Apatitt er en gruppe fosfatmineraler med den generelle kjemiske formelen Ca₅(PO₄)₃(F,Cl,OH). Det forekommer i et bredt spekter av geologiske miljøer, inkludert magmatiske, metamorfe og sedimentære bergarter, og er en viktig kilde til fosfor for produksjon av fosforgjødsel. Apatitt krystalliserer vanligvis i det hexagonale systemet og har en Mohs-hardhet på 5. Fargen varierer fra fargeløs og hvit til grønn, blå, gul, fiolett og brun, avhengig av den kjemiske sammensetningen, sporstoffer og dannelsesbetingelsene. Mineralet forekommer vanligvis som hexagonale prismatiske krystaller, kornete aggregater eller fintkornede masser, selv om krystallstørrelsen og utseendet varierer betydelig mellom forekomstene.
Begrepet apatitt refererer til en mineralgruppe som inkluderer fluorapatitt, klorapatitt og hydroksylapatitt, kjennetegnet av det dominerende anionet i deres kjemiske strukturer. Apatitt er vidt utbredt i jordens skorpe og forekommer vanligvis som et akseessorisk mineral i mange magmatiske bergarter, selv om det også kan danne konsentrerte fosfatforekomster. Gjennomsiktige eksemplarer med egnet farge og klarhet blir noen ganger slept som edelstener, men apatitt er relativt myk sammenlignet med mange andre vanlig brukte edelstener. Apatitt er også relevant for biologisk og geologisk forskning fordi hydroksylapatitt og beslektede sammensetninger utgjør den viktigste uorganiske komponenten i virveldyrers bein og tenner, mens mineralenes evne til å ta opp sporstoffer gjør det nyttig for å undersøke dannelsen og utviklingen av bergarter.
Historien og oppdagelsen av apatitt
Navnet apatitt er avledet fra det greske ordet apate, som betyr bedrag, en henvisning til mineralets likhet med flere andre mineraler. Avhengig av farge, gjennomsiktighet og krystallvekst kan apatitt forveksles med beryll, turmalin, peridot eller andre krystallinske mineraler. Disse likhetene gjorde historisk sett identifisering vanskelig, spesielt før kjemisk analyse og moderne krystallografiske metoder ble tilgjengelige. I 1786 beskrev den tyske mineralogen Abraham Gottlob Werner apatitt formelt og innførte navnet som fortsatt er i bruk i dag.
I løpet av det nittende århundret klargjorde ytterligere mineralogiske og kjemiske undersøkelser apatittens sammensetning og dens forhold til andre fosfatmineraler. Forskere identifiserte variasjoner knyttet til innhold av fluorid, klorid og hydroksyl, og la dermed grunnlaget for å skille de viktigste medlemmene i apatittgruppen. Anerkjennelsen av apatitt som et viktig fosforførende mineral bidro også til dets industrielle betydning. Ettersom landbruksbehovet for fosfor økte, ble naturlig forekommende fosfatforekomster en viktig råvare for produksjon av gjødsel. Inne i moderne mineralogi blir apatitt fortsatt studert for sin rolle i magmatiske og sedimentære prosesser, sitt sporstoffinnhold, og sine anvendelser innen geokronologi og studiet av biologisk mineralisering.
Kjemisk sammensetning og krystallstruktur for apatitt
Apatitt har den generelle kjemiske formelen Ca₅(PO₄)₃(F,Cl,OH), som reflekterer en kalsiumfosfatstruktur der fluorid-, klorid- eller hydroksylgrupper okkuperer et bestemt anionsted. Dens tre hovedendemedlemmer er fluorapatitt, Ca₅(PO₄)₃F; klorapatitt, Ca₅(PO₄)₃Cl; og hydroksylapatitt, Ca₅(PO₄)₃OH. Disse mineralene deler samme grunnleggende strukturelle oppbygning, men skiller seg fra hverandre ved sine dominerende anioner. Fluorapatitt er utbredt i magmatiske og sedimentære bergarter, klorapatitt er mindre vanlig, og hydroksylapatitt forekommer både i geologiske miljøer og i biologiske vev. Naturlig apatitt kan inneholde blandinger av disse anionene, slik at sammensetningen ikke alltid tilsvarer et enkelt rent endemedlem.
