Kvarts – det mest udbredte mineral på Jorden og dets mange varianter

Kvarts er et silikatmineral med den kemiske formel SiO₂ og optræder i stort set alle typer bjergarter – magmatiske, sedimentære og metamorfe. Det er det næstmest udbredte mineral i Jordens lithosfære, kun overgået af feltspat, og det definerer hårdheden 7 på Mohs hårdhedsskala. Mineralet kan forekomme i klare, prismatiske krystaller som bjergkrystal, i kompakte, mikrokrystallinske former som kalcedon og agat, eller som det hvide, uigennemsigtige mælkekvarts der ses i granitårer verden over. Denne bredde gør kvarts til et af geologiens mest fascinerende og industrielt vigtige mineraler.

Hvad er kvarts?

Kvarts tilhører gruppen af tektosilikater – mineraler opbygget af et tredimensionalt netværk af siliciumoxid-tetraedre. Det er et oxidmineral med formel SiO₂ og krystalliserer under normale temperaturforhold i det trigonale krystalsystem (α-kvarts). Mineralet er kendetegnet ved glasagtig glans (vitreous luster), hvid stregfarve, muslingeformet brud og ingen kløvning, samt en densitet på 2,65 g/cm³. Det er kemisk særdeles stabilt og modstår forvitring bedre end næsten alle andre stenformenede mineraler – en egenskab der forklarer, hvorfor kvartssand dominerer mange strandes og flodbundes sedimenter.

Betegnelsen “kvarts” stammer sandsynligvis fra det tyske ord Quarz, som igen menes at gå tilbage til polsk kwardy eller tjekkisk tvrdý, der begge betyder ‘hård’. En anden teori peger på det saksiske mineterm Querkluftertz (‘tværsprække-malm’). De gamle grækere kaldte klare kvartskrystaller for krystallos – et ord der betyder ‘isnende koldt’ – fordi man fejlagtigt troede, det var evigt frossen is.

Faktaboks: Kvartsens egenskaber

Kilde: Mindat.org – Quartz

Krystalstruktur og polymorfisme

Kvartsens atomare opbygning er fundamentalt enkel: siliciumatomer er hvert omgivet af fire oxygenatomer i en tetraederform (SiO₄). Disse tetraedre er forbundet i et kontinuerligt tredimensionalt netværk, hvor hvert oxygenatom deles mellem to nabotetraedre. Det er netop denne deling, der giver den overordnede formel SiO₂ frem for SiO₄. Strukturen er stærk og stabil, fordi alle Si-O-bindinger er mættede, og der ikke er løse ender i gitterstrukturen.

Kvarts eksisterer i to temperaturbestemte polymorfiske former:

• α-kvarts (lav-kvarts) er den stabile form ved normale temperaturer og trykforhold. Den krystalliserer i det trigonale system og er den form, man møder i naturen og i samlinger.
• β-kvarts (høj-kvarts) opstår ved en skarp overgangstemperatur på 573 °C ved atmosfærisk tryk. Her drejer tetraedernetværket sig ganske lidt, krystalsymmetrien øges til hexagonal, og mineralets volumen udvides pludseligt. Denne pludselige volumenændring er årsagen til mikrofrakturer i keramik og bjergarter, der opvarmes over denne tærskel. β-kvarts er ustabilt ved stuetemperatur og omdannes straks til α-kvarts ved afkøling.

Ud over disse to hovedformer findes der ved endnu højere temperaturer og tryk andre SiO₂-polymorfer: tridymit og cristobalit (i vulkanske bjergarter), samt de ultrahøjtryksformer coesite og stishovite, der dannes ved meteoritnedslag og i dybdemetamorfe zoner.

Den ideelle kvartskrystal har form som en seksidet prisme, afsluttes i begge ender af en romboederlignende top, og forekommer typisk i druseformationer (se geoder) og hydrotermale årer. Tvillinger er hyppige – Dauphine-tvillinger og Japan-lov-tvillinger er velbeskrevne vækstfænomener.

Kvartsens mange varianter

Kvarts optræder i en bred vifte af farver og former, der afhænger af sporelementer og strålingshistorie. Inden for de makrokrystallinske varianter – hvor individuelle krystaller er synlige for det blotte øje – skelner man traditionelt mellem følgende:

Bjergkrystal (klar kvarts)

Bjergkrystal er kvarts i sin reneste form – farveløs, transparent og uden sporelementer der forstyrrer lyset. Navnet afspejler den historiske fejlopfattelse (Pliny den Ældre, 1. århundrede e.Kr.) om, at klare kvartskrystaller var permanent frossen is fra Alperne. Store, flawless bjergkrystaller forekommer i pegmatitter og alpine kløfter; de bruges til optiske instrumenter, smykker og dekorative formål. Mineralets stærke glans og geometriske perfektion har gjort bjergkrystal til et af de mest ikoniske naturmineraler.

