کانیها - پایگاه دانلود رایگان کتاب | دانلود کتاب

سنگها و کانیها چطور شکل می گیرند ؟
 بحث کلی : پوسته زمین تغییر می کند و باعث می شود که سنگهای جدید شکل بگیرند و سنگهای قدیمی نیز تغییرمی کنند . این وقایع هنگامیکه ورقه ها به هم برخورد می کنند ، روی می دهد . یک کانی از برخی موادی که هرگز زنده نبوده اند شکل گرفته است . کانیها بوسیله یک فرمول شیمیایی تقسیم بندی می شوند . کانیهای دیگری وجود دارد که از اجزای موجودات زنده نظیر حیوانات و گیاهان تشکیل شده اند . این کانیها ، سوختها و گازها هستند . کانیها ممکن است بوسیله فرایندهای هوازدگی طبیعی تغییر یابند .
اذرین-سنگهای اذرین از ماگمای سرد شده تشکیل شده اند . ماگما سنگ مذابی است که در اعماق زمین وجود دارد . به ماگمائی که به سطح زمین رسیده است گدازه گفته می شود .
رسوبی- سنگهای رسوبی همزمان با قرار گیری رسوبات بر روی هم و سیمانی شدن انها تحت تاثیر وزن اب و لایه های رسوبی بالائیشان شکل می گیرند . این فرایند برای لایه هائی که در کف حوضه رسوب کرده اند به مدت هزاران سال اتفاق می افتد .
دگرگون- سنگهای دگرگونی بواسطه حداکثر فشار و درجه حرارت از سنگهای رسوبی و اذرین تشکیل شده اند که طی فرایندها کانیهای انها تغییر می کند .
 
سنگ رسوبی- هوازدگی اتفاق می افتدو سنگ از رسوبات تراکم یافته (تحت تاثیر فشار) بوجود می اید .
سنگ اذرین- از ماگما و یا گدازه سرد شده شکل می گیرد .
سنگ دگرگونی- گرما و فشار کانیها سنگهای اذرین یا رسوبی را تغییر می دهد .
سنگهای رسوبی و سنگهای دگرگونی هر دو تحت تاثیر فشارند .
سنگهای اذرین و سنگهای دگرگونی هم فشار وهم حرارت را تجربه می کند .
 
