Skały i minerały
MINERAŁY
Minerał jest substancją chemiczną , która występuje w środowisku przyrodniczym, posiada ściśle określony skład oraz właściwości fizyczne czy chemiczne.
Minerał jest najmniejszym składnikiem litosfery, czyli skorupy ziemi. Charakteryzuje go określona i niezmienna budowa chemiczna i fizyczna. Wśród cech minerałów jedną z podstawowych jest ich twardość. Biorąc pod uwagę tę cechę fizyczną minerałów, można ustawić w kolejności od najmiększych np.: talk (jest tam miękki że można go zarysować paznokciem), gips, kalcyt (daje się zarysować ostrzem), kwarc i najtwardszy - diament. Wymienione minerały i kilka innych tworzą tzw. dziesięciostopniową skalę twardości Mohsa. Diament jest najtwardszym minerałem i minerały, które w skali Mohsa zajmują miejsce od 1 do 7 można zarysować diamentem. Do innych właściwości fizycznych minerałów zaliczamy barwę, zabarwienie (definiuje się je jako rzeczywisty kolor po zarysowaniu, ponieważ powierzchnia minerałów jest zwietrzała i barwa zwietrzeliny może być inna niż faktyczna minerału), rysę (czyli sproszkowany minerał), smak i zapach ( np. sól czy siarka), łupliwość oraz ciężar właściwy czyli gęstość. Biorąc pod uwagę barwę można opisać kwarc (SiO2), który ze względu na barwę ma różne odmiany: pomarańczowa i czerwona - zwana krwawnikiem, fioletowa - ametyst, biała - kwarc mleczny, żółta - zwana cytrynem, szara - kwarc dymny, biało-szara zwana onyxem, przezroczysty - kwarc górski, tzw. kryształ górski. Zabarwienie minerału może być powodowane przez domieszki różnych substancji, i tak np. żółte zabarwienie może być wywołane sąsiedztwem siarki, a czerwone - domieszką żelaza. Do minerałów o dużym ciężarze właściwym należy ołów.
SKAŁY
Minerały tworzą bardziej złożone twory, zwane skałami. Skały mogą być zbudowane z jednego minerału i wtedy nazywamy je monomineralnymi, lub z wielu minerałów - tzw. skały polimineralne. Wyróżniamy trzy grupy skał: skały magmowe, skały osadowe oraz skały metamorficzne.
Powstawanie skał magmowych związane jest z procesami wulkanicznymi. Podział skał magmowych wyróżnia skały plutoniczne powstające we wnętrzu ziemi oraz skały wylewne, powstające z krzepnącej magmy na powierzchni ziemi.
Czynnikiem niezbędnym do powstania skał plutonicznych głębinowych jest wysoka temperatura i duże ciśnienie, czyli tzw. stress. Charakterystyczne dla powstawania tych skał jest długi okres krzepnięcia, w czasie którego wytrącają się minerały o grubym i średnim ziarnie. Jest to tzw. budowa jawnokrystaliczna, której przykładem jest granit. Skały te mają niskie pH, co jest powodowane dużą zawartością kwarcu.
Skały wylewne - wulkaniczne, powstają w odmiennych warunkach niż głębinowe. Do ich powstania również jest potrzebna wysoka temperatura i duże ciśnienie, jednak krzepnięcie magmy odbywa się na powierzchni w niskich temperaturach. Proces ten postępuje szybko, przez co minerały nie zdążą się wykrystalizować, ich ziarna są drobne, a taką budowę skały nazywamy skrytokrystaliczną. Skały te mają pH obojętne, przykładem jest bazalt.
Na terenie Polski skały pochodzenia wulkanicznego występują w Tatrach Wysokich (granity) oraz w Sudetach (bazalty).