Ametyst (violet kvarts)

Ametyst er den violette varietet af kvarts. Farven skyldes jernioner (Fe³⁺) i gitterstrukturen aktiveret af naturlig radioaktiv stråling. Farveintensiteten varierer fra blegt lavendel til dyb purpur, og det er netop de mørke, nuancerede sten der historisk har været mest attraktive som ædelstene. Ametyst forekommer hyppigt i geoder, særligt i Uruguay og Brasilien. Opvarmning over ca. 400 °C kan omdanne ametystens farve til gul eller orange – den varmebehandlede sten sælges da som citrin.

Citrin (gul kvarts)

Citrin er kendetegnet ved en gul til orangegul farve, der skyldes jernoxider eller aluminium-farvecentre i krystalgitteret. Naturlig citrin er relativt sjælden; langt størstedelen af det citrin, der handles i dag, er varmebehandlet ametyst eller røgkvarts. Farven af naturlig citrin er typisk blegt gul til grøngul, mens varmebehandlet citrin kan have en mere intenst orange til rødbrun tone. Citrin er en populær ædelsten og bruges i ringe, vedhæng og armbånd.

Røgkvarts (brun/sortgrå kvarts)

Røgkvarts spænder fra lysegrå over chokoladebrun til næsten sort (morion). Farven opstår, fordi naturlig radioaktiv stråling skaber farvecentre i krystalgitteret rundt om aluminium-urenheder. Intensiteten af farven afspejler mængden af strålingsdosis, kvartsen har modtaget gennem sine geologiske liv. Røgkvarts forekommer hyppigt i granitter og pegmatitter, og store, mørke krystaller udvinder man især fra Alperne og Brasilien.

Rosakvarts (lyserød kvarts)

Rosakvarts har en karakteristisk blid, lyserød til rosarød farve. Den optræder næsten altid som massive, uregelmæssige aggregater – sjældent som veludviklede enkrystaller. Farven skyldes mikroskopiske fibre af et dumortierit-beslægtet mineral eller, i sjældne tilfælde, aluminium/phosphor-farvecentre i krystalformede eksemplarer. Rosakvarts er hyppig i granittiske pegmatitter og bruges flittigt i smykker og som pyntegenstand.

Mælkekvarts

Mælkekvarts er den hyppigste og mest udbredte kvartsvarietet og kendetegnes ved en hvid til mælkehvid, uigennemsigtig til halvgennemsigtig fremtoning. Den hvide farve skyldes talrige mikroskopiske væske- og gasinklusioner, der spreder lyset. Mælkekvarts er at finde i granitiske bjergarter, pegmatitter og kvartsårer verden over – herunder i de bornholmske granitter, hvor klare og røgfarvede kvartsindikationer kendes fra særlig Vang Granit.

Mikrokrystallinske varianter: kalcedon, agat, jaspis og onyx

Udover de makrokrystallinske varianter findes kvarts i en gruppe krypto- og mikrokrystallinske former, der samles under betegnelsen kalcedon. Her er de individuelle kvartskrystaller så fine, at de ikke kan ses med det blotte øje. Disse former har typisk en tæt, kompakt struktur og er mere modstandsdygtige over for slag end enkrystal-kvarts.

• Kalcedon er den overordnede betegnelse for fibrøs, mikrokrystallinsk kvarts. Det er let gennemsigtigt til uigennemsigtigt og forekommer i næsten alle farver. Carnelian (rødorange) og krisopras (grøn) er velkendte undertyper.
• Agat er en båndformet varietet af kalcedon med karakteristiske, oftest buede farve- og gennemsigtighedsbånd. Farverne varierer enormt – hvid, grå, blå, rød, brun, sort – og skyldes varierende jernoxid- og andre mineralindhold. Agat dannes typisk i hulrum i vulkanske bjergarter, der gradvist fyldes med siliciumrig opløsning.
• Jaspis er en uigennemsigtig, urenheds-rig kalcedon med typisk rød til brun farve, der skyldes indhold af jernoxid (hæmatit). Jaspis forekommer i mange mønstre og kombinationsfarver og er et klassisk smykkemateriale.
• Onyx er en sort-hvid, lagdelt varietet af agat. De mørke lag skyldes kulstofurenheder. Onyx er i slægt med sardonyx, der har røde og hvide lag.