مباحث بیشتر:
سنگها بطور طبیعی از یک ، دو ویا تعداد بیشتری کانی ترکیب شده اند . انها جامدات غیر زنده ای هستند که در طبیعت یافت می شوند .
– مرمر از تغییر سنگ اهک تحت حرارت های بالا بوجود می اید . مرمر در مجسمه سازی استفاده می شده و امروزه به منظور سنگهای سقف و کف در ساختمان سازی بکار می رود . همچنین از قدیم در حمام ها بکار می رفته است .
– گچ (گل سفید) از اسکلت موجودات کوچک دریازی تشکیل شده که تنها با چشم مسلح قابل مشاهده اند .
– سنگ اهک از پوسته های شکسته شده وجانداران کوچک دریایی تشکیل شده است . سنگ اهک در واقع جسم جامد سفید رنگی است که رنگ دیگری در ان بکار نرفته است .
–  الماس سخترین کانی شناخته شده است .
–  کوارتزیت از دگرگونی ماسه سنگ در شرایط دما و فشار بالا ایجاد شده است . این سنگ به ارامی سرد شده و کریستالهای سفید رنگی دارد .
–  اوپال از روم امده است ، اوپال سنگی است که رنگهای متعددی دارد .
–  فیروزه در حدود ۳۰۰۰ سال پیش توسط ازتک کشف شده و رنگ سبز ابی دارد .
–  ماسه سنگ از دانه های ماسه ای که در کف اقیانوس رسوب کرده اند شکل گرفته که فشار زیادی را به هم وارد کرده اند .
–  کوارتز آهن دار از طریق سرد شدن آهسته تشکیل می شود. اما صورتی رنگ با لکه های سفید است یا ممکن است شفاف، قهوه ای یا سیاه باشد.
–   گرانیت سنگی است که شما می توانید به اسانی ان را تشخیص دهید .
–  ابسیدین سیاه رنگ و صاف است و تیزی کمی دارد .
–  پومیس سنگ سفید، روشن رنگ و بمبی شکلی است.
–  چوب سیلیسی شده قرمزویا قهوه ای رنگ است که این رنگها سن نوارها را نشان می دهند که اغلب شبیه به چوب می باشد .
–  توف هنگامیکه اهک از اب موجود در نواحی کم باران نهفته می شود شکل می گیرد .
–  گراول تکه سنگ، ابی ، خاکستری است ، که سطح ناهمواری دارد .
–  زغال سنگ که طلای سیاه نیز نامیده می شود . میلیونهاسال عمر دارد . ان را به جهت سوخت و یا گرما می سوزانیم . انسان از اعصار گذشته زغال سنگ را استخراج می کرده است . زغال سنگ جسم سخت ، شکننده و سیاه رنگ است.
–  قالب – بخش میان تهی که بعد از تجزیه جانور دررسوب ایجاد می شود.
–  نشانه – فسیلی اثری از یک موجود زنده است نظیر اثر پا که در سنگ گذاشته شده است .
– قالب – فسیلی که از رسوبات پر کننده یک قالب به وجود آمده است.
براى مطالعه وشناسایى سنگ ها لازم است اجزاى سازنده آنها یعنى کانیها را بشناسیم .با استفاده از بعضى از خواص فیزیکى کانى ها که معمولاً نیاز به ابزارهاى پیچیده ندارد ،شما مى توانید برخى از کانیها را شناسایى کنید. در اینها مهمترین خواص فیزیکى کانیها را که در شناسایى آنها موثر است. بررسى کنیم: ۱-شکل بلور- تقریباً همه کانیها به صورت متبلور دیده مى شوند(شکل۳-۵).جسم متبلور،داراى نظم درونى سه بعدى است. یعنى در آن، اتمهاى سازنده مطابق نظم معینى پهلوى هم قرار مى گیرند.در نتیجه ،بلور داراى سطوح صاف است وبه یالها وسطوح خارجى محدود مى شود. اگر ذرات شکر یاسنگ نمک را با ذره بین نگاه کنید،مى بینید که داراى شکل هندسى منظم وسطوح صاف هستند.بلورها در اندازه هاى متفاوتى تشکیل مى شوند .گاهى بلورها به حدى درشت هستند که باچشم قابل مشاهده اند.در این صورت به آنها درشت بلور مى گویند .در بعضى موارد بلورها فقط توسط میکروسکپ قابل مشاهده هستند که به آنها ریز بلور گفته مى شود وگاهى بلورها به حدى ریز هستند که فقط با پرتوهاى x قابل تشخیص اند که در این صورت به آنها مخفى بلور مى گویند،مانندکانیهاى رسى که در تشکیل خاک شرکت دارند. اندازه بلورها به شرایط تشکیل آنها بستگى دارد .هر چه براى تشکیل یک بلور زمان بیشترى صرف شده باشد ،بلور درشت تر مى شود.نکته بسیار مهم وجالب در مورد بلورها آن است که گرچه شکل واندازه ظاهرى آنها ممکن است متفاوت باشد اما زوایا بین سطوح مشابه آن در تمام بلورهاى یک کانى معین، یکسان وتغییر ناپذیر است.از این خصوصیت براى شناسایى کانیها استفاده مى شود. اندازه بلورها – در طبیعت گاهى بلورهاى عظیمى پیدا مى شود .بعضى از اقسام بریل که یک کانى قیمتى محسوب مى شوندوزنى تا چندین تن دارد .بلورهاى ژیپس در کشور خودمان به اندازه هایى حدود ۵۰ سانتیمتر یافت مى شود که در دنیا بى نظیرند. بلورهاى مصنوعى –امروزه بلورهایى از کانیهاى گوناگون را به طور مصنوعى تهیه مى کنند که از بلورهاى طبیعى زیباترند وممکن است چندین برابر بلورهاى طبیعى باشند. از این بلورهاى مصنوعى در جواهرسازى ،پزشکى الکترونیک و…. استفاده مى شود.یکى از از مهمترین موارد استفاده از بلورهاى مصنوعى استفاده از بلورگارنت در ساختمان لیزرها ویا کوارتز در ساختن ساعت هاى دقیق است. ۲- سختى- سختى کانیها را مى توان به عنوان مقاومت آنها در برابر خراشیده شدن به وسیله سایر اجسام تعریف کرد. سختى کانى ها بیشتر به طرز قرار گرفتن اتمها در شبکه بلورین ونوع پیوندهاى اتمى در کانى بستگى دارد تا ترکیب شیمیایى آنها؛به طور مثال ،در حالى که الماس وگرافیت هر دو از کربن خالص ساخته شده اند ،اولى سخت ترین جسم ودومى جسمى بسیار نرم است،زیرا نیروى پیوندهایى که اتم هاى کربن را در الماس به یکدیگر متصل مى کنند به مراتب بیشتر از نیروهایى است که اتمهاى هاى کربن را در الماس به یکدیگر متصل مى کند به مراتب بیشتر از نیروهایى است که اتم هاى کربن را در گرافیت به هم وصل مى کند. براى تعیین سختى کانى ها از مقیاسى به نام مقیاس موس(Mohs) استفاده مى شود(از نام فدریخ موس کانى شناسى آلمانى).در این مقیاس نرم ترین کانى سختى یک دارد (تالک) وسخت ترین کانى، داراى درجه سختى ۱۰ الست (الماس).هر کانى که به وسیله کانى دیگر خراش بردارد نسبت به آن نرم تر است. براى اطمینان از سختى اندازه گیرى شده ،باید درجه سختى را در جهان مختلف آزمایش کینم .به علاوه ،باید در خراشیدن وتعیین درجه سختى، عمل عکس را نیز انجام داد. ۳ -جلا- توانایى کانى در منعکس ساختن،عبور یا جذب نور را جلا مى گویند. هر قدر انعکاس وانکسار نور از سطح کانى ویا سطح شکستگى آن زیادتر باشد، جلاى آن مشخص تر است. یکى از علل پدایش گرانى الماس جلاى زیباى آن است که به جلاى الماسى معروف است .جلاى کانیها را مى توان به دو گروه فلزى وغیز فلزى تقسیم کرد.در جلاى فلزى (که خاص بسیارى از کانیهاى فلزى است) نور، مانند سطح فلز براق به خوبى منعکس مى شود (مانند پیریت FeoS2) در جلاى غیر فلزى نور به خوبى منعکس نمى شود وبراى بیان آن از اصطلاحات گوناگونى استفاده مى کنند. مثلاً‌:در جلاى فلزى نور به خوبى منعمس نمى شود وبراى بیان آن از اصطلاحات گوناگونى استفاده مى کنند. مثلاً: در جلاى شیشه اى براى نور به خوبى از کانى عبور مى کند (مانند کوارتز وهالیت) در جلاى الماسى ،نور در داخل الماس بازتابش کلى پیدا مى کند وسبب درخشندگى الماس مى شود. گاهى از منظره ظاهرى کانیها براى بیان جلاى آنها استفاده مى کنند واصلاحاتى مانند صمغى،چرب وابریشمى ،خاکى و..به کار مى برند. ۴-سطح شکست (رخ)- طلق نسوز (میکا) به آسانى ورقه ورقه مى شود.حتى به کمک چاقو مى توان هر ورقه آن را به ورقه اى نازک تر هم تقسیم کرد. یک ضربه چکش به بلور کلسیت،آن را به صورت متوازى السطوح هاى کوچک در مى آورد.بلورهاى مکعبى نمک نیز به صورت مکعب هاى کوچک تر یعنى در سه جهت فضایى شکسته مى شوند.بعضى ازبلورها،به هنگام شکسته شدن در امتداد سطح یا سطوح معینى به سادگى از هم جدا مى شوندوبعضى دیگر فاقد این خاصیت اند،یعنى داراى سطح شکست ناصاف هستند(کوارتز).این خاصیت بستگى به نحوه پیوندهاى اتمها در جهات مختلف دارد. هر قدر قدرت پیوند اتمى در امتداد سطوحى ضعیف تر باشد ،کانى در آن جهت آسان تر مى شکنند.فلدسپات ها در دوجهت ،نمک طعام در سه جهت قائم وکلسیت در سه جهت با زاویه قائمه رخ دارند. ۵-چگالى نسبى- جرم نسبى کانیها را مى توان تا اندازه اى با درست گرفتن حجم هاى مساوى از آنها با هم مقایسه کرد .اما راه دقیق تر ،تعیین چگالى نسبى آنها است.چگالى نسبى یک کانى را مى توان از تقسیم کردن چگالى یک کانى به چگالى آب به دست آورد. با این کار تعیین مى کنیم که یک کانى چند بار از جرم آب حجم خود سنگین تر است.چگالى نسبى بیشتر کانى هاى سیلیکاتى که بخش اعظم پوسته زمین را تشکیل مى دهند حدود ۵/۲ تا ۵/۳ است.چگالى نسبى زیادتر ،مربوط به کانى هایى است که در ترکیب خود عناصر سنگین مانند سرب، باریم و… دارند(گالنpbS با چگالى ۵/۷ وباریتBaSO4 با چگالى ۵/۴). مسلماً‌کانى هایى که اتمهاى سازنده آنها به هم نزدیک تر وفشرده تر باشد.،چگالى نسبى بیشترى خواهند داشت (مانند چگالى نسبى الماس در مقایسه با چگالى نسبى گرافیت). ۶- رنگ ورنگ خاکه- مى توان کانیها را از روى رنگ آنها نیز تشخیص داد ولى این قاعده کلى نیست. مثلاً‌کوارتز در اصل بى رنگ است،اما به رنگ هاى شیرى،بنفش زرد ودودى هم دیده مى شود. این رنگ ها مربوط به ناخالصى هاى موجود در کانى است. اما کانى هایى هم وجود دارند که با رنگ خود به آسانى قابل شناسایى هستند مثلاً‌ یاقوت همیشه رنگ قرمز دانه انارى دارد،فیروزه به رنگ آبى فیروزه اى ،گرافیت همیشه سیاه ومالاکیت همیشه سبز دیده مى شوند. رنگ گرد کانى ،گاهى در تشخیص کانیها موثر است. براى این کار کانى را به چینى بدون لعاب مى کشند واز روى خط رنگ خطى که بر جاى مى گذارد نوع کانى را تشخیص مى دهند .چنانکه یکى از راههاى شناسایى طلا رنگ خاکه زرد طلایى آن است،ولى پیریت با رنگ وجلایى شبیه به طلا داراى رنگ خاکه سیاه است،یا آنکه اثر مانیتیت (Fe3o4) سیاه واثر هماتیت (Fe2o3) قهوه اى نمایان مى شود،در حالى که ظاهر این دوکانى معمولاً‌سیاه است. ۷- راههاى شناسایى دیگر- بعضى از کانیها مانند مس وطلا چکش خوارند،در صورتى که گوگرد ترد وشکننده است. بعضى کانیها مانند میکا(طلق نسوز) در برابر گرما مقاوم اند وبعضى مانند ژیپس،کدر وبه پودر سفید رنگى تبدیل مى شوند.هالیت(NaC1)مزه اى شور وسیلویت(KC1) مزه اى تلخ دارد. برخى از کانیها مانند مانیتیت خاصیت مغناطیسى دارندوبعضى مانند کائولینیت به زبان مى چسبند.برخى مانند گرافیت وتالک در لمس با دست حالت چرب دارند(در صورتى که واقعاً چرب نیستند).بعضى از واکنشهاى شیمیایى مى تواند در شناسایى کانیها مفید باشد،مثلاً کلسیت با اسید کلریدریک سرد ورقیق ودولومیت با اسید کلردریک سرد ورقیق ودولومیت با اسید کلریدریک سرد ورقیق ودولومیت با اسید کلریدریک گرم وغلیظ ترکیب مى شوند وگاز CO2متصاعد مى کنند. زنگ شعلخ نیز در شناسایى بعضى از کانیها(در واقع عنصرى که در ترکیب دارند)موثر است.البته امروز کانى شناسان با وسایل جدیدى مانند میکروسکوپ پلاریزان، دستگاه اشعه ایکس؛میکروسکپ الکترونى وطیف سنجهاى نورى ،آسناتر مى توانند کانیها را تشخیص بدهند.

دستگاههای بلورشناختی

در طبیعت شکل سلول اولیه در بلور کانیهای مختلف تفاوت دارد . به طور کلی شش نوع سلول اولیه در نتیجه شش نوع بلور کانی وجود دارد . هر یک از این شش نوع بلور متعلق به یک دستگاه بلور شناختی است . دستگاههای بلور شناختی عبارتند از مکعبی ٬مربعی ٬راست لوزی ٬تک شیب ٬سه شیب ٬. شش وجهی .
در دستگاه مکعبی هر سه محور ( سه جهت فضایی ) یا هم مساوی و بر هم عمود هستند مانند بلورهای نمک طعام و سولفید آهن .

دستگاه مربعی
:فقط دو محور با هم مساوی هستند اما اندازه محور سوم با آنها یکی نیست . این سه محور نیز بر هم عمود هستند . در این دستگاه ساده ترین بلور به شکل منشور است که سطح قاعده آن مربع است مانند بلورهای اکسید قلع و اکسید تیتان .

دستگاه راست لوزی
:محورها نا مساوی اما بر یکدیگر عمود هستند . ساده ترین بلور در این دستگاه منشوری است که قاعده آن به شکل لوزی یا مستطیل است . مانند بلورهای گوگرد و کربنات کلسیم .

دستگاه تک شیب
:سه محور نابرابرند و دو تا از آنهابر هم عمودند مانند بلورهای میکا٬ تالک و گچ آبدار.

دستگاه سه شیب
:سه محور نابرابرند و هیچیک بر هم عمود نیستند . در بلور ساده سه شیب همه وجه ها متوازی الاضلاع هستند . مانند بلورهای گروهی از فلدسپاتها .

