Egzamin ustny, z mikroskopu i wykładów
Petrologia i petrografia to w zasadzie to samo. Wykład ma 45 godzin i jest skojarzony z ćwiczeniami z tego przedmiotu. Prowadzący Stanisław Lorenc. Zajmuje się głównie skałami osadowymi. Kończył studia na Uniwersytecie we Wrocławiu i pracował tam 25 lat. W 1989, gdy reaktywno geologię w Poznaniu, przeniósł się do stolicy Wielkopolski.
W 1519 powstała w Poznaniu Akademia Lubrańskiego, która miała charakter szkoły wyższej i odegrała dużą rolę w szkolnictwie uniwersyteckim w tej części Europy. W 1611 podniesiono do rangi uniwersytetu Kolegium Jezuickie, za sprawą Zygmunta III Wazy. W czasie rozbiorów uniwersytet zlikwidowano. W 1918 i 1919 na nowo powołano szkolnictwo wyższe w Polsce. Już 7 stycznia, w trakcie powstania Wielkopolskiego (grudzień – luty/marzec) powołano komisję, na czele której stał profesor Heliodor Święcicki. Po 4 miesiącach intensywnych prac komisji, 7 maja, powołano Uniwersytet. Przez pierwsze dwa lata funkcjonował pod nazwą Wszechnica Poznańska, potem Uniwersytet Poznański. Pojawili się w nim specjaliści nauk geologicznych (petrologowie, mineralogowie, paleontolodzy). Ten stan rzeczy trwał do wybuchu II wojny światowej. W tym czasie działał Tajny Uniwersytet Ziem Zachodnich. Trwało to do lutego 1945, do wyzwolenia Poznania. Potem wrócili ci co przeżyli i zaczęli reaktywować uniwersytet, w tym studia geologiczne. W 1952 rząd podejmuje decyzję o centralizacji studiów geologicznych w Polsce. Centrala znalazła się w Warszawie. Uznano bowiem geologię za dziedzinę bardzo strategiczną. Podobnie stało się z UJ, na Uniwersytecie Toruńskim. Oprócz geologii na UW działał ośrodek kształcenia kadr geologicznych dla potrzeb górniczych na AGH w Krakowie, która podobnie jak Wszechnica Poznańska powstała w 1919. Uniwersyteckie studia udało się zachować jeszcze tylko we Wrocławiu. Użyto argumentu, że geologii nie można nagle wyeliminować z programu studiów, bo było to sygnałem dla Europy że niszczy się tradycję akademicką polskich ośrodków naukowych. Podział ten trwał do połowy lat 70-tych, kiedy powstał Uniwersytet Śląski. W latach 80-tych pojawiły się sygnały o szansie na geologię w Poznaniu. W 1988 zrekrutowano pierwszych studentów. W 1955 UP zamienia się w UAM. Było to związane z modą na nadawanie imion, patronów poszczególnych uniwersytetom. Był to pomysł Pajewskiego. W 1955 był rok Mickiewiczowski (jest to setna rocznica śmierci wieszcza). Inne propozycje to im. Kasprzaka (przywódca robotników) albo im. Józefa Stalina.
Organizatorem tych studiów był prof. Jerzy Fedorowski. Organizując te studia przyjechał również do Wrocławia i przedstawił propozycję kilku osobom (Muszyński, Lorenc, Koszela, Biernacka, którzy przenieśli się do Poznania w różnym czasie na przełomie lat 80-tych i 90 – tych). W tym roku studia geologiczne w Polsce są na UJ, UŚ, UWr, UW, UAM i na poziomie licencjackim w Uniwersytecie Gdańskim. Rozdrobnienie stwarza możliwości, ale także trudności, ponieważ geologia wymaga dużych nakładów inwestycyjnych. Wzrosła jednak popularność geologii. Jeszcze kilkadziesiąt lat temu na zajęciach geografii prawie o niej nie mówiono.
