

• گروههای چهار وجهی مستقل :
  
  در این نوع ساختمان چهار وجهی‌های سیلیسیوم _ اکسیژن به صورت محدوده‌های جدا و مستقل حضور دارند. ساختمان حاصل است و کانی تیپیک این گروه فورستریت به فرمول است. این گروه از سیلیکاتها به نزوسیلیکاتها (Nesosilicates) شهرت یافته‌اند.
  
  
• گروههای چهار وجهی با اتصال محدود :
  
  در این نوع سیلیکاتها ، چهار وجهی‌های سیلیسیوم _ اکسیژن از طریق به اشتراک گذاشتن یکی از اکسیژنها واقع بین دو چهار وجهی به یکدیگر متصل شده‌اند.
  
  
  • سوروسیلیکات (Sorosilicate) :
    
    اگر دو چهار وجهی از این طریق به یکدیگر متصل شوند، فرمول ترکیب حاصل بوده و کانی تیپیک آن آکرمانیت (Akermanite) به فرمول است و چنین ترکیباتی را سوروسیلیکات می‌نامند.
    
    
  • سیکلوسیلیکات (Cyclosilicate) :
    
    اگر بیش از دو چهار وجهی از طریق به اشترک گذاشتن اکسیژن به یکدیگر متصل شوند، واحد بسته‌ای با ساختار حلقوی تشکیل می‌شود که ترکیب کلی آن است. در این گروه حلقه‌هایی با شش اتم سیلیسیوم شناخته شده است. بنیتوئیت به فرمول با شش چهار وجهی متصل به هم نمونه‌ای از این نوع سیلیکات است. این گروه از سیلیکاتها را سیکلوسیلیکات می‌نامند.
    
    
• ساختمان زنجیری:
  
  چهار وجهی‌های متصل ، زنجیره‌هایی با گسترش نامحدود ایجاد می‌کنند. دو نوع از این ساختمان وجود دارد که باعث ایجاد و ترکیب شیمیایی کم و بیش مختلف می‌شود.
  
  
  • یک زنجیره‌ای (Single Chain) : در آنها نسبت سیلسیم به اکسیژن ، 1 به 3 است و به وسیله کانیهای خانواده پیروکن مشخص می‌شوند.
    
    
  • جفت زنجیره‌ای (Double Chain) : چهار وجهی‌های موجود در دو زنجیره موازی بطور یک در میان به یکدیگر متصل بوده و نسبت سیلسیم به اکسیژن ، 4 به 11 است و به وسیله کانیهای خانواده آمفیبول مشخص می‌شوند. این زنجیره‌ها دارای گسترش نامحدود بوده و در جهت C ساختمان بلوری کشیده شده و از طریق عناصر فلزی به یکدیگر متصل هستند. به این گروه از سیلیکاتها اینوسیلیکات (Inosilicate) می‌گویند.
    
    
• ساختمانهای صفحه‌ای (Sheet Structures) :
  
  در این ساختمان سه اکسیژن هر چهار وجهی با چهار وجهی مجاور به اشتراک گذاشته شده است تا صفحات تخت گسترده‌ای تشکیل شود. در واقع این ساختمان همان ساختمان جفت زنجیره‌ای اینوسیلیکاتی است که به جای یک جهت در دو جهت بطور نامحدودی گسترش یافته است. در این نوع اتصال ، نسبت سیلسیم به اکسیژن ، 2 به 5 بوده و واحد اصلی در ساختمان تمام میکاها و کانیهای رسی است.
  
  این صفحات ، شبکه‌هایی تخت و شش ضلعی بوجود می‌آورند که مسئول خواص اصلی کانیهایی از این قبیل است. شکل ظاهری و مشخص شش ضلعی کاذب و همچنین رخ قاعده‌ای کامل موازی با سطح صفحه نیز ناشی از این ساختمان است. به این گروه از سیلیکاتها فیلوسیلیکات (Phyllosilicate) می‌گویند.
  
  
• شبکه‌های سه بعدی :در این ساختمان ، هر چهار وجهی ، تمام گوشه‌های خود را با سایر چهار وجهی‌ها به اشتراک گذاشته است. نتیجه این امر تشکیل شبکه‌ای سه بعدی است که در آن نسبت سیلسیوم به اکسیژن ، 1 به 2 می‌باشد. انواع مختلف سیلیس _ کوارتز ، تریدیمیت (Tridymite)، کریستوبالیت (Cristobalite) دارای این نوع ساختار می‌باشند. در این ساختمان ، اتم سیلیسیوم چهار ظرفیتی به وسیله دو اتم اکسیژن دو ظرفیتی متعادل شده است.
  
