Ćwiczenie nr 1

Krystalografia - w przyrodzie spotykamy ciała krystaliczne i bezpostaciowe.

*CIAŁA BEZPOSTACIOWE nie posiadają prawidłowej budowy wewnętrznej. Atomy, jony, cząsteczki rozmieszczone są w nich w sposób nieuporządkowany(np. ciecze, gazy, szkło, wosk ziemny, bursztyn, asfalt itp.). właściwości ciał bezpostaciowych są niezależne od jakichkolwiek kierunków. Można więc w przeciwieństwie do kryształów określić ciała bezpostaciowe jako równokierunkowe(izotropowe).

*KRYSZTAŁY ciała jednorodne o prawidłowej budowie wewnętrznej, różnokierunkowe(anizotropowe - którego wszystkie własności fizyczne wektorowe są jednakowe w kierunkach równoległych i w kierunkach nierównoległych rozłożonych symetrycznie) mające postać brył ograniczonych płaskimi ścianami.

Własności skalarne - gęstość, ciepło topnienia, właściwe, parowania i inne.

Własności wektorowe - wzrost, rozpuszczanie kryształów, twardość, łupliwość, własności optyczne, magnetyczne, elektryczne i inne.

Jakąkolwiek część kryształu poddawalibyśmy próbom np. na łupliwość to zawsze stwierdzone właściwości będą takie same i tak samo rozmieszczone jak w całym krysztale. Tę cechę kryształów nazywa się jednorodnością kryształów.

W kryształach wyróżniamy elementy graniczne i elementy symetrii.

Graniczne	Symetrii
*płaskie ściany	*płaszczyzna symetrii - płaszczyzna dzieląca kryształ na dwie części które mają się do siebie jak przedmiot i jego odbicie w lustrze
*przecięcia ścian -krawędzie-	*osie symetrii - nazywamy linię przechodzącą przez środek kryształu która ma te właściwości że przy obrocie dookoła niej o pewien kąt poszczególne elementy graniczne ściany, krawędzie, naroża) przybierają takie samo położenie jakie miały przed obrotem. W kryształach występują osie symetrii: dwukrotne, truj krotne, czterokrotne, sześciokrotne
*wierzchołki (w których zbiegają się trzy lub więcej ścian noszą nazwę - naroży-	*środek symetrii - punkt wewnątrz kryształu od którego w równych odległościach leżą jednakowe elementy graniczne

W kryształach występują ok. 32 kombinacje elementów symetrii zwanych KLASAMI KRYSTALOGRAFICZNYMI Klasy o podobnych cechach symetrii zgrupowano w 7 tzw. UKŁADACH KRYSTALOGRAFICZNYCH:

Układ regularny (np. sześcian - sól kamienna)

Sześciokątny - heksagonalny (np. słup sześcioboczny - lód, grafit)

Trygonalny (np. słup trójboczny - kalcyt)

Tetragonalny (np. słup kwadratowy - ruda cyny)

Rombowy (np. słup rombowy - siarka)

Jednoskośny ( np. słup jednoskośny - gips)

Trójskośny (np. - skalenie)

*MINERAŁY - ciało naturalne o stałym składzie chemicznym i stałych właściwościach fizycznych. Minerały są to pierwiastki lub częściej ich połączenia chemiczne. Stanowią one składniki litosfery powstałe i zmieniające się pod wpływem określonych procesów fizykochemicznych. Mamy około 3500 minerałów.

20 - 25 - podstawowe budulce litosfery (ok. 99,9%).

Z punktu widzenia chemicznego dzielimy minerały na sześć klas:

1) pierwiastki	2) siarczki	3)tlenki i wodorotlenki
4)chlorowce	4)sole kwasów tlenowych	6)węglowce

*SKAŁY - naturalne skupienie kilku lub więcej minerałów powstała pod wpływem różnych procesów geologicznych

• polimineralna -z wielu minerałów

• monomineralna -np. sól kamienna, wapienie

*PETROGRAFIA - nauka zajmująca się badaniem własności skał ich składu mineralnego i chemicznego, ich budowy czyli struktury oraz sposobu rozmieszczenia składników mineralnych czyli tekstury .

Ćwiczenie nr 2

Skały dzielimy na:

• magmowe - skały pierwotne powstałe na początku. Stanowią produkt zastygania magmy, to jest ognisto płynnej masy występującej w głębszych częściach skorupy ziemskiej.

• osadowe - powstają na powierzchni litosfery są one zwykle produktami zniszczenia powstałych uprzedni skał (magmowych, osadowych, metamorficznych) lub też tworzą się z rozmaitych szczątków organizmów oraz z różnych soli strącających się w zbiornikach wodnych.

• metamorficzne - przeobrażone - te które dostały się w głąb ziemi i pod wpływem wysokiego ciśnienia i temperatury uległy przeobrażeniu.

