Křemen - přehled vlastností, výskytu a odrůd

Křemen je mimořádně hojný minerál, nejčastěji se vyskytuje jako světle šedý či bílý v mnoha horninách, má však také mnoho zajímavých barevných variet a pestrou škálu krystalových tvarů. Společně se živci se jedná o nejrozšířenější minerál v zemské kůře.

Struktura a krystaly křemene

Křemen je přírodní oxid křemičitý SiO₂, jedná se o jednu z nejhojnějších složek zemské kůry. Struktura křemene je tvořena sítí tetraedrů SiO₄, které jsou spojeny svými vrcholy a každý křemík tak sdílí se sousedy kyslíky. Křemen patří mezi oxidy, jeho struktura je však zároveň základem struktury tektosilikátů (tedy hlavně živců, foidů a zeolitů).

Křemen může vznikat do 870 ^oC při různých tlacích, vyskytuje se ve většině světlých magmatických hornin. Při teplotách nad 573 ^oC krystalizuje z magmatu hexagonální β-křemen (vyšší křemen). Za nižších teplot vzniká trigonální α-křemen (nižší křemen), který může vznikat i dlouhodobou vnitřní rekrystalizací vyššího křemene. Nižší křemen je mnohem běžnější, prakticky všechny pěkné dutinové krystaly náleží nižšímu křemeni.

Křemen vytváří dlouze sloupcovité šestiboké krystaly, odborně se jedná o hexagonální prizma (šestiboký hranol) ukončené romboedry (pravé a levé klence). Plochy prizmatu bývají téměř vždy příčně rýhované. Podle orientace klenců se krystal křemene označuje jako levý anebo pravý. Křemeny často dvojčatí.

Japonský srůst - srůstají dva krystaly s prizmaty v úhlu přibližně 84,5 stupně.

Dauphinéský (také alpský či švýcarský) srůst - srůstá pravý křemen s pravým anebo levý s levým.

Brazilský srůst - srůstá pravý křemen s levým a naopak

Mezi další typické tvary patří kostrovitý vývoj krystalů, hypoparalelní srůsty a zejména sběratelsky vyhledávané žezlové (holubníkové) křemeny, kdy na původní tenký krystal narůstá mladší a větší. Další specialitou jsou tzv. fantomy, kdy na starším menším krystalu naroste větší. Někdy jsou fantomy i několikanásobné.

Fyzikální vlastnosti

Barva křemene je velmi proměnlivá, nejčastěji našedlá či bílá. Existuje však i řada variet, které jsou zbarvené díky defektům ve struktuře či mikroskopickým příměsím dalších minerálů. Běžná je čirá (křišťál), fialová (ametyst), hnědá (záhněda), žlutá (citrín), růžová (růženín), zelená (prasem a avanturín) či neprůhledná jasně červená a žlutá (železité křemeny). Křemen je velmi tvrdý (stupeň tvrdosti 7), rýpe i do skla a je neštěpný. Lom křemene je lasturnatý, někdy až tříštivý. Kromě vysoké mechanické odolnosti je křemen také velice odolný proti působení chemikálií, dobře se rozpouští pouze v kyselině fluorovodíkové (HF). Krystaly mají piezoelektrické vlastnosti.

Vznik a výskyt

Křemík je velmi lehký prvek, který se proto vyskytuje především v zemské kůře. Společně s kyslíkem vytváří velmi hojný křemen (oxid křemičitý), nejčastěji ve formě krystalického křemene a amorfního opálu (další formy SiO₂ vznikají jen za extrémních teplot a tlaků).

Křemen vzniká krystalizací z magmatu, je součástí většiny běžných magmatických hornin (žuly, pegmatity, diority, ryolity). Díky své vysoké mechanické i chemické odolnosti přechází při zvětrávání i do mnoha sedimentárních hornin (pískovce, slepence, brekcie). Může vznikat i chemickým srážením z roztoků (rohovce, opály) či usazováním křemičitých schránek a jehlic hub (radiolarity, spongility). Magmatické i sedimentární horniny se mění na metamorfované horniny, křemen bez problémů vydrží většinu běžných tlaků i teplot v zemské kůře a přechází proto i do metamorfitů (ruly, kvarcity, granulity, amfibolity).

Druhým typickým způsobem vzniku křemene je krystalizace či vysrážení z vodních (hydrotermálních) roztoků. Za běžných povrchových podmínek je samozřejmě rozpustnost křemene ve vodě velmi malá, hlouběji v zemské kůře však díky vyššímu tlaku, teplotě i přítomnosti dalších látek výrazně roste. Z podobných roztoků vznikají jak klasické křemenné žíly, tak rudní žíly s křemenem a karbonáty, fluorit-barytové žíly s křemenem a řada dalších typů. Za nižších teplot a tlaků pak vznikají také alpské žíly, které jsou speciálním typem hydrotermálního procesu. Většina druhů žil je vázána na zlomy a další tektonické poruchy, kde mohou roztoky snadno proudit. Na hydrotermálních a zejména alpských žilách často vznikají nádherné ukázky krystalovaných křemenů.