دستگاه شش وجهی
:چهار محور وجود دارد که طول سه محور آن برابر است . این سه محور در یک صفحه قرار دارندو با هم زاویه ١٢٠ درجه می سازند . محورچهارم عمود بر آنهاست مانند بلورهای کوارتز .

در هر یک از دستگاهها ٬ بلورها را بر اساس تقارن موجود در آنها به رده هایی تقسیم
می کنند . در شش دستگاه بلور شناختی ٣٢ رده بلوری تشخیص داده شده است .
هنگام تشکیل بلورها ٬ اگر فضا و زمان و شرایط مناسب وجود داشته باشد بلورهای درشتی بوجود می آیند . این بلورها را بصورت تک بلور می توان مشاهده و بررسی کرد و رده و دستگاه بلور شناختی آنها را مشخص کرد . اگر شرایط مناسب نباشد ٬ بلورها به اندازه های کوچکتر و بصورت مجموعه ها و توده های ریز تشکیل می شوند . گاهی بلورها به قدری ریزهستند که نمی توان آنها را با چشم دید و برای مطالعه آنهاازذره بین ٬
میکروسکوپهای نوری و الکترونی و اشعه ایکس استفاده می شود .

خواص بلورها
مقدمه
در بلورها پراکندگی و فاصله اجزا ٬ دارای نظم هندسی ویژه‌ای است که معمولا” در تمام جهتها یکسان نیست. برخلاف بلورها در جامدهای بی شکل یا غیر بلورین پراکندگی و فاصله اجزای سازنده آنها در همه جهتها یکسان است. از اینرو بعضی از خواص فیزیکی جامدهای غیر بلورین ٬ مانند رسانایی گرمایی ٬ انتشار نور و رسانایی الکتریکی نیز در همه جهتها یکسان است. به این جامدهای غیر بلورین همسانگرد (ایزوتروپ) می‌گویند. چون خواص فیزیکی بیشتر جامدهای بلورین در جهتهای مختلف متفاوت است به آنها ناهمسانگرد می‌گویند. تنها بلورهایی که در دستگاه مکعبی متبلور می‌شوند مانند اجسام غیر بلورین عمل می‌کنند، چون در سه جهت فضایی دارای ابعاد مساوی هستند.

 

کاربرد ناهمسانگردی
پدیده ناهمسانگردی سبب پیدایش خواصی در بلورها می‌شود که کاربردهای مختلف و مهمی در صنعت دارند. مثلا” اگر بلورهایی مانند کوارتز و یا تورمالین را از دو طرف بکشیم و یا فشار دهیم در جهت عمود بر فشار یا کشش دارای بار الکتریکی مخالف یکدیگر می‌شوند. اگر جهت این فشار یا کشش را عوض کنیم نوع بار الکتریکی تغییر می‌کند، به این پدیده پیزوالکتریک می‌گویند.
گرما در بعضی از بلورها الکتریسته ایجاد می‌کند و سبب می‌شود یک سوی آنها بار مثبت و سوی مقابل بار منفی بیابد. در نتیجه میان این دو سو اختلاف پتانسیل الکتریکی بوجود می‌آید. همچنین اگر به این بلور جریان الکتریکی متناوب وصل کنیم، بلورها به تناوب منبسط و منقبض می‌شوند و بر اثر ارتعاش ٬ صوت تولید می‌کنند. از این خاصیت برای تولید صوت ٬ ماورای صوت ٬ نوسانهای الکتریکی ٬ ساختن میکروفونهای بلوری و سوزن گرامافون استفاده می‌شود.
خواص نیم رسانایی
بعضی از بلورها مانند بلور عنصرهای ژرمانیم ٬ سیلیسیم و کربن خاصیت نیم رسانایی دارند و تا اندازه‌ای جریان الکتریکی را از خود عبور می‌دهند. اگر بلورهای نیم رسانا را گرما دهیم و یا در مسیر تابش نور قرار دهیم٬ مقاومت الکتریکی آنها کم می‌شود و الکتریسیته را بهتر عبور می‌دهد. نیم رساناها در صنایع الکترونیک و مخابرات بصورت دیود و ترانزیستور و قطعه‌های دیگر الکترونیکی بکار می‌روند. دیود یا یکسو کننده از دو قطعه بلور نیمه رسانا ساخته می‌شود و برای یکسو کردن جریانهای متناوب بکار می‌رود. ترانزیستور از سه قطعه بلور نیم رسانا تشکیل می‌شود و برای تقویت جریانهای ضعیف و یکسو کردن جریان متناوب بکار می‌رود. دیودها و ترانزیستورها از قسمتهای اصلی گیرنده‌ها و فرستنده‌های رادیو و تلویزیون هستند.
پدیده دو شکستی
بعضی از بلورها نور را به دو دسته پرتو تقسیم می‌کنند، بر اثر این پدیده در کانیهای شفاف ٬ مانند کربنات کلسیم شکست مضاعف ایجاد می‌شود. اگر نوشته‌ای را زیر کربنات کلسیم قرار دهیم بصورت دو نوشته دیده می‌شود.
بعضی از بلورها خاصیت جذب انتخابی دارند. مانند بلور تورمالین که پرتوهای نور را به دو دسته تقسیم می‌کند. یک دسته آنها را جذب می‌کند و دسته دیگر را از خود عبور می‌دهد. از این خاصیت برای ساختن فیلمها و عدسیهای قطبنده (پلاریزان) و برای کاهش شدت نور چراغهای اتومبیل استفاده می‌شود. عدسیهای قطبنده را در ساختن ابزارهای نوری مانند میکروسکوپهای قطبنده (پلاریزان) را از ورقه نازک پولاروید (ورقه شفاف و نازک نیترات سلولز) می‌پوشانند.

 

خواص ساختاری
بعضی از ویژگیهای بلورها به نوع و موقعیت پیوند بین مولکولهای آنها بستگی دارد. مثلا” هر چه پیوند اجزای یک بلور قویتر باشد نقطه ذوب آن بالاتر و سختی و مقاومت آن بیشتر است، مانند بلورهای الماس و گرافیت که از نظر ترکیب شیمیایی یکسان هستند و هر دو از کربن تشکیل شده‌اند، اما به دلیل تفاوت در پیوند شیمیایی میان اتمهای آنها سختی و مقاومت گرافیت کم ، اما سختی و مقاومت الماس بسیار زیاد است. بعضی از بلورها به سبب شکل پیوندهای داخلی ٬ در امتدادهای معینی به آسانی می‌شکنند، مانند بلور نمک طعام و بعضی به آسانی ورقه ورقه می‌شوند، مانندبلورهای میکا. از خاصیت سختی و مقاومت بلورها در ساختن انواع کاغذها و تیغه‌های سمباده و همچنین در ساعت سازی استفاده می‌کنند.

بلور شناسی
نگاه اجمالی
بلور شناسی ، علم مطالعه بلورهاست. با ارائه روشی برای توضیح چگونگی تعیین خواص فیزیکی ماده از روی سطح آن ، یعنی اصل تقارن بلور شناسی بصورت علمی مستقل در آمد. در دهه ۱۸۸۰ ، فیزیکدانان شواهد کافی گرد آورده بودند که پدیده‌های مختلفی از قبیل در شکستگی ، انبساط گرمایی ، وقف الکتریسیته و پیزو الکتریسیته را باید با استفاده از شکل بلور توضیح داد. برای مطالعه بلورها روشهای مختلفی وجود دارد که از مهمترین آنها بلور شناسی توسط اشعه ایکس و روشهای پراش الکترون.
سیر تحولی و رشد
مطالعه بلورها به دوران یونانیها و رومیها و مطالعات کوارتزهای گوناگون ، توسط ننوفراستو و پلینیو ، باز می‌گردد. در سده هفدهم نخستین تلاشها برای توصیف نظم ساختاری بلورها به عمل آمد. رابرت هوک اظهار داشت که مشکل کوارتز را با فرض این که کوارتز از آرایش تناوبی کره‌هایی تشکیل شده باشد، می‌توان توضیح داد. کریستیان هویگنس به منظور توصیف پدیده دو شکستی نور ، فرض کرد که کلسیت از آرایش تناوبی بیضیهای دوار تشکیل شده است. در سال ۱۷۸۴ ، ژنه ژوست هادی این فرض را مطح کرد که در بلورها مولکولها در گروههایی به شکل متوازی السطوح قرار گرفته‌اند. در آرایش فضایی این گروهها می‌تواند شکل بلوری ماکروسکوپیکی مشاهده شده را توضیح دهد.

در سال ۱۸۲۷ اوگوست کوشی معادله مربوط به کشسانی را بدست آورد و با این مطالعات و با استفاده از بیست و یک پارامتر توانست شرح دهد، چگونه جسم جامد تحت اثر کنش خارجی معلوم کرنش می‌کند. او به مطالعات خود ادامه داد و دریافت که برای توصیف بلورها با توجه به طبیعت شبکه‌ای‌ آنها به پارامترهای کمتری نیاز است. پنج سال بعد توانست ارنست نویمن این نتیجه‌ها را برابر مطالعه برهمکنش میان نورد ماده بر اساس مکانیک بکار برد. او فرض کرد که نور از ذرات خردی درست شده است. دانشجوی وی والدر سار فوگست که بعدها استاد دانشگاه کوتینگتون شد، نخستین کسی بود که تمام اطلاعات و دستاوردهای مربوط به ارتباط میان خواص فیزیکی و ساختار بلورها را در تناوبی گرد آورد.