*MINERAŁY (cd.) - dzielimy według pochodzenia na minerały środowiska skał magmowych, osadowych i metamorficznych. Dalej możemy podzielić co do ilościowego występowania w skałach na główne, poboczne i akcesoryczne, wskaźnikowe.

Można oznaczyć je za pomocą cech zewnętrznych(fizycznych), własności optycznych w mikroskopie polaryzacyjnym, własności chemicznych za pomocą analizy ilościowej, jakościowej oraz niektórymi sposobami fizykochemicznymi.

Każdy minerał charakteryzuje się zespołem własności fizycznych i chemicznych odróżniających go od innych. Największe znaczenie w mineralogii mają własności:

1) Fizyczne minerałów (w tym własności morfologiczne)

• postać - czy ciało krystaliczne czy bezpostaciowe

• pokrój - w jakiej formie kryształy (słupkowy, pręcikowy, włóknisty, tabliczkowy)

• wygląd ścian (np. kwarzec -ornamentacja ścian)

• symetria

• rodzaj skupienia - minerały tworzą różne formy (konkrecje, geoidy, w formie dendrytów)

• stan skupienia (gazowy, płynny, stały)

Optyczne „makroskopowe”

• barwa (kwarzec-bezbarwny, biały, zadymiony, ametyst, cytryn, morion)

• barwa rysy (hematyt - czarny, rysa - wiśniowa)

• połysk - metaliczny, szklisty, tłusty, perłowy.

• przeźroczystość

Własności mechaniczne

• twardość - w geologii stosujemy skalę twardości Mohsa ( skala względnej twardości):

Skala twardości Mohsa:

Nazwa minerału	Stopień twardości	Uwagi
talk	1	rysuje się
gips	2	paznokciem
kalcyt	3	rysuje się
fluoryt	4	ostrzem
apetyt	5	noża
ortoklaz	6	rysuje
kwarzec	7	szkło
topaz	8	przecinają
korund	9	szkło
diament	10

Główne minerały skałotwórcze skał magmowych

sialiczne			kwarzec
	skalene		ortoklaz
		plagioklazy	albit	jasna
			anortyt
	łyszczyki		muskowit
femiczne	(miki)		biotyt
			amfibol
			piroksen
			oliwin

Kierunek krystalizacji z płynnej magmy od oliwinu do kwarcu.

TABELA SKAŁ MAGMOWYCH

Rodziny	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
Główne minerały Forma geologiczna	ortoklaz / plagioklaz kwaśny/ łyszczyki /amfibol ,piroksen/	ortoklaz / plagioklaz kwaśny/ biotyt amfibol	ortoklaz / plagioklaz kwaśny/ biotyt leucyt nefelin amfibol piroksen	plagioklaz kwaśny kwarzec biotyt amfibol piroksen	plagioklaz kwaśny biotyt amfibol piroksen	plagioklaz zasadowy amfibol piroksen	plagioklaz zasadowy oliwin amfibol piroksen	oliwin amfibol piroksen biotyt
Głębinowe	Granit	Gnejs	Sjenit nefelitowy leucytowy	Dioryt kwarcowy	Dioryt	Gabro	Gabro oliwinowe	Ferydotyt
Wylewne	Porfir kwarcowy	Trachit	Fenolit	Dacyt	Andezyt	Bazalt Melafit Diabaz	Bazalt oliwinowy	Pikryt

Podstawą wydzielenia struktur skał magmowych jest stopień wykrystalizowania elementów w skale.

Tekstura - sposób ułożenia i stopień wypełnienia minerałów w skale.

Forma		Tekstura
skały	Struktura	wypełnienie	ułożenie
głębinowa	holokrystaliczna (pełnokrystaliczna)	zbita	bezładna
wylewna	porfirowa szklista	zbita porowata gąbczasta migdalowa	bezładna

Ćwiczenie nr 3

*SKAŁY OSADOWE -

Minerał skał osadowych, zwane wtórnymi, powstają na drodze wietrzenia skał magmowych, osadowych i metamorficznych.

Wietrzenie - wszelkie zmiany zachodzące pod wpływem czynników egzogenicznych tj. Niszczącego działania atmosfery, hydro i biosfery. Wyróżniamy wietrzenie fizyczne (mechaniczne), biologiczne i chemiczne.

Wietrzenie chemiczne - ważniejsze odmiany:

• KAOLINITYZACJA - pod wpływem hydrolitycznego działania wody na skalenie wapniowe i sodowo-wapniowe ( ortoklaz - kaolinit )

• LATERYTYZACJA - zachodzi w klimacie gorącym o dużej ilości opadów. Skały laterytowe zawierają często domieszki wodzianu żelaza dające zabarwienie czerwone (boksyty, lateryty)

• GLAUKONITYZACJA - zachodzi w procesie wietrzenia podmorskiego. Tworzy się minerał barwy zielonej zwany glaukonitem. Występuje w osadach morskich w postaci ziaren. Jest źródłem potasu dla roślin (do ok. 10 % K₂O).