Využití křemene

Křemen je běžnou součástí stavebních hmot, v písku a štěrku. Čisté křemenné písky se používají zejména ve sklářství, keramickém průmyslu a hutnictví. Křemen také slouží jako plnivo a abrazivo. Vysoce čistý křemen je zdrojem Si pro výrobu polovodičů. Drahokamové křišťály, záhnědy, citríny a ametysty se hojně využívají ve šperkařství.

Obecný a mléčný křemen

Běžné křemeny jsou nejčastěji našedlé či úplně bílé. Kromě běžných zrn v horninách (viz. výše) se vyskytují ve větších kusech zejména v blokových zónách a křemenných jádrech pegmatitů a také v samostatných křemenných žilách, často s fluoritem či zrudněním. Zejména na křemenných a rudních žilách se vyskytují dutinové krystaly mléčného (bílého) křemene. Mezi klasické lokality křemenných žil patří Bochovice a Hostákov, pěkné křemeny pochází také z rudních žil v Příbrami, na Krupce a Cínovci a mnoha dalších lokalitách.

Ametyst

Ametysty mají fialovou barvu, která vzniká díky přirozené radiaci z okolních hornin a přítomnosti Fe ve struktuře. Zahřátím se barva mění na žlutooranžovou, což je mezi obchodníky oblíbený způsob výroby citrínů a ametrínů. Většina ametystů na denním světle časem bledne. Ametysty často vyplňují geody (dutiny ve vulkanických horninách), kde tvoří souvislou výplň, obvykle tvořenou pouze klencovými špicemi bez vyvinutých prizmat. Prizmatické a žezlové ametysty jsou vzácně přítomné na hydrotermálních žilách a v pegmatitech, někdy dokonce i na alpských žilách. V pegmatitech a na alpských žilách někdy vznikají krystaly tvořené částečně záhnědou i ametystem, někdy také ametysty narůstají na záhnědové žezlo.

Dalším typickým výskytem ametystu jsou masivní křemenné žíly, kde se zpravidla střídají vrstvy ametystu a mléčného křemene a vytváří typické vrstevnaté struktury. Zonální ametystové žíly se vyskytují především v Bochovicích a Hostákově, podobné jsou známé i ze západních Čech. Ametysty vyplňují melafyrové geody v Podkrkonoší, z České Meze a Nového Veselí pochází nádherné žezlové ametysty. Ze světových lokalit jsou významné především obří geody s ametysty z Uruguaye a Brazílie, méně časté jsou v Indii. Zajímavé prizmatické ametysty pochází z Mexika a Kazachstánu, zvláštní ametystové srostlice zvané "cactus quartz" jsou z JAR. Špičkové ametysty pochází z lokalit v Namíbii, vynikající záhnědová žezla s ametystovými krystaly se nachází v Nevadě v USA.

Záhněda

Hnědé a kouřové křemeny se označují jako záhněda. Barva záhněd souvisí s nepatrnou příměsí hliníku ve struktuře a vzniká zřejmě až dlouho po vykrystalování křemene vlivem přirozené radiace. U přírodních záhněd jejich barva mizí při teplotách nad 200 ^oC. Obchodníci záhnědy s oblibou vyrábí umělým ozářením mnohem hojnějších křišťálů či běžného křemene, nejčastěji jsou k vidění umělé záhnědy z Rumunska (Cavnic nebo Turt). Ani na jedné lokalitě se záhnědy nevyskytují. Mezi typické lokality záhněd patří především řada pegmatitů na Vysočině, ale i v jižních a západních Čechách. Špičkové záhnědy pochází také z rudních žil na Cínovci. Mezi světově proslulé lokality záhněd patří alpské žíly ve Francii, Švýcarsku a Itálii. Krásné záhnědy pochází také z pegmatitů v Coloradu v USA, v Brazílii, Rusku, Namíbii, na Madagaskaru a mnoha dalších lokalitách.

Morion

Extrémně tmavé záhnědy, obvykle prakticky neprůhledné a černé, se označují jako morion. Přírodní moriony jsou poměrně vzácné, lze na ně narazit v pegmatitech, mnohem běžnější jsou například v Hostákově na křemenných žilách nebo na Cínovci. Světové lokality morionu jsou v Coloradu v USA, v Rusku a Mongolsku.

