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mineralogìa

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Descrizione generale

sf. [sec. XVIII; da minerale+-logia, sul modello del francese minéralogie]. Scienza che studia i minerali, le loro origini, le proprietà fisico-chimiche e la struttura. Disciplina molto complessa, la mineralogia ha in comune con la chimica e la fisica metodi e strumenti d'indagine, specie per quanto riguarda la composizione e la struttura dei minerali, e con la geologia, la geochimica e la petrografia i campi d'osservazione, soprattutto in relazione alla genesi e alla giacitura dei minerali: per quest'ultimo aspetto, la mineralogia viene generalmente considerata parte delle scienze naturali. La mineralogia viene attualmente divisa in due grandi settori: mineralogia generale e mineralogia speciale o descrittiva. La mineralogia generale, suddivisa in varie branche, si occupa dell'origine dei minerali, ne studia la morfologia, la composizione chimica, la struttura cristallina e i rapporti tra i diversi tipi di reticoli, le proprietà fisico-chimiche. La mineralogia speciale si occupa soprattutto di descrivere e di classificare i minerali sia dal punto di vista strettamente scientifico sia dal punto di vista della loro utilità pratica come materie prime.

Cenni storici: dalle origini alle prime classificazioni

L'interesse per i minerali è molto antico nella storia dell'umanità. Minerali e rocce come il quarzo, il calcedonio, le selci, le quarziti erano conosciuti dalle più antiche culture e usati per la fabbricazione di utensili e armi; in seguito, con il nascere delle prime civiltà storiche fu compresa l'utilità dei minerali metalliferi e intensificata la ricerca delle pietre utilizzate per gioielli e oggetti ornamentali. I minerali furono considerati soprattutto sotto il punto di vista della loro utilità: nelle opere degli studiosi greci e romani sui minerali, peraltro piuttosto rare (interessanti sono specialmente gli scritti di Teofrasto, un discepolo di Aristotele, e di Plinio il Vecchio), si trovano descrizioni di giacimenti metalliferi di oro, argento, piombo, rame, stagno, mercurio e dei relativi minerali e rocce che li racchiudono, ma mancano definizioni e classificazioni mineralogiche, così come molto confuse e frammentarie sono le teorie sull'origine dei minerali; per esempio, si riteneva che il quarzo si fosse formato dal congelamento di acqua purissima. Le gemme come il topazio, gli smeraldi, i rubini, le acquemarine, i granati, erano ricercate sia per la loro bellezza sia perché erano loro attribuiti poteri magici e virtù terapeutiche provenienti da influssi astrali. Questa situazione si protrasse sostanzialmente per tutto il Medioevo fino agli inizi del Rinascimento. I trattati e i manuali di questo periodo elencano le varie specie di minerali, generalmente in ordine alfabetico, descrivendone le caratteristiche più appariscenti (colore, trasparenza, morfologia), o al massimo dividendoli in minerali, metalliferi e non, e in pietre preziose, elencando per queste ultime le proprietà magiche in accordo con le concezioni e le dottrine degli alchimisti. L'unico trattato che per organicità e originalità si distacca dalle opere consimili risale all'arabo Avicenna: in esso viene tentata una classificazione in base alla composizione chimica e viene respinta la teoria della maturazione dei metalli secondo cui i metalli e i loro minerali con il tempo si trasformerebbero in sostanze più pure e nobili: così il piombo si trasformerebbe gradualmente in argento e poi in oro. Durante il Rinascimento, l'intenso sfruttamento minerario e la necessità di individuare nuovi giacimenti e di usare nuove tecniche estrattive portarono notevole impulso allo studio della mineralogia. Risale a questo periodo l'attività di Georg Bauer detto Agricola (1494-1555), nelle cui opere, in particolare nel De natura fossilium, affronta lo studio dei minerali con criteri moderni, dividendoli in corpi semplici (terre come le argille, pietre preziose, pietre da costruzione e ornamentali, ecc.) e in corpi composti (minerali metalliferi e aggregati di minerali distinguibili a occhio nudo), tenendo conto delle proprietà fisiche ed entro certi limiti della forma geometrica. Nozioni di mineralogia si trovano anche nel trattato Pyrotecnia di Vannoccio Biringuccio (1480-1539). Nel Seicento gli studi di mineralogia si orientano verso il tentativo di spiegare l'origine dei minerali, considerati in genere come il deposito di soluzioni saline sature, mentre vengono scoperte e indagate nuove importanti proprietà morfologiche e ottiche. Esponente più rappresentativo di questo indirizzo è il naturalista danese Stenone (1638-1686) al quale si devono originali ricerche di petrografia e di paleontologia e la prima parziale enunciazione della legge della costanza degli angoli diedri. Osservazioni e risultati analoghi furono conseguiti da Domenico Guglielmini (1655-1710), il quale intuì anche che tra forma esterna regolare dei minerali e struttura interna esiste una stretta relazione. In quegli anni comparvero le prime grandi classificazioni mineralogiche basate sulla composizione chimica: notevoli sono sotto questo aspetto i lavori di G. Wallerius, T.O. Bergman e di M.V. Lomonosov, pubblicati verso la metà del Settecento. Un notevole progresso negli studi mineralogici si registrò verso la fine di quel secolo per merito soprattutto di Romé de l'Isle e di René J. Haüy. R. de l'Isle, riprendendo le teorie di Stenone, enunciò la prima legge della cristallografia suffragandola con osservazioni sperimentali eseguite con il goniometro di applicazione. A Haüy si devono invece la fondamentale legge della “razionalità degli indici” e la prima teoria sulla struttura interna dei minerali intesi come corpi cristallini risultanti dalla giustapposizione di poliedri elementari (le cosiddette molecole integranti) aventi la forma del solido di sfaldatura.