• KARBONITYZACJA (uwęglanowienie) - proces w którym tworzą się węglany i dwuwęglany. CO₂ zawarty w wodzie i powietrzu przyspiesza wietrzenie chemiczne. W wyniku tego rodzaju wietrzenia powstaje dolomit i syderyt.

• HYDRATACJA - anchydryt -> gips ( CaSO₄ -> CaSO₄ * 2H₂O)

• LIMONITYZACJA - przebiega w klimacie umiarkowanym. Limonit(minerał) -> ruda łąkowa(skała).

• REDUKCJA (odtlenianie) - zachodzi pod wpływem C, substancji organicznej lub H₂S (siarczany -> siarczki).

• UTLENIANIE - powoduje przejście związków o niższym stopniu utlenienia w związki o wyższym (siarczki -> siarczany).

*Minerały skał osadowych:

• allogeniczne - obce dli środowiska skał osadowych, pochodzące z rozkruszonych skał magmowych i metamorficznych. Charakteryzują się dużą odpornością na wietrzenie chemiczne. Uległy one tylko obróbce mechanicznej i nie różnią się właściwościami od minerałów magmowych.

• autogeniczne -powstają w środowisku skał osadowych bogatych w O₂ i H₂O. Mogą one tworzyć formy krystaliczne (kwarzec) i bezpostaciowe (opal, chalcedon). Forma krystaliczna - tworzą się duże kryształy (kalcyt, halit); forma mikrokryształów - minerały ilaste.

Skały osadowe i ich powstawanie:

Na drodze wietrzenia fizycznego i chemicznego ze skał magmowych, osadowych i metamorficznych. Skały te tworzą się też z nagromadzenia substancji organicznej (zwierzęcej i roślinnej) która osłonięta przez osady nieprzepuszczalne w warunkach redukcyjnych uległa przemianom dając kopalne węgle, ropę naftową, gaz ziemny, oraz woski i asfalty.

W powstawaniu skał osadowych rozróżniamy charakterystyczne etapy:

Wietrzenie

Transport

Sedymentacja i sortowanie

Diageneza

ad. 2)

Transport eoliczny - wietrzny - polega na wywiewaniu ziarn > 0,1 mm, przenoszeniu ich nieraz na durze odległości oraz osadzaniu ich w postaci typowych skał o porowatej teksturze. W wyniku tego transportu skały są idealnie wysortowane ale nie obtoczone. Czynnikiem sortującym jest siła wiatru.

-> Less (jako skała) 0,01 mm - tworzą naczynia kapilarne.

-> Piasek 0,1 mm

Transport wodny - w wyniku tego rodzaju transportu skała jest wysortowana i obtoczona - aluwia wodne -. Woda nie tylko transportuje ale również powoduje erozję terenu która przejawia się powstawaniem form rzeźby. Wyróżniamy erozje: 1)wgłębna(kaniony); 2)boczna(meandry rzeczne; 3)wsteczna(cofanie się źródeł)

Transport lodowcowy - materiał jest niewysortowany i nieobtoczony. W czasie topnienia lodowca tworzą się meandry czołowe, boczne i denne. Materiał skalny to piasek i gliny zwałowe oraz głazy narzutowe.

Rzeki wypływające z topniejącego lodowca wynoszą materiał morenowy sortując i osadzając go po drodze. Osady te zwane są fluwioglacjalnymi (rzecznolodowcowymi).

ad. 3

Sedymentacja i sortowanie - odbywa się już podczas transportu. Wielkość ziarn zależy od szybkości wody, ciężaru właściwego okruchów skalnych i spadku terenu. Oprócz sedymentacji mechanicznej z roztworu wytrącają się sole różnych pierwiastków na drodze chemicznej i biochemicznej (krzemionkowe, glinowe, żelaziste, wapniowe, magnezowe, potasowe, sodowe, węglany, siarczany, chlorki).

Sedymentacja i wytrącanie odbywa się w zbiornikach morskich i kontynentalnych (jeziora, stawy).

ad. 4

Diageneza - zespół procesów prowadzących do nadania skale zwięzłości, twardości, konsolidacji.