Hvor findes kvarts?

Kvarts er et af de mest udbredte mineraler i Jordens lithosfære og udgør ifølge Wikipedia – Quartz ca. 12 % af lithosfærens totale masse. Det er det næstmest udbredte mineral overhovedet, kun overgået af feltspat (41 %). Kvarts er en fast bestanddel i:

• Magmatiske bjergarter: Granit, rhyolit og pegmatit. I pegmatitter kan enkrystaller blive meterlange og veje hundredvis af kilo – den største kendte kvartskrystal, fundet nær Itapore i Brasilien, målte 6,1 × 1,5 × 1,5 meter og vejede ca. 39.900 kg.
• Sedimentære bjergarter: Sandsten og skifer. Kvartskorn er ekstremt forvitringsstabile (laveste forvitringspotentiale i Goldich-serien) og akkumuleres i floder, på strande og i ørkenlandskaber.
• Metamorfe bjergarter: Kvartsit, gnejs og skifer. Kvarts er en af de vigtigste bestanddele i disse bjergarter.
• Hydrotermale årer: Kvarts udfælder sig fra varme, siliciumrige opløsninger i sprækker og danner årer – ofte i selskab med guld, sølv og kobber.

Kvarts i Danmark og på Bornholm

I det meste af Danmark er de dybe geologiske formationer dækket af tykke kvartære aflejringer. På Bornholm er grundfjeldet imidlertid eksponeret, og kvarts udgør her en vigtig bestanddel i de prækambriske granitter og gnejser. Ifølge Bornholms geologi (Wikipedia) domineres grundfjeldet af lyse bjergarter med kvarts og feltspat som primærmineraler. I Vang Granit på nordvestkysten forekommer specifikt røgfarvet og klar kvarts, og Mindat.org registrerer kvartsfund fra Vang Granite Quarry. I silurskifrene kan man desuden finde klare kvartskrystaller på op til 1 cm i kalkkonkretioner – lokalt kaldet bornholmske diamanter, et navn der skyldes den historiske og fejlagtige forestilling om, at kvarts med tid modnes til diamant. I Robbedale-formationen på Bornholm forekommer derudover rent kvartssand, der historisk har været udnyttet som filtersand og støbesand.

Kvarts i industrien

Kvartsens kombination af kemisk stabilitet, høj hårdhed, høj smeltetemperatur og unikke elektriske egenskaber gør det til et industrielt nøglemineral.

Piezoelektricitet og elektronik

Kvarts er piezoelektrisk – det vil sige, at det genererer en elektrisk spænding, når det udsættes for mekanisk tryk, og omvendt: det deformerer sig mekanisk, når det påtrykkes en elektrisk spænding. Denne egenskab blev opdaget i 1880 af brødrene Jacques og Pierre Curie. I dag er kvarts det afgørende materiale i krystaloscillatorer, der regulerer frekvensen i ure (kvartsur), mobiltelefoner, GPS-modtagere og en lang række andre elektronikprodukter. Næsten al kvarts til elektronik er i dag syntetisk fremstillet ved en hydrothermal proces, der blot siden 1950’erne er skaleret til industriel produktion.

Glas og optik

Smeltet kvarts (fused quartz eller fused silica) er et ekstremt rent glas med fremragende optiske og termiske egenskaber. Det bruges til fremstilling af optiske fibre, UV-transmitterende optik, laboratorieudstyr og halvlederindustrien, hvor kvartskrucibleer benyttes til at vokse siliciummonokrystaller til computerchips. Høj-renhedskvarts med under 50 ppm urenheder er en strategisk ressource; de vigtigste forekomster på verdensplan er fra Spruce Pine i North Carolina og Caldoveiro Peak i Spanien.

Byggematerialer og beton

Kvartssand og -grus er essentielle råstoffer i fremstillingen af beton, mørtel og asfalt. Kvartssand bruges desuden til filtrering af drikkevand, som sandblæsningsmiddel og i produktionen af silicium til solceller og halvledere. Den globale efterspørgsel på industrisand er massiv og voksende.

Kvarts i smykker og indretning

Kvarts i alle dets varianter er et af de mest brugte materialer i smykkefremstilling. Ametyst og citrin er klassiske ædelstene i ringe og vedhæng; rosakvarts poleres til cabochoner og perler; agat og jaspis skæres til cameer og dekorationsgenstande. Bjergkrystal har siden oldtiden været brugt til graverede segl, kugler og smykker.

