1. Miejsce petrologii na tle nauk mineralogicznych; cele i zadania

2. Prekursorzy rozwoju światowej petrologii

3. Budowa Ziemi (pojęcie geoidy, model wnętrza Ziemi opisany na podstawie składu chemicznego i własności reologicznych)

4. Cykliczność procesów geologicznych

5. Ewolucjonizm planety i zasada aktualizmu geologicznego

6. nie ma na liście ;p

7. Metody badań petrograficznych (wybrane metody badan fazowych XRD, DTA, IR, SEM-EDS)

8. Magma (rodzaje magm, ich geneza, podstawowe parametry jakościowe)

9. Skład chemiczny magmy (rola wody)

10. Gęstość i lepkość magmy

11. Temperatura i ciśnienie magmy

12. Ewolucja magm (procesy dyferencjacji, asymilacji i kontaminacji, mieszania - magmy hybrydowe)

13. Szeregi reakcyjne Bowena

1.Miejsce petrologii na tle nauk mineralogicznych; cele i zadania

Petrologia – nauka o skałach. Cele i zadania : Wyjaśnia warunki powstawania skał ( genezę) i przeobrażenia przy zastosowaniu szerokiego spektrum badań analitycznych. Bywa utożsamiana z petrografią, jednak przez wielu autorów i coraz częściej uważana jest za dziedzinę szerszą od petrografii.

Petrologia jest związana z takimi naukami mineralogicznymi jak: mineralogia, krystalografia i geochemia.

2.Prekursorzy rozwoju światowej petrologii

Największy wkład w rozwój petrologii mieli:

niemiecki uczony Hermann Karl Rosenbusch który opracował prawie wszystkie znane min. skałotwórcze oraz skały oraz angielski geolog Henry Clifton Sorby który wprowadził mikroskop polaryzacyjny (1843). Poza tym innymi ludźmi którzy przyczynili się do rozwoju petrologii byli :

na świecie
- F. J. K. Becke
- P. Niggli
- P. E. Eskola
- V. M. Goldschmidt i F. W. Clarke
- J.J Sederholm
- A. J. Fersman
- W. I. Wiernadski
- J. S. Fiodorow
- J. Kuzniecow
w Polsce
Józef Morozewicz
Franciszek Kreutz
Zygmunt Rozen
Walery Goetel
Andrzej Bolewski
- K. Bohdanowicz
- J. Czerski
-I. Domeyko

3. Budowa Ziemi (pojęcie geoidy, model wnętrza Ziemi opisany na podstawie składu chemicznego i własności reologicznych)

Geoida jest bryłą, której powierzchnia jest prostopadła do pionu w każdym punkcie Ziemii, przedstawia jej rzeczywisty kształt.

Strefy Ziemi ze względu na własności chemiczne budującej je materii:

- krzemianowa skorupa

- bogate w Si, Mg, Fe płaszcz,

- oraz Fe-Ni jądro

Strefy Ziemi ze względu na własności reologiczne(mechaniczne) budującej je materii:

- stała litosfera

- plastyczna astenosfera

- stałą mezosferę

- płynne jądro zewnętrzne

- stałe jądro wewnętrzne

4. Cykliczność procesów geologicznych

Cykliczność procesów geologicznych - powtarzanie się w określonej kolejności procesów lub zjawisk geologicznych, tworząc cykle zamknięte o zróżnicowanym okresie od 0,5 mln do 60-70 mln lat.

Poszczególne utwory skalne podlegają takim lub innym procesom, kolejno przechodząc przez coraz to inne stany, przy czym można w tej cykliczności mówić o powtarzalności zjawisk petrologicznych. Głównym czynnikiem doprowadzającym do tej cykliczności są zjawiska orogeniczne, zachodzące w obrębie skorupy i doprowadzające do wyrównania stanów równowagi pomiędzy skorupą a płaszczem ziemskim.