Do najważniejszych procesów diagenetycznych należą:

cementacja

kompakcja

rekrystalizacja i odwodnienie

odsolenie

rozpuszczanie minerału w wodzie i tworzenie się minerałów autogenicznych (metasomatoza)

powstawanie konkrecji

ad. A)

Cementacja - przebiega w materiale klastycznym czyli okruchowym - pod wpływem substancji wiążących. Do tych substancji należą:

• krzemionka bezpostaciowa (opal, chalcedon)

• wodorotlenki żelaza i glinu

• gips

• minerały ilaste

• bituminy

• względnie mieszanka wyżej wymienionych

ad. B)

Kompakcja - sprasowanie sypkiego materiału skalnego pod ciśnieniem warstw nadległych (bez lepiszcza)

ad. C)

Rekrystalizacja i odwodnienie - polega na przejściu substancji bezpostaciowej w skrytokrystaliczną i krystaliczną: kwarzec(krystaliczna) > chalcedon(skrytokrystaliczna) > opal(bezpostaciowa)

ad. D)

Odsolenie - polega na przechodzeniu w roztworach wodnych z zolu żel , wskutek odprowadzenia pewnych kationów soli z tego roztworu

wytrącanie się krzemionki w osadach wapiennych.

Ćwiczenie nr 4

ad. E)

Metasomatoza - po rozpuszczeniu i przetransportowaniu minerałów do basenów sedymentacyjnych w których tworzą się minerały autogeniczne (wtórne) np. węglany, minerały ilaste i inne.

Procesy metasomatyczne występują w skałach osadowych, polegają na wymianie jonów zawartych w minerałach z jonami znajdującymi się w roztworze: np.

sylifikacja - wypieranie wapnia przez krzemionkę

dolomityzacja - wypieranie Ca przez Mg w wapieniach

syderytyzacja - wypieranie Ca przez Fe w wapieniach

ad. F)

Powstawanie konkrecji - konkrecje tworzą się przez narastanie substancji wokół ośródek mineralnych lub organicznych. Przyczyną wytrącania się konkrecji jest zmiana środowiska fizykochemicznego. Konkrecje mogą być różnej wielkości od 1mm do 1m.

*Główne minerały skałotwórcze skał osadowych

Krzemiany: opal(bezpostaciowa 20% wody), chalcedon(skrytokrystaliczna 3% wody)

Węglany: kalcyt, dolomit(CaCO₃ MgCO₃), syderyt(CaCO₃ FeCO₃)

Minerały ilastre: kaolinit, montmorylonit, glaukonit

Chlorki: halit, sylwin

Gips

Piryt

Limonit

Skały osadowe rozpoznajemy po strukturze, teksturze i składzie mineralnym. Podstawowym kryterium określania struktury skał osadowych jest wielkość ELEMENTÓW SKAŁOTWÓRCZYCH.

Wyrużniamy następujące strukturu:

KLASTYCZNE		CHEMICZNE
Grubo i średnioziarniste stuktura psefitowa (przewaca ziaren od 2mm) grupa psefitów -żwir, gruz, druzgoty, zlepieńce struktura psanitowa ( od 2mm do 0,1mm) -piaski, piaskowce, kwarcyty, szarogłazy	Drobno i bardzodrobnoziarnioste aleurytowa (0,1 mm - 0,01mm ) -lessy, mułki, mułowce pelityczna (>0,01mm) -iły, iły łupkowe, łupki ilaste	Organogeniczne węglanowe (wapienie, martwica wapienna, kreda pisząca, dolomity, syderyty) fosforanowe (fosforyty, guano, wilianit) krzemiankowa	Nieorganiczne siarczany (gips, anhydryt) chlorki ( halit, sylwin) sole potasowo-magnezowe (karnalit, kainit) sole glinowe i żelaziste ( boksyt, lateryty, ality, ruda
zawiera wszystkie wie -gliny, wszystkie skały orga -gips, -powstałe podczas wyb	Mieszana lkości ziarn margle Biomorficzna nogeniczne Krystaliczna sól kamienna Skrytokrystaliczna Pirokrystaliczne uchów wulkanicznych - tufy, tufity	(ziemia okrzemkowa, krzemienie, martwica krzemiankowa, radiolaryty) węglowe (torfy, węgiel brunatny, kamienny, antracytowy, ropa naftowa, gaz ziemny, wosk ziemny, asfalt)	łąkowa, limonit)

	TEKSTURY
Sposób ułożenia	bezładna lub uporządkowana
Stopień wypełnienia	zbita lub porowata

*Opisy:

Skały wapienne - wapienie są to skały utworzone przede wszystkim z węglany wapnia w ilości powyżej 50%. Tworzą się w morzach na niewielkich głębokościach nie przekraczających 4000m., bowiem poniżej tej głębokości woda morska zawiera znaczne ilości CO₂ powodujące rozpuszczanie węglanów, tak że poniżej tej głębokości tworzą się osady bezwęglanowe.

Należą tu wapienie: muszlowe, koralowe, kryonidowe, numulitowe.