Růženín

Růžové křemeny se česky označují jako růženín, ovšem v němčině i angličtině existují dvě variety růžového křemene. První je běžný růženín, který se nejčastěji vyskytuje v jádrech pegmatitů. O původu zbarvení se doposud vedou spory a zřejmě neexistuje pouze jedna univerzální příčina. Mezi uváděné možnosti patří příměs TiO₂, inkluze dumortieritu i radiace. Růženíny jsou obvykle poměrně stabilní, ale některé na denním světle časem blednou. Klasickými nalezištěmi růženínu jsou Dolní Bory, Údraž a Písek, ale vyskytuje se i na řadě dalších pegmatitů. Mezi hlavní světové lokality patří mohutné pegmatity v Brazílii a na Madagaskaru, kde se těží i bloky desítky metrů mocné a sytě barevné.

Druhým typem růžového křemene jsou jeho krystalické formy, často i poměrně průhledné. Narozdíl od běžného růženínu je zbarvení způsobeno náhradou malého množství Si ve struktuře za Al a P, zároveň je nutná i silná radiace. Krystalované růžové křemeny jsou velmi vzácné, často jsou pozdní a narůstají v pegmatitových dutinách na záhnědy. Krystalované růžové křemeny se vzácně vyskytují také na ametystových žilách. Tyto křemeny na světle rychle blednou! Jedinou produktivní zemí pro krystalované růžové křemeny je Brazílie, přestože původně byly popsány z USA.

Citrín

Žluté křemeny se označují jako citríny, u některých mohou krystaly vypadat hnědé anebo hnědozelené a výrazně žluté jsou až při prosvícení. Přírodní citríny jsou poměrně vzácné, jejich zbarvení má zřejmě víc příčin. Skoro všechny citríny na trhu jsou přepálené ametysty. Nejběžnější jsou typické ametystové geody z Brazílie, které mají charakteristickou oranžovou barvu, kterou přírodní citríny nemívají. Krásné citríny pochází z Vysočiny, zejména z Bobrůvky, Suků a Laštoviček. Mezi významné světové výskyty patří především pegmatity v Rusku, Namíbii či na Madagaskaru.

Křišťál

Čiré křemeny se označují jako křišťál, často se vyskytují jako prizmatické krystaly na hydrotermálních žilách. Může jít o výše teplotní čistě křemenné žíly, nízkoteplotní alpské žíly anebo rudní žíly s křemenem. Nádherné křišťály pochází především z Velké Kraše, Červené Vody, Vernířovic a Korálových jam v Jeseníkách. Menší krystaly křišťálu pochází také z řady hydrotermálních žil, například z Příbrami, Ratibořských Hor, Krupky a dalších. Na českých pegmatitových žilách jsou čisté křišťály méně běžné. Mezi světovými křišťály dominují zejména vynikající a obrovské krystaly z Colemans Mine v USA, z Číny a Brazílie. Velké a velice čisté křišťály pochází také z Alp a Afghanistánu.

Hvězdovec (hvězdový křemen)

Speciální varietou křemene jsou vějířkovité růžice, někdy uspořádané až do kulovitých agregátů. Českou klasikou je lokalita Strážník u Peřimova, která je však již poměrně vyčerpaná a navíc v rezervaci. Velmi zajímavé a barevné hvězdovce pochází i z oblasti Barrandienu.

Železitý křemen

Takzvané železáky jsou českou specialitou, vyskytují se zejména v okolí Brd. Jedná se o masivní prokřemenělé kusy, pestře zbarvené oxidy železa do červena a do žluta. Běžně se vyskytují také společně se stříbrným hematitem a vytváří zajímavé proužkované či skvrnité textury (tzv. pisolity). V některých oblastech se vyskytují prokřemenělé stromatolity se zajímavou vrstevnatou texturou. Železáky se obvykle řežou a leští. Nejčastěji se sbírají na polích v okolí Holoubkova, Cheznovic, Olešné či Zaječova. Samozřejmě existuje i řada výskytů železem zbarvených křemenů mimo Brdy, obvykle však nejsou pro sběratele tak atraktivní jako u nás. V zahraničí jsou železité křemeny označované obvykle německým "Eisenkiesel", málokdy jsou však tak pestré jako klasické brdské železáky.

Chalcedon

Odrůdou křemene je také kryptokrystalický chalcedon, který byl dříve považován za amorfní. Chalcedon má vláknitou mikrostrukturu a často vzniká vnitřní rekrystalizací amorfního opálu. Chalcedon běžně obsahuje ve struktuře až 30 % amorfního opálu či móganitu (monoklinický oxid křemičitý). Mezi typické výskyty patří především geody a pukliny ve vulkanitech, často také vyhojuje pukliny v hadcích. Protože však vytváří celou řadu poddruhů či směsí s opálem, jako jsou jaspisy, onyxy, acháty, plazmy a další, bude mu věnován samostatný článek.