بلورشناسی نوین
در سال ۱۹۱۲ ، بلورشناسی نوین متولد یافت. در آن سال ماکس و گروهش تصویری از پراش پرتوهای ایکس توسط بلور ۳ns بدست آوردند. این آزمایشها سرشت موجی پرتوهای ایکس را ، که ویلهم کنراد رونتگن در اواخر سده نوزدهم کشف کرده بود و همچنین آرایش تناوبی خوشه‌های اتمها را در دوران بلور به اثبات رساند. ویلیام لارش براک و پدرش ، ویلیام هنری براگ در همین زمینه به پژوهش پرداختند و معادله مشهور زیر را بدست آوردند:

۲sinӨ = nλ

که در آن d فاضله میان صفحه‌ای خانواده معینی از صفحه‌های بلوری ، n که مرتبه بازتاب نامیده می شود، عدد طبیعی λ طول موج ایکس مورد استفاده و Ө زاویه فرود و زاویه بازتاب باریکه است. این معادله می‌گوید که کدام زاویه برای بازتاب با طول موج و خانواده صفحه‌های خاص مناسب است، بازتابهایی که از لحاظ هندسی مجازند در طبیعت یافت می‌شوند.

بلور شناسی با پرتو ایکس
اگر نمونه‌ای از تک بلور را با استفاده از پرتوهای سفید ایکس ، پرتوهایی که نه یک طول موج ، بلکه گستره‌ای از طول موجها را در بردارد مورد مطالعه قرار دهیم. نقش خون لاوه بدست می‌آید تحت این شرایط در معادله ۲dsinӨ = nλ می‌تواند مقادیری زیاد داشته باشد. اما Ө زاویه‌ای میان پرتو فرودی و صفحه ، برای یک خانواده صفحات خاص مقداری ثابت است. معمولا طول موجی مانند λ وجود دارد که در معادله براگ صدق می‌کنند و بازتاب رخ می‌دهد.

اگر نمونه‌ای را با فیلم عکاسی یا آشکارسازی جدید دیگری احاطه کنیم. در نقاط مختلف روی فیلم لکه‌هایی بدست می آوردیم که به پرتوهای بازتابیده از خانواده‌های مختلف صفحات بلور مربوط می‌شوند. با پردازش این داده‌ها به طریق ریاضی به آنچه نقش پراشی را بوجود می‌آورد می‌توان پی برد. در نتیجه ، ساختار میکروسکوپی بلور را معین می‌کند، یعنی می‌توان فهمید شبکه بلوری این ساختار چگونه است و چه اتمهایی در تلاقی شبکه‌ای قرار دارند.
روش پودری
برای مطالعه بلور شناسی توسط اشعه ایکس روشهای استاندارد دیگری هم وجود دارند که در این میان روش پودر از همه رایجتر است. در روش پودر بجای تک بعدی از نمونه‌ای استفاده می‌شود که بصورت بلورهای کوچکی به ابعاد ۱µm یا کمتر خرده شده است. در این روش باریکه تک فام از پرتوهای ایکس به نمونه تابیده می‌شود. و در این حال برای هر خانواده خاصی از صفحات تعداد زیادی بلورک با سمتگیری مناسب پیدا می‌شوند که بازتاب براگ فرودی است. اما تند چتری که هر تکه از پارچه آن با دسته چتر زاویه‌ای یکسان می‌سازند. باریکه‌های بازتابیده روی مخروطی قرار می‌گیرند که گشودگی آن دو برابر گشودگی مخروط قبلی است. زیرا باریکه بازتابیده نسبت به باریکه اولیه زاویه ۲Ө می‌سازد و این در حالی است که زاویه بین صفحه و باریکی اولیه برابر Ө است.

اگر فیلم عکاسی را در راه باریکه خروجی قرار دهیم، از تلاقی مخروط اخیر با صفحه عکاسی یک دایره بدست می‌آید: فیلم عکاسی را معمولا به شکل نوار باریک دایره‌ای در می‌آوردند و آنرا روی صفحه‌ای که شامل باریکه خروجی است قرار می‌دهیم. فیلم را سوراخ می‌کنند تا باریکه بتواند به نمونه برسد. از تلاقی مخروطهای بازتابشی مربوط به صفحه‌های مختلف بلور فیلم نقش پراشی خطی بدست می‌آید.
بلور شناسی به روش پراش الکترون
در آغاز دهه ۱۹۹۰ روشهای جدیدی پیدا شدند که مشاهده مستقیم سطحهای بلورین را امکان می‌سازند. درک تغییرات ریخت شناسی که هنگام رویاندن بلور برای کاربردهای الکترونیک روی می‌دهند. با استفاده از پراش الکترون بجای پرتو ایکس و تحت زاویه‌ای کم از سطح بلورها حاصل شده است. با استفاده از میکروسکوپ تونلی روبشی برای نخستین بار ، امکان مشاهده مستقیم ساختار شبکه‌ای بلورها از طریق مشاهده اتم منفرد فراهم شد.
ساختار بلوری
!مقدمه
با نگاه کردن به ساختار داخلی بلورها ، دانشمندان امروزه می‌دانند که بلورها به این دلیل همیشه شکلهای منظم و قابل شناسلیی دارند که اتمهای داخل آنها همیشه به شکل الگوهای مشخصی که شبکه نام دارند در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند. خواص یک بلور به شبکه آن بستگی دارد. به عنوان مثال الماس به این دلیل بسیار سخت است که اتمهای آن با پیوندهای بسیار قوی به هم متصل شده‌اند و یک شبکه مستحکم را بوجود آورده‌اند. دانشمندان شبکه بلورها را با استفاده از اشعه ایکس مطالعه می‌کنند. این مطالعات آشکار ساخته است که همه بلورها را می‌توان فقط به هفت ساختار پایه طبقه بندی کرد، که با ساختار شبکه هر بلور تعیین می‌شود.

 

تاریخچه
در پی کشف پراش اشعه‌های ایکس توسط رونتگن و انتشار یک رشته محاسبات و پیش‌بینیهای ساده و موفقیت آمیز در مورد ویژگیهای بلورین ، بررسی ساختارهای بلوری بصورت دقیقتر شروع گردید. ناظرهای اولیه با توجه به نظم شکل خارجی بلورها به این نتیجه رسیدند که بلورها از تکرار منظم سنگ بناهای همانند بوجود می‌آیند. زمانی که بلوری در شرایط محیطی ثابت رشد می‌کند، شکل آن در حین رشد تغییر نمی‌کند، گویی سنگ بناهای همانند بطور پیوسته به آن افزوده می‌شوند. این سنگ بناها ، اتمها یا گروههایی از اتمها هستند، که بلور یک آرایه متناوب سه بعدی از اتمهاست. این موضوع با این کشف کانی شناسان در قرن هیجدهم که اعداد شاخص جهتهای تمام وجوه بلور اعداد درستند، آشکار شد.

زمین شناسی اقتصادی
دید کلی
زمین شناسی اقتصادی شاخه‌ای از علم زمین شناسی است که پیرامون شرایط تشکیل مواد معدنی ، مورفولوژی و ریخت شناسی آنها ، بافت و ساخت آنها ، عوامل کنترل کننده پراکندگی مواد معدنی ، توجیه فنی و اقتصادی آنها و بلاخره تقسیم بندی ژنتیکی مواد معدنی بحث می‌کند. در رسیدن به اهداف فوق ، روشهای مختلف تجزیه مواد معدنی ، روشهای ژئوفیزیکی و ژئوشیمیایی و فرآوری مواد انجام می‌گیرد. همچنین در انجام پروژه‌های مختلف اکتشافی باید به مسائل زیست محیطی نیز دقت لازم را مبذول داشت.

مواد معدنی ، زیربنای اقتصاد و صنعت هر جامعه را تشکیل می‌دهند. بشر از همان آغاز آفرینش خود و در طول تاریخ ، بر حسب نیازمندیها و شناخت ، از مواد معدنی استفاده کرده است. اکنون نیز انسان ، از تمامی مواد معدنی به حالتها و شیوه‌های گوناگون ، بهره‌برداری می‌نماید. به عبارت دیگر ، همین مواد معدنی هستند که پاپه و اساس تمدن را تشکیل می‌دهند. زمین شناسی اقتصادی ، پایه و شالوده اکتشافات معدنی و کاربرد مواد حاصل از آن را تشکیل می‌دهد.

 

تاریخچه
از آغاز آفرینش ، انسان همواره از مواد پوسته زمین در جهت رفع نیازمندی‌های زندگی و دسترسی به رفاه بیشتر استفاده کرده است. سنگها و کانیهای غیر فلزی اولین موادی هستند که انسان اولیه آنها را به کار برده است. آثار بدست آمده از کاوشهای باستان شناسی حاکی از آن است که انسانهای اولیه از فلینت ، چرت و دیگر سنگهای سخت برای ساختن اسلحه و کندن غارها استفاده نموده‌اند و همچنین خاک رس و سنگ را برای ساختن ظروف گلی و اهرام شگفت انگیز مورد استفاده قرار داده‌اند.

