Geologia - wyk 2 (02.10.2008)

Skały magmowe

Skały magmowe swoje powstanie zawdzięczają zjawiskom wulkanizmu i plutonizmu, podczas których magma zastyga pod albo na powierzchni Ziemi (pod postacią lawy). Skały powstające pod powierzchnią Ziemi będą więc nazywane plutonicznymi, a powstające na jej powierzchni - wulkanicznymi. Skład obydwu będzie się różnił, ponieważ zastygająca lawa oddaje do atmosfery związki lotne (np. jak wodę), a więc nie mogą w niej powstawać minerały zawierające takie związki. O tempie wzrostu kryształów decyduje też czas zastygania magmy.

Skały wulkaniczne mogą powstawać bezpośrednio z lawy (skały wylewne) lub z materiału gwałtownie wyrzuconego w powietrze przez wulkan (skały piroklastyczne). Najdrobniejsze cząstki skał piroklastycznych mogą krążyć w atmosferze przez wiele lat (przykładem wpływu pyłu piroklastycznego są anomalie pogodowe, obserwowane po wybuchu wulkanu Krakatau) opadają na Ziemię najczęściej już w postaci stałej. Do skał piroklastycznych zaliczyć można bomby wulkaniczne, pumeks, popioły wulkaniczne i tufy.

Skałami pośrednimi pomiędzy wulkanicznymi a plutonicznymi są skały żyłowe (hipabisalne), które krystalizowały na niewielkich głębokościach, w otoczeniu starszych skał. Zależnie od głębokości powstawania, ich właściwości fizyczne będą zbliżone do jednych bądź drugich. Miąższości skał żyłowych mogą się wahać od kilku centymetrów do kilku kilkuset metrów, a ich długość do kilku kilometrów.

Struktura

Budowa wewnętrzna skał magmowych jest uzależniona głównie od głębokości, na której powstają. Im głębiej krystalizują, tym dłużej oddają ciepło, a więc kryształy minerałów, wchodzących w ich skład są większe, a więc lepiej widoczne. Skały plutoniczne mają więc strukturę jawnokrystaliczną. W przeciwieństwie do nich, w skałach wulkanicznych, które oddawały ciepło bardzo szybko, ziarna poszczególnych minerałów są na tyle małe, aby nie można było ich zauważyć gołym okiem. Jest to struktura skrytokrystaliczna albo szklista. Klasycznym przykładem takiego tworu jest obsydian.

W przypadku gdy minerały rozpoczną swoją krystalizację pod powierzchnią Ziemi, a następnie, wskutek różnych procesów, zostaną wyniesione na jej powierzchnię, tworzą się skały o strukturze porfirowej. Wśród mikroskopijnych ziaren minerałów, wykrystalizowanych na powierzchni (tzw. "ciasto skalne") tkwią duże, stare kryształy. Taka struktura charakteryzuje np. andezyty.

W wielu skałach magmowych występują różnej wielkości i kształtu porwaki skał starszych, które ugrzęzły w magmie lub zostały przez nią "porwane" w trakcie jej przedzierania się ku powierzchni ziemi.

Skład

W składzie mineralnym pospolitych skał magmowych dominują skalenie, kwarc i łyszczyki, natomiast zdecydowanie rzadziej występują amfibole, granaty, magnetyt czy pirokseny.

O chemicznej klasyfikacji skał decyduje zawartość krzemionki (SiO2) w składzie wyjściowej magmy. Jej nadmiarem charakteryzują się skały kwaśne, natomiast niedoborem - zasadowe. W skałach kwaśnych krzemionka tworzy krzemiany i glinokrzemiany oraz krystalizuje w postaci kwarcu. Typowym przedstawicielem skał plutonicznych kwaśnych (granitoidów) jest granit. Odpowiednikiem granitoidów wśród skał wulkanicznych są porfiry kwarcowe. Obydwa rodzaje skał cechują się najczęściej jasnym zabarwieniem.

Skały zasadowe to skały ubogie w krzemionkę zawierające takie minerały jak np. oliwin czy skaleniowce, pozbawione zaś w swoim składzie kwarcu. Występują one zdecydowanie rzadziej na powierzchni Ziemi niż skały kwaśne i obejmują niektóre bazalty (wulkaniczne) czy gabra (plutoniczne). Skały zasadowe są najczęściej ciemne.

Skały pośrednie pomiędzy kwaśnymi i zasadowymi to skały obojętne. Plutonicznymi skałami obojętnymi są głównie sjenit i dioryt. Andezyt z kolei jest charakterystycznym przedstawicielem skał obojętnych wulkanicznych. W andezycie w cieście skalnym tkwią kryształy skaleni i amfiboli.