Wśród wapieni wyróżniamy:

• wapienie skaliste, silnie zsylifikowane tj. Wysycone krzemionką koloidalną(perlityczną). Jest to skała twarda i zbita.

• wapienie bitumiczne - zawierają pewną ilość substancji bitumicznej (barwa- czarna; rysa - biała)

• wapień dolomityczny - duża domieszka MgCO₃ w postaci drobnych kryształów

• kreda pisząca - powstała w basenach sedymentacyjnych przez osadzanie drobnego miału węglanowego w postaci mikroskopijnych wapiennych szkieletów obumarłych organizmów morskich; głównie otwornic. Skała miękka, barwy białej lub szarej, występuje na wyżynie lubelskiej w okolicach Chełma i Zamościa.

Węglany

• dolomity CaCO₃ MgCO₃ - powstała w zbiornikach morskich na drodze procesów chemicznych(dolomity pierwotne) lub procesu dolomityzacji wapieni (diageneza somatyczna)

• syderyty FeCo₃ - skały powstałe w warunkach redukcyjnych związanych z rozkładem szczątków roślinnych, mogą też tworzyć się w skutek metasomatozy wapieni.

Torfy - są to osady składające się przynajmniej w 50% z obumarłych, ztorfiałych szczątków roślin.

Węgiel brunatny 55-75% węgla

Węgiel kamienny 74-94% węgla; tworzy cztery odmiany petrograficzne

• włóknisty (fuzyt)

• błyszczący (witryt)

• półbłyszczący (klaryt)

• matowy (duryt)

Węgiel antracytowy 95-97% czystego węgla

Gips CaSo₄ 2H₂O; skały zbite, drobnoziarniste(alabaster), a także włóknisty, łupkowy lub płytowy zwany selenitem. W szczególnych warunkach geologicznych skały gipsowe mogą ulec przeobrażeniu w wapienie i siarkę rodzimą.

Ćwiczenie nr 5

*Skały metamorficzne

Produktem metamorfizmu są łupki krystaliczne i gnejsy. Powstać one mogą ze skał magmowych albo osadowych. Wysoka temperatura przyspiesza rekrystalizację skał skryto- i drobnokrystalicznych oraz reakcje chemiczne zachodzące między składnikami skał metamorficznych. W procesach metamorfizmu wyróżnia się ciśnienie hydrostatyczne (statyczne) i ciśnienie kierunkowe (zwane stressem). Pod działaniem ciśnienia kierunkowego następuje:

• zmniejszenie wielkości ziarna wskutek mechanicznego rozkruszenia

• wzrost wielkości ziarna wskutek procesów rekrystalizacji

• zmiana kształtu ziarna w kierunku najmniejszego ciśnienia, wydłużenie się ziarna

Rodzaje metamorfizmu

Metamorfizm dyslokacyjny (kinetyczny i kataklazowy)

Metamorfizm regionalny

Metamorfizm kontaktowy

ad. 1) Metamorfizm dyslokacyjny (kinetyczny i kataklazowy) - występuje podczas ciśnienia górotwórczego, skały mogą ulec deformacji i spękaniu tj. kataklazie

ad. 2) Metamorfizm regionalny - polega na przemieszczaniu się większych serii skalnych w głąb skorupy ziemskiej.

Wyróżnia się następujące strefy:

• epi

• mezo

• kata

którym odpowiada stopień zwiększającej się metamorfozy skał.

Strefa epi - w strefie epi występuje ciśnienie stressowe przy względnie niskiej temperaturze, wytwarzają się tutaj minerały blaszkowate uwodnione (chloryt, talk) i skały tj. łupki chlorytowe i talkowe.

Strefa mezo - panuje wyższa temperatura i wyższe ciśnienie które powoduje rekrystalizację. Tworzą się tu minerały głównie muskowit i biotyt, a dodatkowo amfibol i granat. Jako skały łupki muskowitowe, biotytowe, amfibolity i inne.

Strefa kata - wysoka temperatura i wysokie ciśnienie hydrostatyczne. Brak w tej strefie uwodnionych krzemianów. Skały tej strefy charakteryzują się słabą łupkowatością i wykazują ziarnistość. Typowymi skałami tej strefy są gnejsy, a tworzą je minerały: oliwin, granat, skalenie, kwarzec.

Ad. 3) Metamorfizm kontaktowy - przeobrażenie skał głównie pod wpływem wysokiej temperatury wywołane sąsiedztwem intruzji magmowych. Jest on wynikiem zetknięcia się dwóch skał. Jedna płynna a druga starsza, magmowa albo osadowa. Zjawiska kontaktowe wykazują wyraźną strefowość ponieważ skutki tego metamorfizmu zmniejszają się w miarę oddalania się od kontaktu. Najbardziej podatne na procesy tego metamorfizmu są skały węglanowe zwłaszcza wapienie, margle i skały ilaste. Skały krzemianowe są mniej podatne na procesy przemian termicznych, a najsłabiej podatne są piaskowce kwarcowe i czyste skały krzemionkowe.