ظهور انسان و اشیای دست ساز بشری در عصر پارینه سنگی (Paleolithic old stone age) در ۷۵۰ هزار سال پیش از میلاد آغاز گشته است. بر اساس مطالعات باستان شناسی ، طلا Au نخستین فلزی بوده که بشر به صورت خالص از رودخانه‌ها جمع آوری نموده و مس نیز نخستین فلزی است که انسان قادر به ذوب آن شده است. در مورد تاریخ استفاده از مس نظرات ضد و نقیضی دیده می‌شود. گروهی استفاده از آن را در حدود ۲۰ هزار سال پیش از میلاد ، و عده‌ای تاریخ استفاده آن را به حدود ۱۲ هزار سال پیش از میلاد و به کشور مصر نسبت می‌دهند.
سیر تحولی و رشد
•    بر طبق نوشته‌های هرودت ، یونانیان در سالهای ۴۲۰ تا ۳۸۴ قبل از میلاد از رگه‌های کوارتزی برای کشف ذخایر طلا استفاده نموده‌اند.

 

•    ابو علی سینا ، فیلسوف و دانشمند ایرانی ( ۱۰۳۷ ـ ۹۸۰ میلادی ) اولین کسی به شمار می‌رود که مواد معدنی را تقسیم نموده است. این رده بندی شامل سنگها ، فلزات ، سولفورها ، نمکها و ترکیبات دیگر می‌باشد.
•    اولین نظریه در مورد منشأ مواد معدنی توسط جورج اگزیکولا در سال ۱۵۵۶ ارائه شد. این دانشمند به کمک مطالعات دقیق انجام شده روی ناحیه معدنی ارزبرگ آلمان ، چگونگی تشکیل این ذخیره را به طور سیستماتیک بیان نمود. در قرن هیجدهم مجددا پژوهشهایی در زمینه چگونگی تشکیل مواد معدنی به خصوص در منطقه ارزبرگ آلمان توسط دلیاس ( ۱۷۷۰ ) ، هنگل (۱۷۲۵) ، زیرمن (۱۷۴۶) انجام شد.
•    در اواخر قرن هیجدهم ، ورنر از آلمان و جیمز هاتن از اسکاتلند ، دو نظریه متفاوت در مورد منشا مواد معدنی ارائه دادند و بحثهای زیادی در این باره آغاز گردید. ورنر در سال ۱۷۷۵ نظریه نپتونیست را ارائه نمود. بر طبق این نظریه سنگهای رسوبی و سنگهای آذرین و حتی رگه‌ها از طریق ته‌نشینی در اقیانوس به وجود آمده‌اند. هاتن نیز در سال ۱۷۷۸ نظریه پلوتونیست را پیشنهاد کرد. وی ضمن رد کردن نظریه ورنر ، معتقد بود که سنگهای آذرین و مواد معدنی مذاب از اعماق زمین منشا گرفته‌اند.
•    در اواخر قرن نوزدهم ، دانشمندان آمریکایی و اروپایی در مورد نحوه تشکیل مواد معدنی نظریه‌های مختلف دیگری ارائه داده‌اند. مطالعه و پژوهشهایی که تا کنون در زمینه منشا و چگونگی تکشیل کانیها توسط دانشمندان انجام شده موجب ارائه تئوریهای جدید شده که اکتشاف مواد معدنی را در تمامی مراحل کم هزینه‌تر ، آسانتر و با موفقیت آمیزتر نموده است.
برخی ساکنان اولیه ایرانیان را نخستین ذوب کنندگان و استفاده کنندگان از فلز مس تصور می‌کنند و تاریخ آن را به حدود ۹ هزار سال پیش از میلاد می‌دانند. با این حال ، به نظر بسیاری از باستان شناسان استخراج و ذوب مس توسط ساکنان اولیه ایران و در محلی به نام تل ابلیس صورت گرفته است. بر اساس شواهد باستان شناسی و معدن کاری قدیمی ، مرکز ، شرق و شمال ایران دارای کهن‌ترین پیشینه فلزگری می‌باشند. اواخر هزاره هفتم در ایران را مرحله گذر از عصر نو سنگی به عصر فلزات می‌دانند، در حالی که عصر نو سنگی در اروپا تا هزاره چهارم ادامه داشته است.
رده بندی کانسارها
امروزه سه رده بندی برای کانسارها مودر استفاده قرار می‌گیرد که ممکن است با توجه به شرایط خاص یک کانسار ، یکی بر دیگری ترجیح داده شود. این رده بندیها بصورت زیر می‌باشد:
 
•    رده بندی نیگلی کانسارها ( ۱۹۲۹ ):
o    کانسارهای نفوذی
o    کانسارهای آتشفشانی
•    رده بندی کانسارها توسط اشتایدرون:
o    کانسارهای نفوذی و ماگمایی
o    کانسارهای پنوماتولیتی
o    کانسارهای گرمابی
o    کانسارهای حاصل از گازها و بخارات درونی که به مناطق سطحی راه می‌یابند.
•    رده بندی کانسارها توسط لیندگرن:
o    تجمع کانیها در اثر انجام واکنشهای شیمیایی
o    تغییرات و تجمع مکانیکی مواد معدنی
کاربرد مواد معدنی
مواد معدنی به حالتهای مختلف به مصرف می‌رسند که مهمترین آنها عبارتند از:

•    بصورت عنصر
•    بصورت کانی
•    بصورت بلور
•    بصورت سنگ
زمین شناسی اقتصادی در ایران
تاریخچه استفاده از فلزات در ایران :

در مورد تاریخ استفاده از مس نظرات ضد و نقیضی دیده می شود. گروهی استفاده از آن را در حدود ۲۰ هزار سال پیش از میلاد، و عده ای تاریخ استفاده آن را به حدود ۱۲ هزار سال پیش از میلاد و به کشور مصر نسبت می دهند. برخی ساکنان اولیه ایران را نخستین ذوب کنندگان و استفاده کنندگان از فلز مس تصور می کنند و تاریخ آن را به حدود ۹ هزار سال پیش از میلاد می دانند. با این حال، به نظر بسیاری از باستان شناسان استخراج و ذوب مس توسط ساکنان اولیه ایران و در محلی به نام تل ابلیس صورت گرفته است.

براساس شواهد باستان شناسی و معدن کاری قدیمی، مرکز، شرق و شمال ایران دارای کهن ترین پیشینه فلزگری می باشند. اواخر هزاره هفتم در ایران را مرحله گذر از عصر نوسنگی به عصر فلزات می دانند، در حالی که عصر نوسنگی در اروپا تا هزاره چهارم ادامه داشته است.
در سال ۱۹۶۶ در فرانسه مجسمه گوسفندی از فیروزه ساخته شده بود و در موزه ای به عنوان هنر ۷۰۰۰ ساله ایران، به تماشای همگان گذاشته شد و این موضوع نشان از آن دارد که تاریخ استخراج و به کارگیری فیروزه در ایران، به بیش از ۷۰۰۰ سال پیش می رسد. همچنین کوره های قدیمی ذوب فلزات و سرباره های باقیمانده آنان، در دامنه رشته کوه های زاگرس و البرز تا کویر یزد، کرمان ، قم ، کاشان ، خراسان و همچنین در دامنه رشته کوههای بلوچستان مانند سرباره های معدنی مس چهل کوره و معادن متروکه سرب و روی بین ناحیه خارستان و بید ستر تفتان حاکی از مهارت نیاکان ما در امر استحصال فلزات از مواد معدنی دارد.

وجود کلمه aios به معنی فلزات در زبان هند و اروپایی، نشان دهنده این است که تمدن هند و اروپایی پیش از مهاجرت، به عصر فلزات رسیده اند. این کلمه در لاتین aes به معنی مفرغ و مس و در سانسکریت به ayas یعنی آهن تبدیل شده است. واژه آهن در زبان پارسی مشتق از آسن asen (در زبان کردی) می باشد که واژه های آیزن eisen (آلمانی) و آیرون iron (انگلیسی) از آن مشتق شده است.

از آغاز هزاره سوم پیش از میلاد، در نوشته های دوره های پادشاهی سومری، بابلی و ایلامی اغلب از پیشرفت های ایرانیان در زمینه صنعتی ، معدنی و بازرگانی یاد داشته است. در این مراکز صنعتی، فلزگرایی و سفالگری – صنعت سنگ صابون و سنگ مرمر، رونق فراوانی داشته است و همچنین در کارگاههای آنها سنگ های نیمه قیمتی چون عقیق ، سنگ لاجورد و فیروزه تولید، شده است.