Występowanie w Polsce

W Polsce wychodnie kwaśnych skał magmowych nie zajmują dużych obszarów, sprowadzają się głównie do rejonów na Dolnym Śląsku. Granitoidy budują Karkonosze i Tatry, spotkać je można także w wielu masywach w Sudetach i na Przedgórzu Sudeckim. Porfiry kwarcowe znaleziono w okolicach Krakowa i w Sudetach.

Skały zasadowe są w Polsce zdecydowanie rzadsze niż kwaśne, występują bowiem jedynie wyspowo na Śląsku - od granicy z Niemcami do Góry Świętej Anny i niedaleko Cieszyna oraz w rejonie Szczawnicy. Pospolitsze są skały obojętne, których stanowiska znajdują się w Sudetach i na Przedgórzu Sudeckim. Kilka stanowisk znaleziono także w Pieninach.

Bardzo dużo skał magmowych można znaleźć na Niżu Polskim, w rejonach działalności lodowców plejstoceńskich. Osadziły one bowiem materiał skalny, w tym ogromne ilości głazów narzutowych, pochodzący z tarczy skandynawskiej. Wśród utworów polodowcowych można znaleźć granitoidy, gabra, sjenity, dioryty, porfiry i wiele innych.

Izotropowość (izotropowość) (gr. isos 'równy, jednakowy'; trópos 'zwrot, obrót') to brak różnic właściwości fizycznych materiałów, takich jak np: rozszerzalność termiczna, przewodnictwo elektryczne czy współczynnik załamania światła, niezależnie od tego w jakim kierunku są one mierzone.

Anizotropowość (an- 'nie'; gr. isos 'równy, jednakowy'; gr. trópos 'zwrot, obrót') - wykazywanie odmiennych właściwości (rozszerzalność termiczna, przewodnictwo elektryczne, współczynnik załamania światła, szybkość wzrostu i rozpuszczania kryształu) w zależności od kierunku przyłożenia siły. Ciała anizotropowe wykazują różne właściwości w zależności od kierunku, w którym dana właściwość jest rozpatrywana.

Anizotropię sprężystości i prędkości wzrostu wykazują wszystkie kryształy. Pozostałe własności kryształów mogą być anizotropowe lub izotropowe.

Ważną konsekwencją anizotropii prędkości wzrostu w warunkach swobodnego narastania jest samorzutne tworzenie się prawidłowych postaci wielościennych.

Istnieje siedem układów sieci krystalizacji wedlug których tworzą się kryształy:

- trójskośny

- jednoskośny

- rombowy

- tetragonalny

- regularny

- trygonalny

- heksagonalny

Niekiedy minerały wystepują jako ciała bezpostaciowe, które nie wykazuja zadnych prawidłowości w budowie wewnętrznej a ich budowa polega na bezładnym ułożeniu drobin lub większych ich zespołów.

Właściwości mechaniczne skal magmowych

Właściwości mechaniczne minerału - odporność danego minerału na rozbicie lub odkształcenie. Własność ta ma ścisły związek ze spójnością elementów, które tworzą sieć krystaliczną minerału.

Łupliwość to w mineralogii zdolność minerału do pękania i podziałów wzdłuż określonych kierunków zwanych płaszczyznami łupliwości pod wpływem uderzenia lub nacisku.

Liczba kierunków łupliwości oraz kątów, które one tworzą, jest zmienna, ale stała dla wszystkich osobników tego samego rodzaju minerału.

Powierzchnie łupliwości są zawsze równoległe do istniejących lub możliwych ścian kryształu. Jeżeli minerał łupie się według jakiejś płaszczyzny, jest przynajmniej teoretycznie możliwe zrobienie nieskończonej liczby innych płaszczyzn łupliwości tak blisko jedna drugiej, jak to określają położenia odpowiednich wiązań w krysztale.

Płaszczyzny łupliwości nie mają nic wspólnego z zewnętrznym kształtem minerału, są zależne wyłącznie od struktury jego sieci.

Wyróżnia się następujące rodzaje łupliwości:

doskonała - dostrzegalna na mikach i chlorytach, które mają zdolność do dzielenia się na cieniutkie blaszki według dwuścianu podstawowego<001>. Rozłupanie tych minerałów w innych kierunkach jest bardzo trudne. np. chryzoberyl, topaz, epidot

dokładna - pod naciskiem lub uderzeniem z łatwością rozpadają się na odłamki ograniczone prawidłowymi ścianami przypominającymi ściany kryształów naturalnych; np. galena według sześcianu <100>, kalcyt według romboedru <1011>, sól kamienna według ścian sześcianu <100>,

wyraźna - pod wpływem uderzenia pękają wzdłuż równych płaszczyzn łupliwości, obok których pojawiają się przełamy w kierunkach przypadkowych np. anhydryt, amfibol, pirokseny

niewyraźna - płaszczyzny łupliwości niewyraźnej trzeba wyszukiwać wśród przeważających przypadkowych przełamów; np. kasyteryt, heliodor, granat

bardzo niewyraźna lub brak - płaszczyzny można wyjątkowo dostrzec na odłamkach rozbitego kryształu; np. złoto, chryzopraz, platyna