W I etapie kształtowania Ziemi zewnętrzna jej powierzchnia pokryta była zeszklonymi utworami magmowymi (typu bazaltu). Pojawienie się atmosfery i hydrosfery spowodowało wietrzenie tej strefy i sukcesywny jej ewolucjonizm. Postepujące procesy wietrzenia (erozja) i przemieszczania powierzchniowego materiału ( transport i sedymentacja) powoduja zaburzenie równowagi między sztywną skorupą a półplastycznym zewnętrznym płaszczem. Tendencją do wyrównania takiego zaburzonego układu są zachodzące w skorupie zjawiska orogeniczne i diastroficzne. Ruch płyt tektonicznych - zjawiska subsydencji i wzmożone zjawiska orogeniczne. Gdy pewne partie skorupy ulegają pogrążeniu, pod wpływem temperatury i ciśnienia skały (minerały) ulegają przeobrażeniom (metamorfizm). Wprowadzany w coraz głębsze strefy Ziemi osad lub materiał skalny ulega przetopieniu i zaczyna tworzyć się wtórna magma.

Anateksis - proces wtórnego upłynnienia się kompleksów skalnych zachodzących w głębi Ziemii w warunkach wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia.

Palingeneza - proces wydzielania się i gromadzenia faz ciekłych ( tzn. wtórnej magmy) zachodzący na dużych głębokościach w skorupie ziemskiej, będący bezpośrednim skutkiem anateksis.

Powstała palingenetyczna magma bywa niekiedy zasilana magmą z płaszcza ziemskiego. W tym przypadku mamy do czynienia z dopływem juwenilnym magmy. Od tego momentu cykl procesów powtarza się.

5.Ewolucjonizm planety i zasada aktualizmu geologicznego

Ewolucjonizm -

Aktualizm geologiczny – zasada geologiczna przyjmująca, że zdarzenia jakie miały miejsca w przeszłości i produkty tych przemian maja odpowiedniki we współczesność, co pozwala na podstawie dzisiejszych obserwacji określać przebieg dawnych procesów geologicznych.

7. Metody badań petrograficznych (wybrane metody badan fazowych XRD, DTA, IR, SEM-EDS)

W zakres badań fazowych ( fizycznych) wchodzą:

Rentgenografia XRD wykorzystuje zasade ugięcia promieni X na krysztale przy czym do badania faz krystalicznych wykorzystuje się bądź promieniowanie X o znanej długości fali (analiza strukturalna i fazowa) lube metodę znanego kryształu do badania substancji o nieznanym składzie chemicznym (spektroskopia rentgenowska). Metoda rentgenograficzna oddaje szczególnie duże usługi przy badaniach skał bardzo drobno ziarnistych, a także skał w skład, których wchodzą minerały, których właściwości optyczne są zbliżone, np. przy badaniu skał wapienno - dolomitowych, w których kalcyt i dolomit mają bardzo podobne własności optyczne.

Termiczna analiza różnicowa : krzywa DTA - polega na równoczesnym ogrzewaniu dwóch próbek tj. tzw. termicznie obojętnej (korund -daje krzywa w linii prostej) oraz próbki badanej. W badanych próbkach w temperaturze do 1000 C zachodzą reakcje polegające np. na pochłanianiu ciepła z otoczenia - tzw. endotermiczne zaznaczone efektami w dół, bądź też reakcje polegające na wydzielaniu ciepła - tzw. egzotermiczne, zaznaczone na krzywej DTA efektami w górę. Efekty endotermiczne są najczęściej spowodowane usuwaniem wody z minerałów lub ich rozkładem i dysocjacją.

Mikroskopia elektronowa SEM-EDS - wyróżniamy tu mikroskopie skaningowa i transmisyjną. Zasada działania mikroskopu skaningowego: wiązka przyspieszanych elektronów bombarduje próbkę badaną i wywołuje emisję elektronów wtórnych. Obraz uzyskuje się wykorzystując elektrony wzbudzane (wtórne) i elektrony elastyczne odbite od powierzchni próbki. Metoda ta pozwala nam dokładnie określić sposób wykształcenia, wielkość, i ułożenie elementów w skale, czyli strukturę i teksturę. Stosowana jest przede wszystkim w bardzo drobnoziarnistych skałach. Powiększenie uzyskiwane przy tej metodzie to kilka a nawet kilkadziesiąt tysięcy razy.