Światowa geologia wyodrębniła się z nauki określanej kiedyś nazwą geognostyką. Zajmowała się ona Ziemią, tym co na niej występuje, a w ramach postępu także kopalinami użytecznymi. Już w starożytności możemy jednak znaleźć ciekawe opracowaniach o skałach i minerałach. W III w. p.n.e. Teofras w swym traktacie intuicyjnie opisał niektóre z minerałów. Były to pojedyncze przypadki. Jako odrębna nauka geologia powstała dopiero w połowie XIX wieku. Jednym z tych którzy wyodrębniał petrografią był Niemiec, pracujący we Freibergu, Bertrand von Cotta. Freiberg to stary ośrodek górniczy w Saksonii. Jest tam najwspanialsze na świecie muzeum mineralogiczne. W 1868 von Cotta wyodrębnił skały magmowe, osadowe i przeobrażone nazywane w tej chwili metamorficznymi. Duży wkład do geologii wnieśli również Humboltowie . Obecnie istnieje wiele instytutów i fundacji imienia Humbolta. Takie nauki jak geologia, geografia oceanografia, geofizyka tworzą zespół nauk o Ziemi. Nauki te funkcjonują także w polskiej administracji. Henryk Clifton Sorby (1826-1908) w drugiej połowie XIX w. zaczął badać skały z zastosowaniem mikroskopu polaryzacyjnego. Wcześniej skały badano na podstawie ich chemizmu. Mineralogia ma swoje korzenie w chemii. Mając nową metodę badawczą prędko petrologia się wyodrębniła spośród innych specjalności. Postęp następował głównie w Europie Zachodniej (Niemcy, Francja, Wielka Brytania), a później Skandynawia. Główni badacze tego okresu to Rosenburg, Ferdinand Zirkel (1838-1912) i Szkot Hugh Miller (1802-1856).
W Polsce nauki petrograficzne uprawiano we Lwowie (Ferdinand Kreuz), w Warszawie (Józef Morozewicz), w Krakowie (Tokarski, Bolewski), po 1919 Poznań (Kazimierz Sulikowski, w Poznaniu od 1929, habilitację robił jeszcze we Lwowie, w Poznaniu objął katedrę mineralogii i petrologii. Od tego czasu obserwujemy rozwój badań petrograficznych w Poznaniu. Od 1952 Smulikowski i Borkowska przenoszą się do Warszawy. Polański był prekursorem Mineralogii i geochemii. W Poznaniu powstał pierwszy w Polsce podręcznik Geochemii (Smulikowski, Polański). Po wojnie Kraków, Warszawa, Wrocław (Maślankiewicz, później Józef Zwierzycki – odkrywca złóż miedzi na Monoklinie Przedsudeckiej, Zwierzycki zrobił doktorat z paleontologii w 1913 w Berlinie z amonitów Afrykańskich. Ostatnim parowcem udał się do Indonezji. Spędził 25 lat na wyspie Jawa w Dżakarcie jako pracownik, a potem główny geolog holenderskiej służby geologicznej, do dziś jest tam jego muzeum). Pochodził z Krobi, małej miejscowości między Gostyniem i Rawiczem. Krobia to tak zwana biskupizna. Miała swoją odrębność kulturową (stroje ludowe, dudziarze). Zwierzycki odniósł wielkie sukcesy w powojennej geologii polskiej.
Petrografia i mineralogia rozwijały się głównie w odpowiedzi na zapotrzebowanie surowcowe. Przed wojną szukano metali więc rozwijało się poszukiwanie w skałach krystalicznych – geologia była silna w Europie, gdzie występuje obfitość takich skał. Zapotrzebowanie na surowce energetyczne po wojnie w rozwinęło geologię w Ameryce, usytuowanej na grubych pokładach skał osadowych. Mineralogia > petrografia > geochemia > nauka o złożach. Przykład Zwierzyckiego pokazuje jak bardzo przenikają się różne nauki geologiczne.
Metody:
fizyczne (optyczne, termiczne, rentgenowskie, w podczerwieni)
chemiczne (składu chemicznego, składu izotopowego)
petrograficzne (badania mikroskopowe)
Jednym z wyróżnikiem nauk są jej metody badawcze. Metody mikroskopowe i paleontologiczne mogą być wyróżnikiem geologii.
Literatura:
„Poradnik dla samouków. Mineralogia i petrografia. Wskazówki dla studiujących”, wydane w latach dwudziestych w Serbii.
1963, Bolewski, M. Morawska „Petrografia”. Dotyczy petrografii wszystkich trzech typów skał.
1955 Williams, Turner, wprowadzanie do badania skał w płytkach cienkich
Po 1982 nie ma w Polsce wydawnictwa dotyczących wszystkich typów skał.
1990 „Petrologia skał magmowych”
Czasami są jeszcze podręczniki obejmujące skały krystaliczne (silnie metamorficzne i magmowe)
Skały magmowe – to te które powstają z magmy.