Skały osadowe, jak sama nazwa wskazuje powstają wskutek procesu osadzanie się na pow. ziemi, czyli sedymentacji materiałów okruchowych organicznych albo pochodzenia chemicznego. Drugim krokiem po sedymentacji w powstawaniu skał osadowych jest proces diagenezy czyli cementacji. Polega on zagęszczeniu powstającej skały. Wskutek działania niskiej temperatury oraz ciśnienia, ze skały zostaje wyciśnięta woda, przez co zmienia się jej stan skupienia z luźnego w bardziej stały. Kolejny proces na drodze powstawania skały to lityfikacja, czyli wykształcenie się spoiwa w materiale skalnym (np. krzemionki lub związków żelaza), i powstanie zwięzłej skały.
Podział skał osadowych wyróżnia skały okruchowe, organiczne oraz chemiczne. Wśród skał okruchowych wyróżniamy piaskowce (powstałe z piasków), zlepieńce (powstałe ze żwirów), mułowce (powstałe z mułów) oraz iłowce (powstałe z iłów). Skały organiczne dzielą się na pochodzenia roślinnego i zwierzęcego. Skały organiczne pochodzenia roślinnego to węgiel, torf, antracyt, oraz ropa naftowa, gaz ziemny i bursztyn. Skały organiczne pochodzenia zwierzęcego to wapienie, dolomity i kreda. Środowiskiem powstawania wapieni jest woda - ciepłe, płytkie i słodkie jeziora i morza. Skały osadowe chemiczne to siarka, sól kamienna, sól potasowa, gips.
Skały metamorficzne powstają pod wpływem działania wysokiej temperatury i dużego ciśnienia z już wykształconych skał osadowych lub magmowych. Wyróżniamy trzy rodzaje metamorfizmu: a) metamorfizm kontaktowy - podstawowym czynnikiem jest tu oddziaływania wysokiej temperatury. Dzieje się tak np., gdy skały znajdą się w bezpośrednie okolice gorącej magmy, która przedostając się na powierzchnię ziemi, przepływa przez szczeliny skalne i wpływa na przeobrażanie się skał. Drugim rodzajem metamorfizmu jest metamorfizm regionalny, obejmujący większe obszary. Zachodzi podczas ruchów tektonicznych, gdy skały znajdą się na dużych głębokościach i wejdą w strefę oddziaływania wysokich temperatur i ciśnienia, czyli tzw. stressu. Trzecim rodzajem metamorfizmu jest metamorfizm dynamiczny. Tutaj również dużą funkcję spełnia stress, występuje w strefach fałdowych.
Wskutek działania wysokiego ciśnienia, skały zwiększają swój ciężar właściwy. Na skutek procesów metamorficznych, z wapieni powstają marmury, z piaskowców - kwarcyty,
z granitu - gnejsy, z węgla - grafit, ze skał ilastych - łupki ilaste, a z mułowców - fillity.
Najczęstsze występowanie skał metamorficznych ma miejsce w pobliżu skał magmowych,
i tak np. łupki i gnejsy występują na Dolnym Śląsku w Tatrach, a marmury w Sudetach.
Rozpoznawanie minerałów na podstawie ich cech fizycznych
Dla identyfikacji minerałów konieczne jest określenie następujących cech fizycznych: połysk, barwa, rysa, twardość, łupliwość lub przełam, pokrój lub postać skupienia.
Połysk - zdolność i charakter odbicia światła od powierzchni minerału; może być metaliczny, półmetaliczny lub zwyczajny (szklisty, tłusty, perłowy itp.).
Barwa- wyróżniamy minerały :
. bezbarwne - nie wykazują absorpcji światła
. barwne - pochłaniają ściśle określoną część widma światła widzialnego
. zabarwione - barwa związana z obecnością domieszek substancji obcych lub przemieszczeń
strukturalnych
Rysa- oznacza barwę sproszkowanego minerału (minerał pocieramy o płytkę porcelanową)
Twardość - opór jaki Stawia minerał sile mechanicznej usiłującej go zarysować.