Niektóre minerały skał metamorficznych:

• talk, - chloryt, - epidot, - serpentyn, - granat, - grafit, - hematyt, - korund, - grupa azbestu

Skały wyjściowe (pierwotne)	Skały metamorficzne	Główne minerały skałotwórcze
skały kwaśne - granity, sjenity, arkozy, piaskowce mikowe	gnejsy ortoklazowe, serycytowe i łyszczykowe	ortoklaz, kwarzec, plagioklaz kwaśny, łyszczyki, chloryt, serycyt
skały ilaste - łupki ilaste, iły	gnejsy serycytowe, granatowe, łyszczykowe	serycyt, chloryt, granat, kwarzec, ortoklaz, plagioklaz, łyszczyki
pośrednie skały magmowe - dioryty kwaśne	gnejsy plagioklazowe, amfibolowo i angitowo plagioklazowe	plagioklazy, kwarzec, skalenie alkaiczne, biotyt, chloryt
dioryt, gabra i margle dolomityczne	amfibolity plagioklazowe i granatowe, łupki chlorytowe	amfibol, plagioklaz zasadowy, piroksenit, granat, chloryt
ferydotyt, iły dolomityczne	łupki chlorytowe, talkowe, serpentynowe, amfibolowe, angitowe	oliwin, granat, angit, amfibol, talk, serpentyn
piaskowce i pokrewne	kwarcyty, łupki kwarcytowe i łyszczykowe, kwarcyty gnejsowe	kwarzec, skalenie, łyszczyki, serycyt, chloryt
skały węglanowe - wapienie, dolomity	marmury kalcytowe i dolomitowe	kalcyt, dolomit
skały żelaziste - syderyty, rudy darniowe	skały magnetytowe	magnetyt, hematyt
skały alitowe - boksyty, lateryty	skały szmerglowe	korynd, magnetyt

Serycyt - to minerał łyszczykowaty, podobny do muskowitu, występuje w postaci mikrokrystalicznych łusek

*Struktury:

1)Krystaloblastyczna - charakteryzuje się brakiem dobrze rozwiniętych form krystalograficznych. Wzrost minerałów tylko w kierunkach małego ciśnienia.

• ksenoblastyczna - zarysy nieprawidłowe

• idioblastyczna - wykazują obecność ścian odpowiadających ich formom krystalograficznych

2)Łupków krystalicznych - jest ich pełny rozwój krystalograficzny. Można porównać do struktury holokrystalicznej skał magmowych.

*Tekstury:

w skałach metamorficznych są zbite ze względu na ciśnienie.

Łupkowa - równoległe ułożenie ziaren mineralnych.

Gnejsowa - minerały blaszkowate poprzedzielane warstwami minerałów gruboziarnistych.

Oczkowa - obok składników twardych o formach płasko soczewkowatych występują składniki miękkie, blaszkowate (łyszczyki)

Bezkierunkowa (bezładna) - tak jak w skałach magmowych

Minerały środowisk skał metamorficznych to te które budują skały metamorficzne, magmowe i niektóre osadowe, oraz te które powstały pod wpływem wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia.

Klasyfikacja skał opiera się na skałach wyjściowych, stopniu metamorfizmu oraz składzie mineralnym i chemicznym.

Ćwiczenie nr 6

Grunty w znaczeniu inżynierskim - są to wszystkie sypkie lub o mniejszej wytrzymałości skały osadowe w postaci żwirów, piasków, iłów, glin i innych pochodnych od wyżej wymienionych.

Grunt skalisty (skała) - jest to ośrodek ciągły o właściwościach odpowiadających ciałom stałym w naturalnych warunkach zalegania gdy cząsteczki budujące skały są ze sobą scementowane, a dla ich rozluźnienia trzeba używać narzędzi.

Gleba - jest rodzajem gruntu który posiada przewagę składników organicznych, zalega w jego wierzchniej partii w zasięgu korzeni roślin.

Właściwości:

Porowatość - decyduje o zdolności gruntu do przewodzenia wody, defiltracji i akumulacji wody. Ośrodek porowaty posiada zazwyczaj ogromną liczbę przestrzeni o bardzo małych rozmiarach nazywanych PORAMI. Objętość porów może być różna, w zależności od tego jak szczelnie cząstki przylegają do siebie i jakiego są kształtu. W zależności od tego mówimy o:

• ośrodku nie odkształconym - objętość porów tego samego ośrodka nie zmienia się, cząstki i ziarna pozostają w stałym położeniu względem siebie.

• ośrodku odkształconym - powyższe warunki niezachowane.