  در این گونه سیلیکاتها بخشی از اتمهای سیلیسیوم به وسیله آلومینیوم جایگزین شده است. بنابراین ساختمان به صورت در می آید. جایگزینی به جای حضور یونهای مثبت بیشتری را ایجاب می‌نماید تا ساختمان از نظر بار الکتریکی همچنان خنثی بماند. فلدسپارها و زنولیت‌ها ، مثالهایی از این نوع سیلیکاتها می‌باشند که به تکتوسیلیکات (Tektosilicate) شهرت دارند.

شبکه سیلیکاتی

اجزای ساختمان سیلیکاتی (به غیر از O و Si وجود در واحدها) اتمهای بیشتر اکسیژن ، گروههای هیدروکسیل ، مولکولهای آب و کاتیونها به گونه‌ای با گروههای سیلیکاتی نظم و آرایش یافته‌اند که ساختمان از نظر مکانیکی ، پایدار و از نظر الکتریکی ، خنثی باشند. پس از سیلیسیوم ، آلومینیوم فراوان‌ترین کاتیون موجود در پوسته زمین بوده و نقش منحصر به فرد خود را ایفا می‌نماید. آلومینیوم هم در کوردیناسیون چهار و هم در کوردیناسیون شش پایدار است. بنابراین هم می‌تواند جانشین سیلیسیوم در گروههای شود و هم به جای کاتیونهای رایج برای کوردیناسیون شش مانند ، ، و غیره بنشیند.

هر سیلیسیوم دارای 4 بار مثبت و هر اکسیژن دارای 2 بار منفی است، بار ظرفیتی وارد بر هر واحد سیلیکاتی که تعیین کننده تعداد بار سایر یونهایی است که می‌توانند وارد ساختار شوند، را می‌توان به آسانی محاسبه نمود. بدین ترتیب که بار وارده بر یک واحد برابر با است. به همین ترتیب بار وارده بر یک واحد ساختمانی برابر ، -6 برابر 2- ، بر یک واحد برابر 2- و بالاخره برابر صفر است.

اب و هوای زمین

مقدمه

میزان تشعشعاتی که زمین از خورشید دریافت می‌دارد یا فصلهای مختلف سال ، عرض جغرافیائی و وضع هندسی مدار گردش زمین به دور خورشید در ارتباط است و هر گونه تغییری که در شدت و ضعف این تشعشعات روی دهد، به دگرگونیهایی در دما و فشار جو زمین منتهی می‌گردد و بالنتیجه روی آب و هوای میهن خاکی ما اثر می‌گذارد. باد که بر اثر اختلاف فشار تولید می‌گردد و هوای سرد و گرم و همچنین بخار آب را از جائی به جای دیگر پراکنده می‌سازد، از وضع توپوگرافی زمین به شدت متأثر است و پراکندگی قاره‌ها در شرایط اقلیمی نقش آفریننده و کوهها موجبات تکائف و باروری بخار آب را فراهم می‌سازند و اقیانوسها ، شرایط اقلیمی را به شدت تحت تأثیر قرار می‌دهند و همانند خازنی دمای سطح زمین را در خویش ذخیره می‌کنند و به آرامی آن را به هوای پیرامون خود منتقل می‌سازند.

تغییرات اقلیمی

از دگرگونیهای بزرگ اقلیمی زمین در گذشته زمین و در گذشته‌های دور آگاهی داریم و می‌دانیم که آخرین عمر یخبندان حدود ده هزار سال پیش به پایان رسیده است. مدارک و نشانه‌های موجود گویای آن است که در بین 7000 تا 5000 سال پیش یخبندان دیگری بر زمین حاکم بوده و علاوه بر آن میهن خاکی ما روزهای سردی را که به عمر آهن یعنی 2900 تا 2300 سال پیش مربوطه است پشت سر گذارده و در اوایل قرون وسطی یعنی حدود 1000 تا 800 سال پیش دوره گرمی جانشین آن گردیده است.

عمر یخبندان کوچک نیز که بین 500 ، 125 سال پیش وجود داشته و اواخر قرن هفدهم را در سرمای شدید فرو برده است، بجای خویش قابل ذکر است و روزهای گرم اوایل قرن حاضر هم پایان ادوار اقلیمی زمین تا زمان نسل کنونی را اعلام می‌دارد. از جمله عواملی را که در شرایط اقلیمی زمین نقش آفریننده می‌باشند، مختصراً می‌توان به ترتیب زیر بر شمرد:

مدار زمین

مدار گردش زمین طی مدتی حدود 90 هزار تا 100 هزار سال ، به آرامی از یک دایره تقریبی به یک بیضی گرایش می‌یابد و دوباره به وضع نخست باز می‌گردد. طول نجومی نقطه پری هلیون که نزدیکترین موقعیت زمین به خورشید است، در مدتی بالغ بر 21 هزار سال تغییر می‌یابد و علاوه بر آن زمین از سوی قطب جنوب به خورشید نزدیکتر می‌شود و از طرف قطب شمال از آن دور می‌گردد و این وضعیت پس از مدتی برابر ده هزار سال برعکس می‌شود. همچنین تمایل محور زمین نسبت به سطح مدار گردش آن طی مدت 20 هزار سال به مرور تغییر می‌یابد و فصلهای تابستان و زمستان زمین را تا حدی دگرگون می‌سازد.