آغاز عصر مفرغ (برنز) در ایران، درست همزمان با ۲ هزار سال پیش از میلاد بوده است. کشف مفرغ موجب ساخت بیشتر اشیای فلزی و تقاضای روزافزون مواد خام شد. احتمال می رود که معدن قلع ده حسین در نزدیکی شازند در این زمان شناخته شده باشد. بین سالهای ۱۰۰۰ تا ۲۰۰۰ میلادی، فلز آهن نیز در ایران به کار گرفته شد. کاربرد عمومی فلز آهن، در جنگاوری و کشاورزی، اوضاع تجارت را در آغاز هزاره اول تغییر داد زیرا این تجارت بر پایه خرید و فروش مس و فلزاتی بود که با مس ترکیب می شوند. احتمال می رود که کانسارهای آهن شاه بلاغ (جنوب زنجان)، ماسوله و گل گهر در این برهه از زمان شناخته شده اند.

در نیمه دوم هزاره اول پیش از میلاد، با تاسیس دولت نیرومند هخامنشی، شناخت زمین و بهره برداری از ثروت های نهفته آن، روبه گسترش نهاد و استخراج مس، طلا، نقره، سرب، روی و دیگر فلزات به فراوانترین حد خود رسید. ایرانیان در این زمان، از آهن در تهیه پولاد استفاده می کردند و در تهیه جنگ افزار و ساختن پل استفاده می نمودند و سپس این پل ها را با قیر اندود می نمودند که هنوز هم بدون زنگ زدگی باقی مانده اند. همچنین برای استحکام ساختمان های تخت جمشید و پاسارگاد، از آهن و سرب استفاده شده است. در این دوره طلا و نقره نیز کاربرد فراوانی داشته است و تصور می شود که معادن طلای زرشوران تکاب، زرین اردکان یزد، کوه زر دامغان، کوه زر تربیت حیدریه، قلعه زری بیرجند، سرب و روی کوه سورمه فیروزآباد، آهن نیریز و فیروزه نیشابور در این دوره ایجاد شده اند.

در دوره ساسانیان کانسارهای سرب، روی، مس، طلا و آهن زیادی شناخته شده اند. یشتر اشیاء و ابزار فلزی که در حفاریهای باستان شناسی به دست آمده، متعلق به دوره ساسانی می باشد و از جمله معادنی چون سرب و نقره نخلک، سرب و نقره خارستان و سرب و نقره آهنگران ملایر قابل اشاره است.

با حمله اعراب به ایران، فعالیت های معدنی زمانی را به انحطاط گذراند. اما در سده های سوم و چهارم که به نام دوره رنسانس اسلام نامیده شده است، صنایع فلزی و معدن کاری بتدریج رونق نهاد.

در دوره صفویان استخراج از معادن زیرزمینی انجام گرفت و در این دوره قلع در این یافت نمی شد اما آهن و فولاد، طلا و نقره به مقدار زیادی استخراج می شد. در دوره قاجاریه و به ویژه زمان امیرکبیر، اقداماتی برای بهره برداری از معادن طلا به عمل آمد. از معدن طلای موته در نزدیکی دلیجان در این دوره نیز بهره برداری شده است.

آرسنیک به مقدار زیادی به صورت زرنیخ زرد و قرمز در کردستان و حوالی قزوین دیده شد. همچنین گوگرد، نمک طعام، شوره و زغال سنگ به صورت معادن روباز یافت شدند. در این دوره نفت و سنگ نمک از جزیره قشم، گل اخری در جزیره هرمز و ابوموسی، گوگرد در شرق و غرب بندرلنگه و فیروزه در نیشابور یافت شدند.

در اوایل سده چهاردهم هجری خورشیدی، با پیدایش ثبات اوضاع سیاسی در ایران، برنامه هایی در جهت صنعتی شدن کشور انجام گرفت مانند احداث مجتمع ذوب آهن و ذوب مس و کارخانه های بافندگی، قندسازی و سیمان

نخستین فعالیت های معدنی از سوی دولت در حدود ۱۳۱۳ در مناطق انارک و شمشک آغاز گشت. در سال ۱۳۱۶ معدن زغال سنگ گلندرود (در استان مازندران) گشایش یافت. همچنین معادن سرب و روی در حوضه های انارک – اصفهان – یزد، معادن مس عباس آباد و زنجان نیز مورد اکتشاف و بهره برداری قرار گرفتند. در سال های بین ۱۳۴۰ – 1332 مطالعات زمین شناسی توسط شرکت های نفت در پهنه های رسوبی تمرکز یافت و امکان وجود نفت و گاز در آنها مورد ارزیابی قرار گرفت.

آنومالی ها و موارد استفاده از آنها
در زمین شناسی اقتصادی با عنایت به روشهای ژئوفیزیکی، ژئوشیمیایی و با تجزیه مواد معدنی، آنومالی ها Anomalys شناسایی می شوند. موارد استفاده این گرایش در:
•    جستجو برای یافتن منابع نفت ، آب و گاز .
•    جستجو برای یافتن کانسارهای فلزی و غیرفلزی
•    بررسی مسائل زیست محیطی مرتبط با پروژه های اکتشافی می باشد.

با گذشت زمان نیاز به اکتشاف توده های کانساری عمیق و پنهان بیشتر شده و در این صورت می توان گفت که افزایش قیمت فلزات مورد نیاز در صنعت، کانسارهای با عیار پایین به صورت اقتصادی در می آید.
به عنوان مثال در حدود چند دهه پیش کانسارهای مس کمتر از ۵/۱% در تن اقتصادی نبودند اما با گذشت زمان کانسارهای مس تا حدود ۵۴/۰% نیز اقتصادی تلقی می شوند.
این عوامل بستگی مستقیم با عرضه، تقاضا و قیمت فلزات و غیرفلزات و منابع نفت و گاز در بازار جهانی دارد و در مدت زمان کوتاهی قابل تغییر است.
پی جویی و اکتشاف منابع طبیعی مختلف اهمیت زیادی دارد زیرا هنگام بالا بودن تقاضا، می توان استخراج بیشتری از مواد معدنی را داشت.
با آغاز جنگ جهانی دوم و دهه ۱۹۵۰ در کانادا و ایالات متحده امریکا روشهای مدرن ژئوشیمیایی در اکتشاف مورد استفاده قرار گرفت.
علت گران بودن هزینه اکتشاف در ایران
در کشور ما گران ترین بخش اکتشاف، حفاری است و گاه قیمت اکتشاف در کشور ما، از کشورهای غربی گران تر تمام می شود.

علت این مسئله این است که ماشین آلات حفاری، همگی تولید خارج است و معمولا در کشور تولید نمی شود. با این حال به نظر می رسد که مسایلی چون وقت کشی در هنگام حفاری ، نبود تجربه کافی و تجربه اندک کاردانان و کارشناسان حفاری، نقش بیشتری در افزایش هزینه حفاری داشته باشد.

در زمینه اکتشاف، از نظر نیروی متخصص و تحصیل کرده و پژوهشگر در بخش زمین شناسی و اکتشاف مشکل اساسی وجود ندارد و تقریبا تمامی روش ها و مدل های جدید اکتشافی را متخصصان و پژوهشگران این بخش به خوبی فرا گرفته اند و به صورت نظری در دانشگاه ها تدریس می شود.

اما آنچه که امروزه در این بخش در ارتباط با علم روز کمبود داریم، نبود نقشه های فلز زایی است که خطوط کلی اکتشاف را مشخص می کند و نبود یک مرکز سازمان یافته از پژوهشگرانی که مسایل کلی اکتشاف را طراحی کرده و نقاط ضعف و قوت آن را نقد و ارزیابی کنند و همچنین نبود بانک اطلاعات معدنی و زمین شناسی که همه اطلاعات موجود را در یک مرکز جمع آوری کند.

همچنین ابزارهای اکتشاف شامل نرم افزارها و سخت افزارهای جدید اکتشافی و نیز به روش ماهواره ای، تجهیزات رایانه ای، ژئوفیزیکی و نیز دستگاه های آزمایشگاهی برای تجزیه نمونه های معدنی و نیز وجود نیروی متخصص و ماهر برای استفاده از دستگاه های خریداری شده، از نیازهای ضروری ایران است که از این لحاظ، با کشورهای معدنی دنیا فاصله زیادی دارد. در همین راستا، دانش وضعیت تولید فروکروم، فرومنگنز و فرومولیبدن موجود است.

در ایران با توجه به ان که بسیاری از ذخایر فلزی دیگر مانند تیتانیم ، کروم، آنتیموان و … وجود دارد، هنوز دانش فنی و صنعت استحصال آنها در کشور وجود ندارد و یا بین نسبت تولید و میزان ذخایر ارتباط منطقی دیده نمی شود.

همراه با پیشرفت های فناوری، عیار اقتصادی بهره برداری در حال پائین رفتن است.
دانش ما با جایگزین کردن مواد، تغییر در حالت تبلور، بالا بردن ویژگی های فیزیکی از بار مصرف مواد خام به شدت کاسته می شود.

گذر از لامپ و خازن به IC، ریز پردازشگر و پس از آن مواد هوشمند و یا علم سرامیک و رشد بلورها، همه نشان دهنده تلاشی در راه ناهمسان کرده رشد فناوری و مصرف مواد دارند.

اغلب کالای معدنی، اکنون در مقایسه با تورم جهانی بسیار ارزان تر از هر زمان دیگر به فروش می رسد.
به طور کلی طی سالهای متمادی، بهای بیشتر مواد معدنی با تورم پیش نرفته است.
تنها بهای گاز طبیعی، طلا ، کبالت ، الماس ، گوهرها، ورمیکولیت ، احتمالا نیکل ، منگنز و آرسنیک بین سالهای ۱۹۶۰ تا ۱۹۹۵ از تورم پیشی گرفته اند.