V - objętość próbki; V_Z objętość ziarna; V_P - objętość porów

V=V_Z+V_P

V_Z=V-V_P

współczynnik porowatości:

wskaźnik porowatości

Ciężar właściwy - stosunek ciężaru masy suchej do objętości bez porów

Ciężar objętościowy- stosunek ciężaru skały do jej całkowitej objętości

Współczynniki porowatości niektórych skał ( Pazdro )

< 1%	-niezwykle szczelne
1-5%	-mała
5-15%	-średnia
>15%	-duża i bardzo duża

W zależności od istoty próżni (porów) rozróżniamy:

• porowatość która polega na występowaniu w skale sieci drobnych próżni i kanalików między poszczególnymi ziarnami mineralnymi

• szczelinowatość - wynika z istnienia w skale szczelin

• krasowatość - obejmuje próżnie powstałe wskutek masowego ługowania skał przez wodę

2)Przepuszczalność hydrauliczna -wodoprzepuszczalność- nadaje ona skałą zdolność przewodzenia wolnej wody tzn. Umożliwia jej ruch w przypadku różnicy ciśnień hydrostatycznych. Ruch wody w skałach może następować gdy poszczególne próżnie komunikują się ze sobą tworząc splot przewodów hydraulicznych. Stopień przepuszczania może być określony objętością wody jaka przepłynie w jednostce czasu przez określony przekrój, przy określonej różnicy ciśnień hydrostatycznych.

3)Wodochłonność - jest zdolnością do pochłaniania przez skały wody

4)Odsonczalność - zdolność skały do oddawania wody wolnej

Rodzaje własności:

• własności pierwotne - wynikają z genezy skał tzn. Tworzą się równocześnie z jej powstawaniem.

• własności wtórne - powstają w wyniku procesów geologicznych. Działają na gotowe już skały które tych własności uprzednio nie miały.

Do procesów pomniejszających własności hydrogeologiczne należą:

• kompakcja - scalanie się gruntów pod wpływem działania wszelkich ciśnień

• cementacja - scalanie

• metamorfoza - procesy przeobrażeniowe skał

Do procesów wywołujących wtórne właściwości hydrogeologiczne należą:

• wietrzenie skał

• ługujące działanie wody

• ciśnienie tektoniczne

W skałach o strukturze krystalicznej również występują niekiedy wolne przestrzenie pomiędzy poszczególnymi kryształami lecz są one przeważnie tak małe że porowatość wynikająca z ich istnienia jest znikoma i dla hydrogeologii bez znaczenia.

Ze względu na ruch wody w porach jak i na działanie sił międzycząsteczkowych przyjmuje się w hydrogeologii następujący podział porów:

• pory nadkapilarne - o średnicy > 0,5 mm - umożliwiające wodzie wolnej poruszanie się w nich pod działaniem sił ciężkości.

• pory kapilarne - o średnicy 0,5-0,002mm - w których woda może odbywać jedynie ruch kapilarne

• pory subkapilarne - o średnicy < o,002mm - w których woda zostaje całkowicie związana i unieruchomiona działaniem sił cząsteczkowych

Może występować duża rozpiętość porów w skałach tego samego rodzaju. Jest ona uzależniona od kilku czynników. -stopień jednorodności uziarnienia (Hazen)

Skały równoziarniste złożone z ziaren jednakowych wymiarów np. piaski lub żwiry mają wysoką porowatość niezależnie od tego czy składają się z ziaren dużych czy też małych. Natomiast im bardziej zróżnicowane są średnice tym mniejsza jest porowatość dlatego że ziarna mniejsze wchodzą w szczeliny ziarn większych.

Porowatość zależy również od kształtu ziarn. W skale złożonej z ziarn okrągłych jest ona większa niż w skale z ziarn ostrokrawędzisych, płytkowych lub tabliczkowatych. Te ostatnie mogą bowiem ułożyć się bardziej ściśle. Porowatość zależy także od sposobu ułożenia ziarn.

W skałach zwięzłych czyli litych wodonośność tylko w niewielkim stopniu wynika z ich porowatości. A głównie zależy ona od istnienia w skale szczelin i spękań powstałych w różnych procesach geologicznych. Rozróżnia się szczeliny i spękania o charakterze:

• syngenetycznym

• tektonicznym

• wietrzeniowym

Wody podziemne występujące w skałach, w spękaniach wyżej wymienionych nazywamy wodami szczelinowymi. Wody wykorzystujące kanały i próżnie krasowe nazywamy wodami krasowymi.

Porowatość efektywna - jest to porowatość pełna pomniejszona o objętość porów niedostępnych dla wody grawitacyjnej.