Apatitt krystalliserer generelt i det hexagonale krystalsystemet. Strukturen består av fosfatgrupper, der hver inneholder ett fosforatom omgitt av fire oksygenatomer, koblet med kalsiumioner for å danne et tredimensjonalt rammeverk. Kanaler parallelt med den kristallografiske c-aksen rommer fluorid-, klorid- eller hydroksylioner. Denne ordningen gir den karakteristiske hexagonale symmetrien og tillater visse kjemiske substitusjoner uten å endre den overordnede strukturen vesentlig. Kalsium kan delvis erstattes av elementer som strontium, mangan og sjeldne jordarter, mens spor mengder av andre elementer også kan trenge inn i krystallgitteret. Disse substitusjonene påvirker apatittens kjemiske sammensetning og kan påvirke fargen, luminesensen og de fysiske egenskapene. Siden apatitt kan ta opp spor av elementer og radioaktive elementer som uran, brukes sammensetningen også til å undersøke den kjemiske utviklingen av magmaer, dannelsen av mineralforekomster og bergartenes geologiske historie.
Dannelse og geologisk forekomst av apatitt
Apatitt dannes gjennom flere geologiske prosesser og forekommer i magmatiske, sedimentære og metamorfe bergarter. I magmatiske miljøer krystalliserer det vanligvis fra avkjølende magma som et tilleggsmineral. Små apatittkrystaller finnes ofte i granitter, syenitter, dioritter, basalter og andre intrusiv- eller vulkanske bergarter. Dannelsen avhenger av tilgjengeligheten av fosfor, kalsium og geschiktede krystallisasjonsbetingelser. I noen fosforrike magmatiske systemer, spesielt karbonatitter og visse alkaliske magmatiske komplekser, kan apatitt akkumuleres i betydelige konsentrasjoner og danne økonomisk viktige forekomster. Disse akkumuleringene kan utvikle seg gjennom magmatisk krystallisering, mineraladskillelse eller konsentrasjon av fosfatførende faser under utviklingen av en magma.
I sedimentære miljøer er apatitt vanligvis assosiert med fosforittforekomster, som utvikles gjennom akkumulasjon og forandring av fosfatrike materialer. Marine fosforitter dannes gjennom komplekse samspill mellom havvannskjemi, biologisk aktivitet, sedimentering og diagenese. Fosfor som frigjøres under nedbrytningen av organisk materiale kan resirkuleres i sedimentene og bidra til dannelsen av fintkornede mineraler i apatittgruppen. Værings- og erosjonsprosesser kan også transportere fosfatholdige partikler fra eksisterende bergarter inn i sedimentbassenger, der de konsentreres over tid. Disse prosessene kan produsere omfattende fosfatforekomster som fungerer som viktige kilder til råmaterialer for gjødselproduksjon.
Apatitt forekommer også i metamorfe bergarter, der den kan overleve fra den opprinnelige bergarten eller krystalliseres på nytt under endringer i temperatur, trykk og væsammensetning. Den finnes i bergarter som gneis, skifer og marmor, selv om forekomsten varierer med sammensetningen av det opprinnelige materialet og graden av metamorfose. Hydrotermale væsker kan transportere fosfor og fremme apatittkrystallisering i ådrer eller langs mineraliserte soner, spesielt der væskene interagerer med kalkholdige bergarter. Siden apatitt kan bevare informasjon om konsentrasjoner av sporstoffer, temperaturforhold og geologisk alder, brukes den ofte i studier av bergartsdannelse, magmatisk evolusjon og jordskorpenes termiske historie.
Fysiske og optiske egenskaper ved apatitt
Apatitt har en Mohs-hardhet på 5, noe som plasserer det mellom fluoritt og feltspat på mineralskalaen for hardhet. Det kan bli ripe av hardere mineraler og er mottakelig for slitasje, noe som begrenser holdbarheten i applikasjoner som utsettes for hyppig slitasje. Den spesifikke tyngden varierer generelt fra omtrent 3,1 til 3,2, selv om den nøyaktige verdien endres med kjemisk sammensetning. Apatitt viser vanligvis en glassaktig glans på friske krystallflater og en hvit strek. Spaltingen er generelt dårlig eller utydelig, mens brudd kan være ujevnt til konkoidalt. Krystaller utvikler seg vanligvis som sekskantede prisme avsluttet av pyramideformede flater, men apatitt forekommer også som granulære aggregater, kompakte masser og fintkornet materiale. Enkelte krystaller kan være gjennomsiktige, halvgjennomsiktige eller ugjennomsiktige, avhengig av sammensetning, inkluderinger og grad av forandring.
Fargen på apatitt varierer sterkt, og inkluderer fargeløs, hvit, blekgul, grønn, blå, fiolett og brun. Disse fargene påvirkes av spor-elementer, strukturelle defekter og andre variasjoner i kjemisk sammensetning. Blå og grønne eksemplarer er blant de variantene som brukes til edelsteinsutskjæring, mens gul og fiolett materiale også forekommer. Apatitt har et brytningsindeks på omtrent 1,63 til 1,65, med små variasjoner mellom ulike sammensetninger, og viser dobbeltbrytning typisk for et uniaxial mineral. Dets optiske egenskaper kan bidra til å skille det fra mineraler med lignende farger og krystallvekst. Noen eksemplarer viser fluorescens under ultrafioytt lys, selv om responsen varierer avhengig av innholdet av spor-elementer og andre strukturelle egenskaper. Ved identifisering av apatitt bør hardhet, krystallform, optiske egenskaper og kjemisk sammensetning vurderes sammen, da farge alene ikke er en pålitelig diagnostisk egenskap.
Typer og varianter av apatitt
Apatitt består av flere mineralarter som skiller seg fra hverandre ved sin kjemiske sammensetning, spesielt det dominerende anionet som okkuperer en bestemt posisjon i krystallstrukturen. Disse artene deler den samme grunnleggende strukturelle rammen, men skiller seg i forholdet mellom fluor, klor og hydroxylgrupper. Apatitt forekommer også i et bredt spekter av farger, hvorav noen brukes til å beskrive edelsteinsvarianter. De viktigste medlemmene og alminnelig anerkjente varianter inkluderer følgende.
FluorapatittFluorapatitt har kjemisk formel Ca₅(PO₄)₃F og er en av de mest utbredte medlemmene i apatittgruppen. Den forekommer i storkrystallinske, metamorfe og sedimentære bergarter og er et viktig fosfatførende mineral i mange økonomisk viktige forekomster. Fargen varierer fra fargeløs og hvit til grønn, blå, gul og brun.
KlorapatittKlorapatitt har den kjemiske formelen Ca₅(PO₄)₃Cl, med klor som det dominerende anionet. Det er mindre vanlig enn fluorapatitt og forekommer i geologiske miljøer der klor er tilgjengelig under mineral-dannelsen. Dets fysiske og strukturelle egenskaper er i stor grad like dem hos andre mineraler i apatitt-gruppen.
HydroksiapatittHydroksiapatitt har den kjemiske formelen Ca₅(PO₄)₃OH og inneholder hydroksylgrupper i stedet for fluor eller klor. Det forekommer i geologiske avsetninger og er det viktigste mineralkomponenten i virveldyrers bein og tenner. Biologisk apatitt inneholder imidlertid vanligvis karbonat og andre substitusjoner, noe som gjør sammensetningen mer kompleks enn ren hydroksiapatitt.
Blå apatittBlå apatitt er en fargebasert variant som spenner fra lysblå til dyp blå og blågrønn. Gjennomsiktige eksemplarer kan facetteres til edelsteiner, mens gjennomsiktig materiale kan bearbeides til cabochoner. Den moderate hardheten gjør den mer mottakelig for riper og slitasje enn mange vanlig brukte smykkeedlesteiner.
Grønn apatittGrønn apatitt forekommer i nyanser som strekker seg fra lys grønn til mørk grønn. Den finnes i flere geologiske miljøer og kan brukes som edelstein når krystallene har egnet gjennomsiktighet, klarhet og farge. Utseendet til individuelle eksemplarer varierer avhengig av sporstoffer, inkluderinger og andre sammensettingsfaktorer.
Gul apatittGul apatitt varierer fra blekgul til gylden gul og kan forekomme som gjennomsiktige krystaller eller massivt materiale. Fargen kan variere med kjemisk sammensetning og strukturelle egenskaper. Gjennomsiktige eksemplarer med passende klarhet kan facetteres for smykker eller beholdes som mineralprøver i samlinger.
Disse kategoriene skiller seg fra hverandre i mineralogisk status. Fluorapatitt, klorapatitt og hydroksylapatitt er komposisjonelt definerte mineralske arter, mens blå apatitt, grønn apatitt og gul apatitt er beskrivende fargevarianter snarere enn separate mineralske arter. Identifisering av en bestemt apatittprøve avhenger derfor av dens kjemiske sammensetning og mineralogiske egenskaper, ikke bare av fargen.
Bruk av apatitt
Apatitt brukes primært som en industriell kilde til fosfor. Fosfatstein som inneholder apatitt, blir utvunnet og bearbeidet for å produsere fosforsyre, som deretter brukes i fremstillingen av fosforgjødsel. Disse gjødseltypene tilfører fosfor, et essensielt planternæringsstoff som er involvert i rotutvikling, energioverføring og andre biologiske prosesser. Avhengig av forekomsten og den kjemiske sammensetningen kan apatittførende bergart bli beriket for å øke fosfatinnholdet før videre bearbeiding. Fosfatmaterialer fra apatitt brukes også i enkelte fôrtilskudd for dyr og i produksjonen av ulike industrielle kjemikalier.
Apatitt har anvendelser i vitenskapelig forskning fordi krystallstrukturen kan ta opp en rekke sporstoffer og radioaktive elementer. Geologer analyserer apatittsammensetninger for å undersøke magmautvikling, opprinnelsen til magmatiske bergarter og de kjemiske forholdene under hvilke mineraler dannes. Uranholdig apatitt kan brukes i uran-bly-datering, mens apatittsporbaneanalyse og relaterte termokronologiske metoder hjelper forskere med å rekonstruere avkjølings- og termiske historikker for bergarter. Disse teknikkene er spesielt nyttige i studier av fjellkjededannelse, utviklingen av sedimentære bassenger og bevegelsen av bergarter gjennom jordens skorpe.
Apatitt av edelsteinkvalitet brukes i smykker og mineralsamlinger. Gjennomsiktige krystaller med egnet farge og klarhet kan bli facettert eller skjæres til cabochon, der blå, grønn, gul og fiolette eksemplarer er blant de fargene som forekommer i edelsteinhandelen. Dets Mohs-hardhet på 5 gjør det imidlertid mer sårbart for riper og slitasje enn hardere edelstener som kvarts, korund og beryll. Apatitt-smykker krever derfor forsiktig håndtering og er generelt bedre egnet til lejlighetsvis bruk enn til smykker som utsettes for hyppig støt. I tillegg til disse bruksområdene blir syntetiske apatittmaterialer, spesielt hydroksiapatitt, undersøkt og brukt innen biomedisinsk forskning, tannmedisinske materialer og beinreparasjon på grunn av deres kjemiske likhet med den mineralkomponenten som finnes i naturlig bein og tenner.