در حقیقت، قیمت کالای معدنی تابعی از تغییرات کوتاه مدت عرضه و تقاضا بوده و غالبا از آن به عنوان تقاضا بوده و غالبا از آن به عنوان تقاضای حاشیه ای یاد می شود.
اثرات کوتاه مدت می تواند ناشی از اتفاقات می باشد که باعث جایگزینی مصرف مواد در یک کاربرد مهم شده و یا در نتیجه تغییر دولت در یک کشور عمده تولید کننده باشد.
همین روندهای دراز مدت، این واقعیت ها را از نظر پنهان می کند.

به طور کلی، کانسارهایی که تا ژرفای حدود ۲۰۰ – 100 متری قرار دارند، با توجه به نوع کانسار و میزان ذخیره و دیگر ویژگی های معدنی به روش روباز و کانسارهای موجود در ژرفای بیشتر، با روش های زیرزمینی استخراج می شود.

کانسار هایی که در آنها کانه و باطله مخلوط است، با استفاده از روش های کلی، ولی مناطق غنی از کانه، غالبا با روش های گزینشی استخراج می شود.

در روش های روباز به طور معمول فرصت استفاده از روش های انتخابی کمتر پیش می آید. به طور کلی، هر چه ژرفای معدن کاری بیشتر شود، هزینه ها و دشواری آن افزایش می یابد.
به طور کلی در شرایط کنونی، حجم تولید روزانه از عوامل مهم اقتصادی می باشد. برای بالا رفتن مقدار تولید، معدن کاری روباز توسعه می یابد. در ایران ، معادن آهن (چغارت، چادر ملو، سنگان و …) اغلب معادن بزرگ و فعال سرب و روی (انگوران، کوشک، ایران کوه، عمارت و…)، معادن مس پورفیری و همچنین بسیاری از معادن دیگر و همه ذخایر غیرفلزی، به روش روباز استخراج می شود و اغلب معادن کوچک فلزی و زغال سنگ کشور، به روش زیرزمینی استخراج می گردند و معدن کاران ایرانی، تجربه خوبی در استخراج معدن روباز و زیرزمینی دارند.

سنگ از نظر زمین‌شناسان به ماده‌ی سازنده‌ی پوسته‌ و بخش جامد سست‌کره‌ی زمین گفته می‌شود. سنگ‌ها از یک یا چند کانی درست شده‌اند و از نظر چگونگی پدید آمدن در سه گروه سنگ‌های آذرین، سنگ‌های رسوبی و سنگ‌های دگرگونی جای می‌گیرند. سنگ‌های آذرین از سرد شدن گدازه‌ی آتش‌فشان‌ها به وجود می‌آیند. سنگ‌های رسوبی پیامد فرسایش سنگ‌ها و انباشته شدن رسوب‌ها در دریاها هستند. هنگامی که سنگی در فشار و گرمای زیاد قرار گیرد، سنگ دگرگونی پدید می‌آید.
سنگ‌ها و کانی‌ها
کره‌ی زمین از نظر ویژگی‌های فیزیکی ساختار لایه‌ای دارد. بخش مرکزی آن جامد است، بیش‌تر از آهن و نیکل درست شده و هسته‌ی درونی نامیده می‌شود. پیرامون هسته‌ی درونی را لایه‌ی مایعی از آهن و نیکل فراگرفته که هسته‌ی بیرونی نام دارد. پیرامون هسته‌ی بیرونی را لایه‌ای به نام گوشته در بر می‌گیرد که خود از لایه‌ا‌ی جامد و سخت به نام گوشته‌ی زیرین و لایه‌ای نرم‌تر و خمیری به نام سست‌کره درست شده است. پیرامون گوشته را لایه‌ی نازک و جامدی به نام پوسته فراگرفته که بیش‌تر از سیلیس، اکسیژن و آلومینیوم درست شده است. زمین‌شناسان به مواد طبیعی و بی ‌جان سازنده‌ی پوسته سنگ می‌گویند و بیرونی‌ترین لایه‌ی زمین را سنگ‌کره می‌نامند.
سنگ‌ها از یک یا چند کانی درست شده‌اند. کانی به موادی بی‌جان، جامد و بلوری گفته می شود که ترکیب شیمیایی به نسبت ثابتی دارند. بیش از ۳ هزار گونه کانی در طبیعت یافت شده است که نزدیک ۲۰ تا ۲۵ گونه از آن‌ها در ساختمان بسیاری از سنگ‌ها وجود دارند. بیش‌تر سنگ‌ها از چند کانی درست شده‌اند، مانند گرانیت که بخش زیادی از آن از سه کانی کوارتز، فلدسپات و بیوتیت است. هر گروه از سنگ‌ها نیز دارای کانی‌های مشخصی هستند که در گروه سنگ‌های دیگر وجود ندارند یا بسیار اندک هستند. برای نمونه، کانی هالیت فقط در سنگ‌های رسوبی دیده می ‌شود و در سنگ‌های آذرین یا دگرگونی دیده نمی ‌شود. کانی ولاستونیت نیز فقط در سنگ‌های دگرگونی یافت می شود. با این همه، برخی از کانی ‌ها، مانند کوارتز، ممکن است در هر گونه سنگی وجود داشته باشند.
سنگ‌ها و کانی‌های آن‌ها
گونه‌ی سنگ     کانی‌هایی که در آن یافت می‌شود
سنگ‌های آذرین     ارتوز، پرتیت، میکروکلین، پلاژیوکلاز، کوارتز، نفلین،
لوسیت، هورنبلند، اوژیت، بیوتیت، مسکوویت، الیوین
سنگ‌های رسوبی     کانی‌های رسی ، کلسیت، دولومیت، کوارتز، هالیت، سیلوین،
ژیپس، انیدریت،گلوکونیت، اکسیدها(به‌ویژه آهن)،کربنات‌های دیگر
سنگ‌های دگرگونی     استرولیت، کیانیت، آندالوزیت، سیلیمانیت، گرونا، ولاستونیت،
ترومولیت، کلریت، گرافیت، تالک
 سنگ‌های آذرین
هرچه بیش‌تر به ژرفای زمین برویم، دما بالاتر می ‌رود و در ژرفای زیاد به اندازه‌ی می‌رسد که برای ذوب‌ شدن سنگ‌ها کافی است. با این همه، مواد درونی زمین به حالت مذاب نیستند و فشار زیادی که از لایه‌های بالایی بر لایه‌های زیرین وارد می‌شود، از ذوب شدن سنگ‌ها جلوگیری می‌کند. اما در جاهایی از ژرفای زمین که به دلیلی(برای نمونه، در پی جایه‌جایی ورقه‌های سنگ کره) از فشار کاسته می‌شود یا سنگ‌های سطحی زمین به زیر سطح فرو می‌روند، سنگ‌ها ذوب می‌شوند. هر جایی که سنگ‌ها ذوب شوند، ماده‌ی مذاب، که ماگما نام دارد، به سوی بالا راه پیدا می‌‌کند و آرام آرام دمای آن کاهش می‌یابد و سنگ‌های آذرین را پدید می‌آورد.
ماگما ممکن است به بخش‌های بالایی پوسته نفوذ کند یا از راه شکاف‌ها و سوراخ‌ها به سطح پوسته راه یابد. ماگمایی که از سطح پوسته بیرون نمی‌زند به آهستگی و طی سال‌ها سرد می‌شود و سنگ‌های آذرین درونی را می‌سازد. به ماگمایی که از دهانه‌ی آتش‌فشان بیرون می‌آید و به سطح زمین می‌رسد، گدازه می‌گویند. همه‌ی حجم گدازه‌ای که به سطح زمین می‌آید، به حالت مذاب نیست و قطعه‌های ذوب نشده‌ی سنگ و کانی‌های بلوری را نیز در خود دارد. گدازه طی چند روز سرد می‌شود و سنگ‌های آذرین بیرونی را می‌سازد.
بررسی ترکیب شیمیایی سنگ‌های آذرین و گدازه‌ی آتش‌فشان‌های فعال نشان داده است که ماگما یک ترکیب سیلیکاتی با اندکی اکسیدهای فلزی ، بخار آب و مواد گازی است. سنگ‌های آذرین را بر پایه‌ی درصد این مواد در سه گروه گرانیتی(اسیدی)، بازالتی(بازی) و آندزیتی(میانه) جای می‌دهند. سنگ‌های آذرینی مانند ریولیت و داسیت را که محتوای سیلیس آن‌ها بالاست، یعنی بیش از ۶۳ درصد ۲ SiO دارند، از گروه سنگ‌های آذرین اسیدی به شمار می‌آورند. سنگ‌های آذرینی مانند آندزیت که بین ۵۲ تا ۶۳ درصد ۲ SiO دارند، از سنگ‌های آذرین میانه و سنگ‌هایی مانند بازالت و گابرو را که محتوای سیلیسی کم‌تری دارند، از سنگ‌های آذرین بازی هستند. برخی از سنگ‌های آذرین، مانند پریدوتیت، را که محتوای سیلیسی آن‌ها بسیار پایین است، فرابازی می ‌دانند.
 