Te które powstają w głębi ziemi to głębinowe, plutoniczne,
a te które powstają z lawy to wulkaniczne, zwane czasami erupcyjnymi, wylewnymi.
Skład chemiczny. Decydujące znaczenie dla cech magmy ma zawartość krzemionki SiO2. Zawartość ta może się zmieniać w bardzo szerokich granicach.
Gęstość czyli ciężar właściwy, zależy od zawartości krzemionki. Te zawierające dużo krzemionki (kwaśne). Nie ma to żadnego związku z tak zwaną kwasowością (pH). Zawartość krzemionki decyduje o tym że magmy:
kwaśne mają ciężar właściwy około 2,8 – 2,9 g/cm3
zasadowe mają ten ciężar wyższy 3,1-3,2 g/cm3
Temperatura topnienia
Kwaśne – 750 – 900°C
Zasadowe – 1100 – 1200 °C
Lepkość
Kwaśne – wyższa lepkość w granicach 4 * 102 P (puaz)
Zasadowe – ok. 2 * 102
| Cecha | Magma kwaśna1 | Magma zasadowa |
|---|---|---|
| Skład chemiczny | Dużo SiO2 | Mało SiO2 |
| Gęstość | 2,8-2,9 g/cm3 | 3,1-3,2 g/cm3 |
| Temperatura topnienia | 750-900°C | 1100-1200°C |
| Lepkość | 4*102 puazów | 2*102 p |
Lepkość znajduje swój wyraz w erupcjach. Magmy kwaśne tworzą kopuły, płyty. Magmy zasadowe rozlewają się, tworzą potoki lawowe.
Magma składa się z trzech faz (ciekłej, stałej, gazowej), jest ruchliwa i gorąca, charakteryzują ją parametry chemiczne (najważniejsza jest zawartość SiO2) oraz parametry fizyczne, które mają związek z chemicznymi.
Magma może być reliktem pierwszych faz powstawania Ziemi (pierwotne). Druga możliwa geneza to przetopienie skał na określonej głębokości i przy określonej temperaturze. Magma gromadzi się w tak zwanej komorze magmowej. W jądrze nie ma fazy płynnej bo ciśnienie jest za dużo. Magmy tworzą się wyżej.
Magma wraz z obniżaniem się temperatury środowiska ulega krystalizacji. Krystalizacja jest zależna od składu. Przy magmach zasadowych temperatura krystalizacji jest wyższa.
Możemy wyodrębnić trzy etapy krystalizacji magm:
Wczesnej – są automorficzne
Głównej – kryształy są automorficzne lub ksenomorficzne
Końcowej – kryształy są ksenomorficzne, wypełniają wolne przestrzenie (przykład kwarcu)
Po krystalizacji magmy wyróżniamy jeszcze procesy pomagmowe, które związane są z działalnością par i roztworów wodnych:
Proces (faza) pneumatolityczny – zachodzi w temperaturach od 400 do 600°C. Wtedy aktywne są gazy, które były w komorze magmowej. Z jednej strony gazy te mogą penetrować już wykrystalizowaną część skały. Z drugiej strony mogą wytwarzać nowe fazy mineralne w szczelinach, druzach itp.
Proces hydrotermalny – faza zasobna w przegrzaną parę wodną, oddziaływującą na powstałą skałę. Także tworzy żyły itd. W wypełnieniach takich mogą tworzyć się agaty.
Krystalizacja z magmy trwa bardzo długo. Jest niesłychanie trudna do odtworzenia w laboratorium. Nie udaje się bowiem odtworzyć czasu geologicznego. Krystalizacja trwa często miliony lat. MgCO3 – jeżeli krystalizuje, zmniejsza się jego ilość w składzie stopu (magnezu). Budowa pasowa jest wynikiem różnicowania składu chemicznego. Każdy pas reprezentuje nieco inny chemizm. Jest to wyraźny dowód że środowisko ulegało zmianom. Kryształy syntetyczne mają regularniejszą budowę wewnętrzną niż naturalne.
Frakcyjna krystalizacja – jedne minerały krystalizują szybciej od innych
Likwacja – różnicowanie się składu z punktu widzenia gęstości magmy. Magmy siarczkowe, które są cięższe koncentrują się w niższych częściach komory magmowej, a lekkie magmy krzemianowe są na górze.