Strefa aeracji	woda błonkowata - woda woda kapilarna związana woda wędrująca -woda wolna
strefa saturacji	woda swobodna woda uwięziona (artezyjska) woda głębinowa

Dodatkowymi czynnikami wpływającymi na przewodnictwo wody w skałach są lepkość i temperatura wody. Czynniki te są oczywiście niezależne od istoty skały, dotyczą natomiast samej wody jako substancji przewodzonej. Opór tarcia wewnętrznego zmniejsza prędkość przepływającej wody, przy czym opór ten występuje znacznie silniej w przewodach o mniejszym przekroju.

Z punktu zdolności przewodzenia wody można wszystkie skały podzielić na:

• łatwo przepuszczalne

• średnioprzepuszczalne

• półprzepuszczalne

• nieprzepuszczalne

podział taki opiera się na wskaźniku ilościowym jakim jest współczynnik filtracji.

Miarodajna średnica ziarn i współczynnik nierównomierności uziarnienia

W skałach okruchowych decydującym czynnikiem przepuszczalności jest wymiar ziarn i procentowy udział w składzie skały ziarn o określonych średnicach. W celu ich oznaczenia przeprowadza się analizę granulometryczną, która należy do podstawowych badań hydrogeologichnych. Istotą analizy jest mechaniczny rozdział frakcji o określonych średnicach ziarn które wchodzą w skład badanej skały. Najczęściej stosowanymi metodami są:

• analiza sitowa średnica ziarn większa od 0,07mm

• analiza areometryczna średnica ziarn mniejsza od 0,07mm

• metody kombinowane najpierw sitowa potem areometryczna

Metoda sitowa

• z krzywej kumulacyjnej określa się dwie ważne wielkości hydrogeologiczne:

• współczynnik nierównomierności uziarnienia

• efektywną średnicę ziarn (średnicę miarodajną) d_e

pojęcie średnicy miarodajnej wprowadził do hydrogeologii Hazen, na podstawie doświadczalnego badania przepuszczalności piasków i żwirów o różnym uziarnieniu. Według tego badacza skała różnoziarnista wykazuje taką samą przepuszczalność jak idealna skała jednorodna złożona wyłącznie z ziaren kulistych o określonej średnicy. Tę średnicę Hazen nazwał miarodajną. Określa się ją jako średnicę poniżej której 10% ziarn ma mniejszą średnicę, 90% zaś większą średnicę niż średnica miarodajna. Średnicę miarodajną oznacza się z granulometrycznej krzywej kumulacyjnej. Skład granulometryczny skał jest jedną ze strukturalnych cech gruntów skalistych. Oznacza procentową zawartość ziarn o określonej wielkości czyli frakcji. Ziarna skał sypkich dzielimy na grupy czyli frakcje:

• kamienista >25mm

• żwirowa 25-2mm

• piaskowa 2-0,05mm

--------------------------------

• pyłowa 0,05-0,002mm

• iłowa < 0,002mm

Analiza sitowa polega na badaniu składu granulometrycznego skał poprzez rozdzielenie poszczególnych frakcji za pomocą odsiewania na sitach. Metodą tą bada się uziarnienia skał sypkich których średnice zastępcze są większe od 0,06mm. Do wykonania analizy sitowej stosujemy następujące przyrządy:

• komplet ośmiu sit o wymiarach 25; 20; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1; 0,06

• wstrząsarka

• suszarka

• waga techniczna o dokładności 0,1 lub 0,01 g.

Do analizy sitowej odważamy próbkę o ciężarze:

PIASKI

drobnoziarnista	średnioziarnisty	gruboziarnisty
100-200g	200-500g	500-1000g

Następnie suszymy w temperaturze 105-110 ^oC do stałego ciężaru (bez wody). Wysuszoną próbkę przesypuje się do przygotowanego kompletu sit zestawionego według wielkości oczek. Następnie wstrząsamy ok. 10 min ręcznie lub 3 min mechanicznie. Ważąc pozostałości próbki na każdym z sit i dzieląc otrzymany ciężar przez wziętej do analizy próbki otrzyma się procentową zawartość frakcji

różnica między G_S i sumą ciężarów g_S wszystkich frakcji nie może przekroczyć 0,5% wartości G_S. Jeżeli różnica ta jest większa analizę należy powtórzyć. Pozostały błąd do 0,5% rozrzuca się proporcjonalnie na wszystkie frakcje. Na podstawie otrzymanych wyników sporządza się wykres krzywej uziarnienia. Na podstawie krzywej odczytuje się dwie bardzo ważne wielkości hydrogeologiczne:

• średnicę efektywną d₁₀

• średnicę d₆₀

współczynnik nierównomierności uziarnienia

Na podstawie tego współczynnika skały sypkie dzielimy na:

• równoziarniste < 15

• nierównoziarniste

• bardzo nierównoziarniste >15

---