Spektroskopia w podczerwieni IR - rodzaj spektroskopii, w której stosuje się promieniowanie podczerwone. Najpowszechniej stosowaną techniką IR jest absorpcyjna spektroskopia IR, służąca do otrzymywania widm oscylacyjnych. Przy pomocy spektroskopii IR można ustalić jakie grupy funkcyjne obecne są w analizowanym związku. Spektroskopia w podczerwieni pozwala na analizę zarówno struktury cząsteczek jak i ich oddziaływania z otoczeniem. Pod wpływem promieniowania podczerwonego cząstki te wprowadzane są w drgania dając odpowiednie refleksy w postaci pików, na podstawie, których dokonuje się identyfikacji

8.Magma (rodzaje magm, ich geneza, podstawowe parametry jakościowe)

Rodzaje magm

Magmy dzielimy ze względu na:

skład chemiczny

• magma krzemianowa,

• magma węglanowa,

• magma siarczkowa,

• magma tlenkowa

na zawartość SiO2 ( w magmach krzemianowych)

• magma ultrazasadowa i zasadowa,

• magma obojętna,

• magma kwaśna

Genetyczny podział magm

• magma pierwotna,

• magma macierzysta,

• magma pochodna,

• magma resztkowa

Geneza

Magma powstaje w głębokich partiach skorupy ziemskiej lub w górnym płaszczu. Wiedza o powstawaniu i właściwościach magmy wynika z obserwcji efektów jej krystalizacji, odziaływania na skały ją otaczające i eksperymentów laboratoryjnych.

Przypuszcza się, że przyczyną powstania magmy może być:

• wzrost temperatury

• obniżenie ciśnienia litostatycznego

• wzbogacenie w składniki lotne

Zjawiska te mogą zachodzić w wyjątkowych miejscach Ziemi, stąd tworzenie się magmy wiąże się z określonym reżimem tektonicznym (diapir płaszcza, strefy ryftowe, pasma orogeniczne).

Podstawowe parametry jakościowe

Gęstość - dla magm kwaśnych wynosi około 2,4 g/cm3 a dla magm zasadowych około 2,9 g/cm3. Gęstość wyraźnie wpływa na proces dyferencjacji magm, ponieważ różnice gęstości pomiędzy kryształami a stopem prowadzą do ich wznoszenia się bądź opadania.

Lepkość -. Lepkość wpływa na sposób przemieszczania się magm. Magmy zasadowe przemieszczają się szybko i gdy wylewają się na powierzchnię Ziemi tworzą kopuły lub potoki magmowe. Magmy kwaśne o dużej lepkości przemieszczają się wolno i gdy osiągają powierzchnię Ziemi są "wyciskane", nie rozpływają się i tworzą na przykład "Iglice Magmowe"

Temperatura - magmy posiadają temperatury w przedziale 650 - 1250 °C. Głównymi temperaturami charakteryzującymi magmę w różnych etapach krystalizacji są:

Temperatura likwidusu - Pierwsze składniki zaczynają krystalizować

Temperatura solidusu - Stop wykrystalizuje w pełni

Można więc powiedzieć, że krystalizacja magmy przebiega w zakresie temperatur pomiędzy temperaturą likwidusu a temperaturą solidusu.

Ciśnienie - na magmy mogą działać ciśnienia:

litostatyczne

atmosferyczne

kierunkowe - stres

9.Skład chemiczny magmy (rola wody)

Skład chem. magmy:

• F. stała – tetraedry [SiO₂]^4-.

• F. ciekła – gł. H₂O z różnymi a^- i k⁺.

• F. gazowa – CO₂, H, F, HF, CO, N i S.

ze względu na skład chemiczny wyróżniamy :

• magmy krzemianowe,

• magmy węglanowe,

• magmy siarczkowe,

• magmy tlenkowe

Głównymi składnikami magm krzemianowych są krzemionka (SiO2), glinka (Al2O3), oraz tlenki żelaza, magnezu, wapnia, sodu i potasu (Fe2O3, FeO, MgO, CaO, Na2O, K2O).

Obecność wody w magmie wynosi ok. 1-8%. Para wodna w gorącej magmie w temperaturze poniżej wartości krytycznej ulega skropleniu tworząc roztwory hydrotermalne. Kiedy wulkan jest aktywny woda zostaje uwolniona do atmosfery lub hydrosfery. Wody, które powstały z krzepnięcia magmy, nazywamy wodami juwenilnymi.