Cenni storici: moderni indirizzi e ricerche sperimentali

Negli anni successivi e praticamente per tutto l'Ottocento gli studi di mineralogia seguirono due indirizzi distinti in diretta relazione con i contemporanei progressi della chimica e della fisica: da un lato infatti la mineralogia si identificò quasi con la chimica mineralogica, dall'altro con la cristallografia. I risultati principali dell'indirizzo chimico furono l'esatta determinazione della composizione dei minerali già noti e delle altre numerose specie che i naturalisti e i geologi raccoglievano nel corso delle loro ricerche sul terreno, e la scoperta dei fenomeni del polimorfismo e dell'isomorfismo, compiuta da E. Mitscherlich. Gli studi cristallografici proseguirono soprattutto a opera di Bravais, Sohnke e Fëdorov che chiarirono la struttura reticolare dei cristalli, grazie anche allo studio sulle proprietà ottiche dei minerali reso possibile dall'invenzione dei prismi polarizzatori di W. Nicol. La conferma dell'esattezza delle conoscenze cristallografiche venne dalle ricerche ed esperienze di Max von Laue in collaborazione con Friedrich e Knipping sulla diffrazione dei raggi X (1912), ottenuta utilizzando i cristalli come reticoli fini. La necessità poi di definire la natura dei nodi reticolari ebbe come conseguenza di far convergere e riunire i due settori in cui si era divisa la mineralogia: apparve infatti evidente la stretta relazione tra composizione, proprietà chimico-fisiche e struttura reticolare dei minerali cristallini. Gli studi attuali di mineralogia utilizzano per determinare queste relazioni i più recenti progressi teorici e sperimentali della chimica e della fisica cristallografica (analisi termica differenziale, analisi spettrografica con raggi X, ecc.); di più recente sviluppo sono le ricerche sperimentali che tentano di riprodurre in laboratorio i processi di minerogenesi e petrogenesi naturali.

F. D. Adams, The Birth and Development of the Geological Sciences, New York, 1954; C. Andreatta, Mineralogia e cristallografia, Bologna, 1957; G. Dal Piaz, Corso di geologia, Padova, 1957; G. Carobbi, Mineralogia, Firenze, 1958; E. Grill, Lezioni di mineralogia, Pisa, 1960; C. Palache, H. Berman, C. Frondel, The System of Mineralogy, New York, 1963; A. Mottana, Fondamenti di mineralogia geologica, Bologna, 1988.