Konwekcja – ciepło które dostarczane jest do pewnego obszaru w płaszczu pochodzi z głębszych partii i działa na komorę w taki sposób, że cząsteczki rozchodzą się w sposób pióropusza.
Ostatnim procesem powodującym dyferencjację jest asymilacja. To proces, który odbywa się na granicy komory magmowej i skały w której ta komora się znajduje. Jeśli przemieszczająca się magma trafi na skały węglanowe natychmiast wzbogaca się w węglany. Wszystko to, co dzieje się na kontakcie między skałą otoczenia, a komorą czy przewodem, powoduje różnicowanie się magmy, które nazywamy asymilacją.
Podstawą wyłonienia szeregów magmowych są miliony analiz chemicznych, wykazujących regionalne zróżnicowanie magm (typ śródziemnomorski, atlantycki, pacyficzny). Wprowadzono pojęcie, które często bywa używane jako wytrych – protolit. Protolit to hipotetyczna skała lub magma, z której można wyprowadzić skałę, którą aktualnie badamy. Czasami ten protolit bywa nazwany magmą macierzystą.
Szereg pacyficzny (alkaliczno-wapienny; główny). Inny przebieg krystalizacji w skałach głębinowych i wylewnych.
Głębinowe : magma bazaltowa (protolit) (kwaśny) granit lub (zasadowy) dunit
Wylewne: magma bazaltowa (kwaśny) riolit; nie ma ewolucji do zasadowej2
Atlantycki (alkaliczno – sodowy):
Głębinowe: esseksyt (zasadowy) jakupiringit lub (kwaśny) granit sodowy
Wylewne: bazanit (zasadowy) melilit lub (kwaśny) riolit sodowy
Śródziemnomorski (alkaliczno-potasowy)
Głębinowe: kentalenit (kwaśny) granit (monzonit)/granit monzonitowy
Wylewne: trachybazalty (kwaśny) riolit (potasowy) lub zasadowy (leucytyt)
Norytowo-czarnokitowy (znany wyłącznie ze skał plutonicznych)
Głębinowe: noryt (kwaśny) czarnokit lub (zasadowy) Harzburgit
| Szereg | Zasadowy | Protolit | Kwaśny |
|---|---|---|---|
| Pacyficzny (Główny) (alkaliczno-wapniowy) |
Głębinowy | Dunit | Bazalt |
| wylewny | ------------------------ | Bazalt | |
| Atlantycko (alkaliczno-sodowy) |
Głębinowy | Jakupiryngit | Esseksyt |
| wylewny | Melilit | Bazanit | |
| Śródziemnomorski (alkaliczno-potasowy) | Głębinowy | ------------------------ | Kentalenit |
| wylewny | Leucytyt | Trachybazalt | |
| Norytowo-czarnokitowy | Głębinowy | Harburgit | noryt |
Ten szereg jest szczątkowy i jest charakterystyczny dla tarcz kontynentalnych.
Wyciąg ten obrazuje kierunki myślenia współczesnej petrologii. Widać tu pewne sprzeczności. Na początku wydawało się że uchwycono pewną prawidłowość. Gdy zaczęły się pojawiać coraz to nowsze analizy, okazało się że wyraźne granice stały się przejściami między jednym, a drugim.
Podstawy systematyki skał magmowych:
Uwzględnia się tu głównie skład chemiczny i skład mineralny.
Clark (1924) określa średni skład chemiczny skał magmowych, od tego czasu ujmowany w trzynastu składnikach:
SiO2 59%
Al2O 15%
Fe2O3 3%
FeO 4%3
MgO 3,5%
CaO 5%
Na2O 4%
K2O 4%
H2O 1%
TiO2 1%
CO2 0,1%
ZrO2 0,04%
P2O5 0,3%
A także skład mineralny:
| Minerał | Odsetek (%) |
|---|---|
| Skalenie alkaliczne | 31 |
| Plagioklazy | 294 |
| Kwarc | 12,5 |
| Pirokseny | 12 |
| Amfibole | 2 |
| Biotyt | 4 |
| Muskowit | 1,55 |
| Oliwiny | 2,5 |
| Tlenki żelaza (hematyt, magnety itd.) | 4 |
| Nefelin | 0,3 |
| Apatyt | 0,5 |
| Tytanit | 0,3 |
| Chloryty i serpentyn (antygoryt, chryzotyl) | 0,5 |