I moderne indretning bruges polerede kvartsslab (kvartsplade) – oftest en teknisk komposit af knust kvarts blandet med harpiks – som bordplader, badeværelsesfliser og køkkenoverflader under handelsnavne som Silestone og Caesarstone. Naturlige kvartskrystaller og geoder er populære som dekorationsobjekter og udstillingsstykker i private hjem og museer.

Det er værd at bemærke, at kvartsens geologiske, æstetiske og industrielle egenskaber er velunderbyggede og videnskabeligt dokumenterede – og det er disse egenskaber, der berettiger dets centrale placering i mineralsamlere og smykkeindustriens verden.

Ofte stillede spørgsmål om kvarts

Hvad er forskellen på kvarts og krystal?

I daglig tale bruges “krystal” ofte synonymt med kvarts – særligt bjergkrystal og ametyst. Geologisk set er en krystal enhver fast stof med regelmæssig atomstruktur, og kvarts er blot én type krystallinsk mineral. Se vores artikel om mineraler, bjergarter og krystaller for en nærmere forklaring.

Er ametyst og citrin virkelig kvarts?

Ja. Ametyst (violet), citrin (gul) og røgkvarts (brun) er alle varianter af det samme mineral – SiO₂ – og adskiller sig udelukkende på grund af sporelementer og strålingspåvirkning. Læs mere i vores artikel om ametyst.

Hvad er kvarts hårdhed?

Kvarts har en hårdhed på 7 på Mohs hårdhedsskala og definerer faktisk skalaens 7. trin. Det betyder, at kvarts ridser glas og stål uden besvær, men at det til gengæld ridses af topas (8), korund (9) og diamant (10).

Hvordan dannes kvarts?

Kvarts kan dannes ad flere geologiske veje: ved afkøling af silikarig magma i granitter og pegmatitter, ved udfældning fra hydrotermale opløsninger i årer og geoder, eller ved rekrystallisation under metamorfose. Mikrokrystallinske former som agat dannes typisk ved langsom udfyldning af hulrum i vulkanske bjergarter med siliciumrig vandopløsning.

Er kvarts farligt?

Intakte kvartskrystaller udgør ingen sundhedsrisiko ved håndtering. Dog er respirabelt krystallinsk siliciumdioxid (kvartsstøv under 10 µm) klassificeret som kræftfremkaldende og kan ved langvarig erhvervsmæssig indånding forårsage silikose, lungefibrose og øget risiko for lungekræft. Støvbeskyttelse er obligatorisk ved industriel bearbejdning og sandblæsning.

Opsummering

Kvarts (SiO₂) er et trigonalt tektosilikatermineral, der udgør ca. 12 % af Jordens lithosfæres masse og dermed hører til de hyppigste mineraler overhovedet. Det er opbygget af sammenkoblede SiO₄-tetraedre og kendetegnet ved glasagtig glans, hvid stregfarve, muslingeformet brud og en hårdhed på 7. Mineralet gennemgår en skarp polymorf overgang ved 573 °C fra α-kvarts (trigonal) til β-kvarts (hexagonal).

Kvarts optræder i et bemærkelsesværdigt antal varianter: de klare og farvede makrokrystallinske typer (bjergkrystal, ametyst, citrin, røgkvarts, rosakvarts, mælkekvarts) samt de tætte mikrokrystallinske former (kalcedon, agat, jaspis, onyx). Det forekommer i magmatiske, sedimentære og metamorfe bjergarter verden over, herunder i de bornholmske granitter og gnejser. Industrielt er kvarts uundværligt i elektronikkomponenter via sin piezoelektricitet, i glasindustrien og som råmateriale i beton og halvlederproduktion.

Kvartsens geologiske alsidighed, visuelle mangfoldighed og tekniske egenskaber gør det til et af naturens mest imponerende og nyttige mineraler.

Læs også

• Ametyst – den violette kvarts med dyb geologisk historie
• Geoder – hvad er de, og hvordan dannes de?
• Mohs hårdhedsskala – sådan måles mineralhårdhed
• Mineraler, bjergarter og krystaller – hvad er forskellen?
• Rav – organisk mineral fra Danmarks kyster

Kilder og videre læsning

• Mindat.org – Quartz (mineral data)
• Wikipedia – Quartz
• Wikipedia – Bornholms geologi
• University of Texas at Austin – Quartz gem notes
• GIA – Quartz Description (Gemological Institute of America)