10.Gęstość i lepkość magmy

Gęstość magmy – waha się od ok. 2,4 g/cm³ (magmy kwaśne) do ok. 2,9 g/cm³(magmy zasadowe).Zależy od temperatury i ciśnienia (przy ich wzroście wzrasta i gęstość). Wpływa ona na zachowanie się kryształów w stopie magmowym, ich grawitacyjne opadanie lub wznoszenie.

Lepkość magmy – miara tarcia wewn., wynikającego z sił oporu, które hamuje ruchliwość magmy. Ma ona znaczenie dla ruchliwości, sposobu ekstruzji, intensywności prądów konwekcyjnych.

Lepkość magmy rośnie wraz z:

-spadkiem temperatury

-spadku zawartości gazów ( w tym wody)

-wzrostem ciśnienia

-wzrostem fazy stałej

Silnie zależy od składu chemicznego - magmy zasadowe cechują się małą lepkością, a kwaśne dużą.

11.Temperatura i ciśnienie magmy

Temperatura - magmy posiadają temperatury w przedziale 650 - 1250 °C. Głównymi temperaturami charakteryzującymi magmę w różnych etapach krystalizacji są:

Temperatura likwidusu - Pierwsze składniki zaczynają krystalizować

Temperatura solidusu - Stop wykrystalizuje w pełni

Można więc powiedzieć, że krystalizacja magmy przebiega w zakresie temperatur pomiędzy temperaturą likwidusu a temperaturą solidusu.

Ciśnienie - na magmy mogą działać ciśnienia:

litostatyczne

atmosferyczne

kierunkowe - stres

12. Ewolucja magm (procesy dyferencjacji, asymilacji i kontaminacji, mieszania - magmy hybrydowe)

Ewolucja magmy – skład zmienia się wraz z wędrówką magmy ku górze. Zachodzi ona w wyniku:

- Dyferencjacji:

- Krystalizacja frakcjonalna – wypadanie kolejnych minerałów ze stopu podczas jego krzepnięcia. Jest ona zależna od szybkości zmian temperatury i cisnienia. Minerały oddzielają się grawitacyjnie. Etapy KF:

- Wczesna – ol, rudy, px, Ca-pg.

- Główna – px, amf, pl.

- Końcowa – Na₂O, K₂O, SiO₂ oraz skł. lotne.

- Likwacja – odmieszanie stopu na 2 nie mieszalne stopy pochodne o różnych cechach. Rozdzielanie zachodzi na drodze grawitacyjnego osiadania składników cięższych.

- Dyfuzja – przemieszczanie się mobilnych składników wywołane gradientem temperatury (efekt Soreta).

- Migracja składników lotnych – nasila się w miarę krystalizacji oraz spadku p lito statycznego. Pęcherzyki gazu zubożają magmę w H₂O, CO₂, alkalia i SiO₂, reagując równocześnie z otoczeniem.

- Asymilacja i kontaminacja:

zanieczyszczanie magmy i asymilacja obcych skał z otoczenia. Zmienia się prze to chemizm magmy, powstają ksenolity i autolizy. Formy asymilowane mogą ulec roztopieniu stopie magmowym. Układ taki dąży do równowagi chemicznej na drodze różnych proc.: dehydratacji, migracji H₂O oraz skł. lotnych.

- Mieszanie magm:

powstanie magmy hybrydowej z 2 różnych magm, różniących się skł. chem., gęstością, T itp. Tworzą się hybrydy jednorodne oraz niejednorodne.

13. Szeregi reakcyjne Bowena

Przedstawia on kolejność krystalizacji głównych minerałów skałotwórczych z magmy wraz ze spadkiem temperatury.

-1600°C - spadek temperatury

Ciąg (l) tych minerałów z wyjątkiem kwarcu z uwagi na wysoką zawartość Fe i Mg nazywamy ciągiem femicznym.

Ciąg (2) minerałów z uwagi na to, że zbudowane są głównie z glinu i krzemu nazywamy sialicznymi.