ترکیبات جو زمین

افزون بر عوامل بالا ، هر گونه تغییری در ترکیبات جو زمین نیز در شرایط اقلیمی مؤثر است. متأسفانه میزان دی اکسید کربن جو زمین به دلیل استفاده از سوختهای هیدروکربن و قطع درختان و پاکسازی مناطق جنگلی روز به روز به فزونی می‌رود. می‌دانیم که دی اکسید کربن بوسیله گیاهان جذب می‌گردد. در مقابل ، فعالیتهای بدنی جانوران و بویژه انسانها بر آن می‌افزاید، همچنین فورانهای آتشفشانی نیز میزان دی اکسید کربن جو زمین را فزونی می‌بخشد.

برابر محاسباتی که بوسیله دانشمندان به عمل آمده ، میزان دی اکسید کربن در سال 2000 میلادی به مرز دو برابر طبیعی آن خواهد رسید، طبیعی است چنین وضعی به بالا رفتن دما به میزان دو کلوین منجر می‌گردد که خود برای پیدایش اثر گرمخانه مقدمه مناسبی است. نتایج مرگبار و دوزخ زای اثر گرمخانه‌ای را در سیاره ناهید دیدیم و با شرایط اقلیمی آن آشنا شدیم. سرنوشت این سیاره درس عبرتی برای ما زمینیان است.

تخریب لایه اوزون

علاوه بر فعالیتهای انسانی که ممکن است در مقدار اوزون جو زمین اثر گذارد. پاره ای سوانح طبیعی نیز ممکن است به نابودی و یا خنثی شدن لایه اوزون زمین منتهی گردد. مثلاً با فرا رسیدن زمان واژگونی قطبهای مغناطیس ، مغناطو کره زمین موقتاً نابود می‌گردد و پرتوهای کیهانی بدون برخورد به هیچ سیر و مانعی به جو زمین وارد شده و لایه اوزون را تباه می‌سازند. چنین وضعیتی در زمان شدت یافتن فعالیتهای خورشیدی و پیدا شدن مشعلهای بزرگ نیز محتمل است.

بسیاری از انواع موجودات زنده در دوران کرناسه که همزمان با واژگونی قطبهای مغناطیس زمین است نابود گردیده‌اند، هر چند که پاره‌ای از دانشمندان نابودی دایناسورها را ناشی از یکی حادثه طبیعی می‌دانند و معتقدند که شرایط جوی در پی برخورد سیارک بزرگی با زمین به شدت دگرگون شده و با نابودی سیر محافظ زمین دایناسورها به هلاکت رسیده‌اند.

اثر تغییرات ثابت خورشیدی

تغییرات ثابت خورشیدی نیز اثر ژرفی در اقلیم زمین به جای می‌گذراد. برابر محاسبات انجام شده فقط یک درصد تغییر بازده خورشید ، یک کلوین تغییر دمای زمینی را موجب می‌گردد. بین فوریه 1980 و اوت 1981 نشانه‌هائی از 0.1 درصد کاهش در بازده خورشید دیده شد که آثار آن را احتمالاً بایستی تا کنون در اقلیم زمین مشاهده کرده باشیم. برابر شواهد موجود ، عمر یخبندان کوچک با پیدایش کلفهای چندی در چهره خورشید همزمان بوده ، شاید وجود همین کلفها روزهای سردی را بر زمین تحمیل کرده باشد.

از سوی دیگر فورانهای آتشفشانی مقدار زیادی غبار و خاکستر به جو زمین روان می‌سازد، این خردیزه‌ها همانند پرده‌ای جلوی نور خورشید را می‌گیرند و کاهش دمای زمین را موجب می‌گردند. از سوی دیگر گسترش و پهناوری کویرها و دشتها ، تغییراتی را در نسبت بازتاب زمین موجب می‌شود که آن نیز به نوبه خود در اقلیم زمین موثر است و از میزان ریزش می‌کاهد. صرفنظر از رویدادهای طبیعی که کنترل آن از توان آدمی خارج است. انسان خود حادثه آفرین است و فعالیتهای آلاینده وی در شرایط محیط اثر می‌گذارد و اقلیم ناخوشایندی را به مرور بر زمین حاکم می‌سازد و پی آمدهای مرگبار آن را برای نسلهای آینده باقی می‌گذارد.