Twardość minerałów - jest to opór jaki minerał stawia rysującemu go ostrzu, czy jakiemukolwiek innemu działaniu mechanicznemu naruszającemu jego powierzchnię. Jest to własność kierunkowa tzn., że może być odmienna w różnych kierunkach

Najwaźniejsze minerały skałotwórcze skał magmowych

Nazwa minerału	Nazwa chemiczna	Gęstość [kN/m^3]	Twardość wg skali mohsa	Typowy przedstawiciel
Kwarc	Dwutlenek krzemu	26,5	7	Kryształ kwarcu
Skalenie	Glinokrzemian potasu	25 - 26,5	6	Ortoklaz
Plagioklazy	Glinokrzemiany sodu i wapnia	25 - 28	8	Oligoklaz Andezyn
Łyszczyki	Uwodnione glinokrzemiany potasu magnezu i sodu		2-3	Muskowit
Amfibole	Metakrzemiany metali jedno dwu i trójwartosiowe	30 - 35	5,5	Hornblenda
Pirokseny	Metakrzemiany metali hedno dwu i trójwartościowe	32 - 34	5,5	Augit
Oliwiny	Ortokrzemiany magnezu i żelaza	33 - 42	6-7	oliwin

Struktura i tekstura skał magnowych

Struktura - to sposób wykształcenia składników mineralnych danej skały. Wyróżnia się strukturę jawnokrystaliczną - jej składniki mineralne można rozpoznac makroskopowo, w przeciwnym wypadku strukturę nazywamy kryptokrystaliczną. Innym typem struktury jest struktura równoziarnista.

Tekstura - to sposób przestrzennego ułożenia składników mineralnych w skale. Wyróznia się teksturę bezładną, kierunkową- fluidalną, masywną (zbitą) i porowatą.

PODZIAŁ SKAŁ MAGMOWYCH

Podział skał magmowych zależy od ilościowego składu mineralnego i warunków w jakich powstawały minerały skałotwórcze.

Powstawianie minerałów zalezy od warunków w jakich odbywa się krystalizacja magmy, a mianowicie:

Skaly głębinowe - jeśli przebiegala ona na większych głębokościach wtedy proces krystalizacji odbywal się powoli

Skaly wylewne - powstawaly w przypadku gdy magma wydostawala się na powierzchnie ziemie

Skaly zylowe - powstawały z magmy krzepnącej w Strzelinach i rozłamach skalnych

Główny podział skal magmowych w Polsce zależy od zawartośći kwarcu: kwaśne, obojętne i zasadowe.

Przemieszczenia się zbiorników magmy w górne warstwy litosfery nazywamy intruzję. W zależności od ułożenia się krystalizacji magmy w stosunku do skał otaczających wyróżnia się intruzje zgodne i niezgodne.

Intruzja niezgodna (dajki)

Intruzja zgodna (sille)

Praktyczne znaczenie skał magmowych

Skały magmowe są szeroko wykorzystywane w działalności techniczno-przemysłowej. Na przykład bazalt uzywany jest do produkcji leizny skalnej. Jest to tworzywo otrzymywane przez topnienie bazaltu i innych skał magmowych oraz odpowiednie regulowanie krystalizacją powstałego stopu. Ptrzymuje się w ten sposób tworzywo drobnokrystaliczne o odmiennych wlasciwociach niż skala wyjsciowa

Leiznę wykorzystuje się do budowy urządzeń pracujących w warunkach agresywnego dzialania roztworów chemicznych (wanny, przewody, kształtki)

Niektóre odmiany skal alkalicznych i zasadowych stanowią surowiec do przeróbki chemicznej w celu uzyskiwania związków potasu, glinu i żelu krzemionkowego.

Większość z skal magmowych jest szeroko wykorzystywane jako materiały budowlane. Dzięki dużej wytrzymałości na czynnyki mechaniczne uzywane są jako:

Bloki konstrukcyjne, wykładziny, krawężniki drogowe, kamień łamany w budownictwie drogowym oraz kruszywa do betonu.

Wytrzymałość na ściskanie skal magmowych jest bardzo wysoka np. bazaltu do 500MPa a granitu do 290MPa.

Skały magmowe są również dość dobrym podłozem budowlanym ponieważ aja korzystne właściwości i wysokie wskaźniki techniczne. Do głownych ich zalet mozna zaliczyc:

Nieściśliwość, trudna ścieralność, duża wytrzymałośc na ściskanie, odporność na warunki atmosferyczne i walory estetyczne.

Skaly magmowe są podatne na wietrzenie i w wyniku tego mogą tracic swoje właściwości - dlatego przy ocenie geotechnicznej należy na to zwrócic uwagę.

---