Określanie twardości minerałów polega na wzajemnym zarysowaniu minerału badanego i wzorcowego ze skali Mohsa. Skala obejmuje 10 minerałów w kolejności od l (najmniej twardy) do 10 (najtwardszy):
1. talk
2. gips
3. kalcyt
4. fluoryt
5. apatyt
6. ortoklaz
7. kwarc
8. topaz
9. korund
10.diament
Łupliwość - zdolność niektórych minerałów do podziału lub pękania pod wpływem uderzenia lub nacisku wzdłuż równoległych gładkich płaszczyzn,
Wyróżniamy łupliwość doskonałą, dokładną, wyraźną, niewyraźną.
Łupliwość może być jedno-, dwu-, lub trój kierunkowa.
Przełam - minerały nie wykazujące łupliwości w danym kierunku pękają przy uderzeniu wzdłuż nierównych powierzchni dając przełam. Przełam może być nierówny, muszlowy , zadziorowy , haczykowaty, ziemisty i in.
Pokrój - forma wykształcenia geometrycznego kryształu, postać zewnętrzna. Wyróżniamy pokroje: izometryczne, slupkowe, pręcikowe, blaszkowe, tabliczkowe itp.
Skupienia krystaliczne - minerały rzadko występują w postaci pojedynczych kryształów, częściej tworzą skupienia: ziarniste, sferolityczne, nerkowate, konkrecje, oolity itp.
Rozpoznawanie skał magmowych
Skały magmowe są produktem zastygania stopu krzemianowego.
W zależności od miejsca zastygania tego stopu, wyróżniamy skały:
. głębinowe (płutoniczne) - skała stygnie w głębi skorupy ziemskiej,
. wyłewne (wulkaniczne) - gwałtowne zastyganie na powierzchni,
. żyłowe -zastyga w warunkach pośrednich.
W wyniku odmiennych warunków jakie panują podczas zastygania magmy, skały różnią się między sobą strukturą i teksturą.
Struktura - wykształcenie składników krystalicznych w skale, ich wielkość i kształt.
Makroskopowo najczęściej stosuje się podział struktur ze względu na wielkość składników:
1. jawnokrystaliczna (fenerokrystaliczna) - wszystkie składniki można
wyróżnić makroskopowo
a) równoziarnista - kryształy w przybliżeniu jednakowej wielkości,
.gruboziarnista - conajmniej 5 mm
.średnioziarniSta - 2-5 mm
.drobnoziarniSta - mniejsza od 2 mm
b) nierównoziarnista
2. afanitowa (niewidocznokrystaliczna) - makroskopowo kryształki nie są dostrzegalne natomiast pod mikroskopem można stwierdzić obecność drobnych kryształków i/lub szkliwa.
3. porfirowa - widoczne makroskopowo kryształy zwane prakryształami, rozrzucone w masie o strukturze afanitowej, zwanej ciastem skalnym.
Tekstura- rozmieszczenie składników w skale sposób wypełnienia przez nie przestrzeni.
Zależnie od stopnia ułożenia minerałów wyróżniamy:
.teksturę bezładną - składniki mineralne są nieuporządkowane,
.teksturę kierunkową - ułożenie składników wykazuje regularność.
Pod względem wypełnienia przestrzeni skalnej wyróżniamy:
.teksturę zbitą (: - przestrzeń wypełniona w sposób zwięzły, lity
.teksturę porowatą - w skale znajdują się wolne przestrzenie
Z uwagi na chemizm skały magmowe podzielono, biorąc jako kryterium zawartość SiO2 :
.skały kwaśne, zawierające ponad 65% Si02
.skaly obojętne, zawierające52-65% Si02
.skały zasadowe, zawierające 40-52% Si02
.skaly ultrazasadowe, zawierające mniej niż 40% Si02
Przy makroskopowym oznaczaniu skał stwierdzono, że skały bogate w Si02 (skały kwaśne) posiadają zwykle barwy jasne, skały ubogie w SiO2 (skały ultrazasadowe i zasadowe) - barwy ciemne, natomiast skały obojętne -barwy szare.
Podstawą makroskopowego oznaczenia skał magmowych jest określenie ich cech charakterystycznych, które pozwolą umieścić skałę w przyjętym systemie klasyfikacyjnym.
Do tych cech należą:
1. Barwa
2 . