MINERÁL.CZ

Studium terestrických i kosmických sklovitých materiálů se výrazně rozvíjí v posledních třiceti letech. Potřebu tohoto výzkumu podpořilo i několik mezinárodních konferencí, z nichž první pod názvem: Sklo v planetárních a geologických jevech se konala v New Yorku v roce 1983.

Výskyty sklovité hmoty v přírodě byly, do té doby, pokládány většinou badatelů (Spencer 1939, Rost 1966 a další) spíše za výjimečné. Vycházelo se při tom z toho, že vznik skel vyžaduje specifické tlakové a teplotní podmínky, a ty že jsou poměrně řídké. Ukázalo se, že skutečnost je jiná. Překonán byl i názor, že sklo je produktem tavení s následným prudkým chlazením neumožňujícím krystalizaci. Ke vzniku skel dochází i při tlakových deformacích, nebo fugacitou (zplynováním pevné fáze během exploze a jejím následným utuhnutím). Nejednotnost badatelů je již v základních definicích skla a sklotvornosti. Vychází se hlavně z poznatků o kyselých vulkanických a křemenných antropogenních („syntetických“) sklech.

obsidian - lomová plocha

Často se dosud tradují dvě další nepřesnosti. Jednak, že se skla dělí na přírodní a syntetická. A potom, že sklo je metastabilní látkový stav pro který je charakteristická spontánní krystalizace (odskelnění), ke které dochází v normálních teplotně-tlakových podmínkách s časem, a nebo během speciální temperace. Na nesnáze s definicí pojmu skla upozorňuje Bouška a kol. 1987: „jsou skla považována za přechlazené kapaliny, které v důsledku vysoké viskozity nemohou krystalizovat. … mohou též vznikat kondenzací par na chladné podložce, slínováním gelu, amorfizací krystalických látek účinkem jaderného záření, nárazovou vlnou a dalšími procesy. … badatelé proto definují sklo jako pevnou amorfní látku bez ohledu na historii vzniku … problémem zůstává určení amorfního stavu látek, neboť hranice mezi krystalickou a nekrystalickou látkou není ostrá.“

Dovolím si na tomto místě tvrdit, že veškeré hmoty se kterými se setkáváme na naší planetě i v okolním vesmíru, jsou svým složením i původem přírodní. Antropogenní technologické produkty, mezi které tzv. syntetická skla bezesporu patří, byly velmi trefně sumárně označeny jako „technolity“ Gregerová 2003 a jsou součástí ostatních přírodních materiálů.

Co se týče nestability skelných fází, zdá se, že existuje jistá hranice do které platí teorie metastability. Hranice zatím ještě není přesně vymezena. Jde o podmínky vzniku skel, která je možno velmi obecně rozdělit na měkká a tvrdá (toto členění nesouvisí s technologickou hantýrkou pro antropogenní tavená křemenná skla). Měkká skla vznikají při podmínkách přirozených – tedy v rámci, pro zemskou kůru, běžných teplotách a tlacích. Zvlášť na některých vulkanitech nacházíme hezké přechody mezi skelnou a krystalickými fázemi. S nedokonale protavenými partiemi se zase setkáváme u fulguritů. Příklady odskelnění jsou známé z antropogenních skel.

Tvrdá skla vznikají za podmínek výrazně extrémních. Kde je přesná hranice mezi nestabilním a stabilním stavem skelné fáze není ještě experimentálně ověřeno. Nicméně je jasné, že k extrémním podmínkám dochází např. při atomovém výbuchu (skla popsaná z atomových zkušebních výbuchů Schwartz et.al 1983), nebo při explozích po dopadu kosmických těles na zemský povrch (tektity).

Zařazení skel do krystalizační řady

Podle stupně krystalizace můžeme rozlišit hmoty:

• A) Hrubě krystalické – např. pegmatity
• B) Středně krystalické – většina magmatitů a krystalických metamorfitů
• C) Jemně až kryptokrystalické – jen některé žilné horniny (felzity), dále metamorfity a část chemogenních a jílovitých sedimentů, dále sem patří silicity, acháty, jaspisy – jde o materiály kde nestačila klasická struktura vzniknout a kde jsou povlovné přechody.
• D) Metamiktní minerály – mají zvláštní postavení mezi krystalovými látkami, koloidy a sklem, nemají krystalové struktury a jsou tak vymezeny proti ostatním sloučeninám v přírodě. E) Koloidní nekrystalické látky – mají často vazbu na organické sloučeniny, nebo se organika chová jako inhibitor při jejich vzniku – patří sem např. některé opálové hmoty.
• F) Sklovité hmoty bez pevné krystalové struktury, odpovídající Zachariasenově teorii o neuspořádané mřížce, patří sem vulkanická skla, dále nejrůznější strusky i křemičitá skla vyráběná člověkem. Tyto hmoty jsou metastabilní, s časem dochází k jejich rekrystalizaci.
• G) Tvrdá stabilní skla jejich vznik lze označit jako extrémní – tektity a impaktity, i některá skla zjištěná dosud pouze v kosmu (např. síra a sírou bohatá skla zjištěná na Jupiterových měsících Gradie a kol. 1983) a konečně tvrdá uměle vyrobená skla např. na bázi oxidu hliníku.

Současný badatelský zájem je zaměřen hlavně na skla meteoritická, měsíční Cimbálníková a kol. 1981 a na tektity Turnovec 1980. Z terestrických, v přírodě se běžně vyskytujících, jsou pak studována hlavně skla kyselá (rhyolitová, která mají hospodářský význam), méně už bazické produkty vulkanitů Bouška a kol. 1987. Ostatní druhy (skla v olivinických koulích, kontaktních metamorfitech, na kontaktních smykových plochách u sesuvů a další) byly donedávna Konta J. 1987 (2. International Conf. On natural Glasses, Praha) popisovány jen okrajově, i když jejich zastoupení v přírodě je poměrně hojné.

Průmyslový význam mají antropogení skla vyráběná průmyslově, ať již křemenná, korundová, nebo tavené čediče. Z přírodních pak vulkanická skla – expandovaný perlit, taviva nahrazující živec v keramických hmotách, a konečně i některé metamiktní minerály. Využití tektitů a obsidiánu jako ozdobného kamene pro výrobu šperků, bižuterie a galanterních doplňků, je sice zajímavé, ale zcela okrajové. Připomenout si zaslouží proto, že na Slovensku jsou zajímavé výskyty, pro šperkovou výrobu použitelného obsidiánu v okolí Viniček Illášová a Turnovec 2003.

tzv. obláčkový obsidian

K rekrystalizaci respektive odskelňování, vytvářením krystalických jader, dochází jen u skel, která bychom mohli označovat jako měkká. Jsou to taková, která vznikala za relativně přirozených podmínek. Jako příklad lze uvést výlevy lávy – dojde k uvolnění tlaku a rychlému chladnutí vodou při podmořských výlevech, nebo vzduchem u těch pozemských. Tvrdá skla, tedy taková jejichž vznik byl ovlivněn skutečně extrémními podmínkami, jsou v přírodních podmínkách prakticky stabilní (naleptávání povrchu tektitů není rekrystalizace).

Musím krátce zmínit i antropogení skla a sklovité strusky, jejich výskyty v přírodě jsou dnes samozřejmostí Turnovec 2004 – ta nejběžnější křemičitá jsou doplněna tvrdými materiály na bázi kysličníku hlinitého, ale i dalších kysličníků, jde o druhou generaci mikrokrystalických slinováním vytvářených vysoce odolných (mechanicky i žárovzdorně) hmot. Tím ale výčet zdaleka nekončí, se skly se setkáváme ve vypálených žárovzdorných, keramických, hmotách, porcelánu a některých brusných nástrojích a materiálech Turnovec 1984. Sklokeramika je dokonce technický název. Skelné fáze v keramice jsou anortitového, mullitového, nebo spinelového složení. Podobný charakter mají skelné fáze v kontaktně metamorfovaných horninách Fediuk 1987.

My máme většinou představu skla spojenu s křemennými skly (ať už antropogenními, nebo terestrickými), škála je ale podstatně širší. Jen namátkou lze uvést skla oxidová, boritá, fluoridová a kovová (vesměs vyráběná uměle). Studiem sklotvorných soustav prvků periodckého systému se zabýval Suchet (1971), jeho tabulku hlavních sklotvorných soustav níže uvádím:

Jak z tabulky vyplývá, prvky V. a VI. skupiny mohou tvořit skla poly- i jednoatomová. Zajímavá jedno- i více atomová jsou např. skla zjištěná na Jupiterových měsících Io a Amalthea, tvořená sírou, jejími sloučeninami nebo silikátová sírou obohacená (Grade et al. 1983).

Podle doby potřebné k jejich vzniku, rozlišuje O´Keefe 1984 skla:

• 1) Fulguritová vznikající energií elektrického výboje při kontaktu blesku s horninou, nebo půdním pokryvem
• 2) diaplektická vznikající šokovým tlakem během impaktu při dopadu kometky, nebo velkého meteoritu na povrch Země, Měsíce, či jiné planety
• 3) impaktová skla vznikající termickým tavením hornin během impaktu
• 4) tektity vznikající kondenzací par vytvořených při explozi během impaktu, jde o fugacitní selekci snadněji těkavých kysličníků (hlavně SiO2)
• 5) vulkanická skla kyselá i bazická pozemská, měsíční i planetární

Autor také správně upozorňuje na vliv podmínek vzniku. Homogennější a také odolnější proti rekrystalizaci jsou skla, jejichž vznik je závislý na intensitě a délce trvání extrémních podmínek. O¨Keefe ve své klasifikaci neuvádí metamiktní nerosty a nověji popsaná skla. Při tom již Bergmann 1978 označuje metamiktní minerály za přechlazené kapaliny a že tedy jde o pravá skla (ostatně mají i skelný lesk a charakteristický lasturnatý lom). Vzhledem k tomu, že vznikaly za nejnižších teplot, jsou amorfně nestabilní, během žíhání, tavení a následného ochlazování rekrystalizují. V přírodních podmínkách byla popsána i skla diaplektického typu vzniklá během velkých sesuvů na smykových plochách, skla vznikající při lesních či jiných požárech a konečně skelné fáze známé z vypálených keramických hmot, vznikající při kontaktní metamorfoze a během vyhoření uhelných slojí.

tektit - indočínit z Thajska

Rodina přírodních skel je velmi široká, a také jejich výskyt v přírodě, včetně okolního Vesmíru je podstatně větší než se původně předpokládalo. Na tuto skutečnost jsem si dovolil svou krátkou přednáškou upozornit. Výzkumy pokračují a brzy snad bude jednoznačně definováno postavení skla nejen v systému vývoje Země i její litosféry, ale i okolních planet.

Literatura:

Barnes V. E., Underwood J. R. (1976): New investigations of the Strewn field Libian desert glass and its Petrography; Earth and Planetary Science Letters, str. 117-122, Elsevier Scientific Publisching, Amsterdam
Bouška V. a kol. (1987): Přírodní skla; nakl. Academia, 264 str., Praha
Cimbálníková et. al (1981): Černyje stekla „Luny 24“ i ich proischoždenie, Sb. Korrelacia magma. porod …, str. 182-190, Nauka, Moskva
Fediuk F. (1987): The glass uf Bohemian porcellanites, Second international Conference on natural Glasses, str. 97-110, Universita Karlova Praha
Gregerová M. (2003): Technolitologie – současnost a perspektiva; Sb. Petrológia a jej aplikácie: súčasnosť a perspektívy, 16. septemeber 2003, Bratislava
Illášová L. a Turnovec I. (2003): Východoslovenské obsidiány a jejich využití, Bulletin mineralogicko-petrologického oddělení Národního muzea v Praze, r. 11, str. 150–152, Praha
Konta J. edit. (1987): Sec. Internat. Conf. On natural Glasses, 435 str., Karlova Universita, Praha
Rost R. (1963): Fulgurity – výtvory blesku; Vesmír, 43, str. 278, Praha
Rost R. (1972): Vltavíny a tektity, nakl. ČSAV, 241 str., Praha
Schwartz L. et.al (1983): Glass produced by underground nuclear exploisions, I.Conf. Glass in planetary and geol. phenomena, Alfred, NY, USA
Spencer L. J. (1939): Tektites and silica-glass; Mineral.Mag. 25, str. 425-448, New York Suchet (1971): Daltonides, Bertholides and inorganic glasses, J. Non-Crystal. Solids, 6, str. 370-392, Amsterdam
Turnovec I. (1980): Úložné poměry vltavínů na ložisku Ločenice v jižních Čechách. Přír. sborník Západomoravského muzea v Třebíči, 11, s. 265-272, Třebíč Turnovec I. (1984): Reakce korundových brusných zrn a pojiva během výpalu, Sklář a keramik, 34, 10, str. 298-299, Praha Turnovec I. (2004): Sklo v recentních sedimentech; Mineral XII, 2, str. 122-124, Brno

Adresa: Na Kamenci 1755, 511 01 TURNOV, ČR