بافت سنگ‌های آذرین
زمین‌شناسان در بررسی‌های صحرایی، که ابزارهای پیچیده‌ی آزمایشگاهی در دسترس نیست، از اندازه و آرایش بلورهای سنگ، که بافت سنگ نام دارد، برای توصیف سنگ‌ها بهره می‌گیرند. اصطلاح بافت سنگ هنگام بررسی سنگ زیر میکروسکوپ نیز به کار می ‌رود. بافت سنگ آذرین علاوه بر این که آن را از سنگ‌ها دیگر جدا می‌کند، ما را از درونی بودن یا بیرونی بودن آن و حتی ژرفایی که سنگ در آن‌جا از ماگما پدید آمده است، آگاه می‌سازد.
۱٫ بافت نهان‌بلورین. بلورها را نمی‌توان با چشم غیرمسلح دید. اگر بلورها به اندازه‌ای کوچک باشند که فقط با میکروسکوپ‌ پولاریزان دیده شوند، اصطلاح میکروکریستالین و اگر فقط با میکروسکوپ الکترونی یا پرتوهای ایکس شناسایی شوند، اصطلاح کریپتوکریستالین را به کار می‌برند.
۲٫ بافت آشکاربلورین. بلورها درشت و از ۲ تا ۵ میلی ‌متر هستند. این بافت زمانی پدید می‌آید که ماگما به آهستگی درون زمین سرد شود.
۳٫ بافت پگماتیتی. گونه‌ای از بافت آشکاربلورین است که اندازه‌ی بلورهای آن بزرگ‌تر از ۵ سانتی‌متر و حتی چند متر است.
۴٫ بافت پرفیری. گونه‌ای از بافت آشکاربلورین است که دارای بلورهای درشت در زمینه‌ای از بلورهای ریز است. این بافت نتیجه‌ی سرد شدن آهسته زیر سطح زمین و آمدن ناگهانی ماگما به سطح زمین است که نخست با پدیدآمدن بلورهای درشت و سپس با بلورهای ریز همراهی می‌شود.
۵٫ بافت سوراخ‌دار. در پی سرد شدن تند گدازه‌ای که گاز فراوان در خود دارد، بر سطح زمین پدید می‌آید. سنگ‌پا نمونه‌ای از این بافت است.
۶٫ بافت شیشیه‌ای. در برخی فوران‌های آتش‌فشانی، گدازه به درون آب ریخته می‌شود و بسیار تند سرد می‌شود. این گونه سنگ‌ها بلور ندارند و بافتی مانند شیشه دارند.
۷٫ بافت آذرآواری. هنگامی که گدازه به صورت ذره‌های خاکستر به هوا پرتاب می‌شود و آن ذره‌ها به صورت لایه‌ای ته‌نشین می‌شوند، سنگ‌هایی را می‌سازند که ذره‌های سازنده‌ی آن‌ها آذرین، ولی ته‌نشینی آن‌ها شبیه سنگ‌های رسوبی است.
۸٫ بافت آگلومرا. اگر اندازه‌ی ذره‌های پرتابی از دهانه‌ی آتش‌فشان بزرگ باشد، پس از ته‌نشین شدن به یکدیگر جوش می‌خورند و سنگ یکپارچه‌ای را می‌سازند که آگلومرا نامیده می‌شود.
خانواده‌های سنگ‌های آذرین
سنگ‌های آذرین را بر پایه‌ی بافت، درصد سیلیس، رنگ، چگالی، ترکیب شیمیایی و در نظر داشتن ویژگی‌های دیگر، طبقه‌بندی می‌کنند.
۱٫ خانواده‌ی گرانیت- ریولیت. گرانیت از شناخته‌شده‌ترین سنگ‌های آذرین درونی است که فراوانی و زیبایی آن پس از صیقل یافتن، باعث شده است که در معماری مورد توجه باشد. نام این سنگ از واژه‌ی لاتین گرانوم به معنای دانه‌ی گندم گرفته شده است، زیرا بیش‌تر کانی‌های آن به اندازه‌ی دانه‌ی گندم است. بافت‌ آن از نوع آشکاربلورین است و بیش‌تر از فلدسپات پتاسیم‌دار، پلاژیوکلاز سدیم‌دار و کوارتز درست شده است. کانی‌های بیوتیت، آمفیبول، هورنبلند و گاهی میکای سفید نیز در ساختمان آن دیده می‌شود.گرانیت‌ها به رنگ‌های سفید، خاکستری و صورتی دیده می‌شوند که برخاسته از نوع فلدسپات آن‌هاست.
ریولیت از نظر نوع کانی‌ها با گرانیت تفاوت زیادی ندارد و در واقع گرانیتی است که بیرون از پوسته‌ی زمین پدید می‌آید. ریولیت‌ها رنگ روشنی دارند و چون جهت‌یافتگی ماده‌ی مذاب را به آسانی می‌توان در آن‌ها شناسایی کرد، به این نام خوانده می‌شوند( ریولیت به معنای جریان یافته است.) در این خانواده سنگ‌هایی با بافت شیشه‌ای نیز وجود دارد که ابسیدین شناخته‌شده‌ترین آن‌هاست. این سنگ تیره‌رنگ است و تیرگی آن به این علت است که هیچ گونه بلوری در آن وجود ندارد. به سنگ‌های بیرونی با بافت سوراخ‌دار این خانواده، پونس، پامیس یا سنگ‌پا می ‌گویند. توجه داشته باشید که سنگ‌پا ممکن است در خانواده‌های دیگر نیز وجود داشته باشد.
۲٫ خانواده‌ی گرانودیوریت- داسیت. گرانودیوریت یکی از فراوان‌ترین سنگ‌های آذرین درونی است که از نظر کانی ‌شناسی، در میانه‌ی سنگ‌های گرانیتی و دیوریتی جای می‌گیرد. زیرا درصد کوارتز آن اندکی از گرانیت کم‌تر ولی از دیوریت اندکی بیش‌تر است. داسیت همانند بیرونی گرانودیوریت است. این سنگ در ایران فراوان است و بیش‌تر به رنگ روشن دیده می شود.
۳٫ خانواده‌ی دیوریت- آندزیت. دیوریت‌ها سنگ‌هایی هستند که بیش‌تر از فلدسپات‌ پلاژیوکلاز سرشار از کلسیم درست شده‌اند. این سنگ‌ها اغلب کوارتز ندارند، اما گاهی اندکی کوارتز و فلدسپات پتاسیم‌دار نیز در ساختمان آن‌ها دیده می‌شود.کانی‌های تیره‌رنگ دیوریت‌ها اغلب آمفیبول، پیروکسن و بیوتیت است. آندزیت همانند بیرونی دیوریت است که به رنگ خاکستری تیره دیده می‌شود به صورت سنگ‌پا و آذرآواری نیز وجود دارد.
۴٫ خانواده‌ی گابرو- بازالت. گابروها سنگ‌های تیره با چگالی به نسبت بالا هستند که بیش‌تر از پیروکسن و پلاژیوکلاز کلسیم‌دار درست شده‌اند. البته، ممکن است اندکی الیوین نیز در آن‌ها دیده شود. بازالت همانند بیرونی گابرو است. بازالت و گابرو ۷۵ درصد سنگ‌های آذرین پوسته‌ی زمین را می‌سازند. بازالت سوراخ‌دار را اسکوری می‌گویند که شبیه سنگ‌پاست. بازالت شیشه‌ای نیز وجود دارد که به آن‌ها تاکی‌لیت می‌گویند. در پیرامون آتش‌فشان خاموش دماوند، به‌ویژه در کناره‌ی جاده‌ی هراز، می‌توان گونه‌های اسکوری، پرفیری و آگلومرای بازالتی را پیدا کرد.
۵٫ خانواده‌ی پریدوتیت. پریدوتیت سنگی بسیار بازی است که بیش‌تر از کانی‌های آهن و منیزیم‌دار درست شده است.پریدوتیت‌ها چگالی بالایی دارند و رنگ آن‌ها تیره است. الیوین فراوان‌ترین کانی پریدوتیت‌هاست، اما ممکن است اندکی پیروکسن و حتی آمفیبول نیز در آن‌ها دیده شود. پریدوتیت‌ها سرشار از الیوین را دونیت گویند و پریدوتیت‌های سرشار از پیروکسن را پیروکسنیت می‌نامند. در صورتی که هم الیوین و هم پیروکسن را داشته باشند، لرزولیت خوانده می‌شوند. لمبورژیت، که بسیار کمیاب است و از بلورهای ریز اوژیت(نوعی پیروکسن) و الیوین آهن‌دار درست شده است، همانند بیرونی پریدوتیت‌هاست و به رنگ قرمز قهوه‌ای دیده می ‌شود. کیمبرلیت را نیز همانند بیرونی آن‌ها می‌دانند که سرشار از الیوین است و بلورهای ریز و اندکی گرونا(کانی دگرگونی) و الماس دارد.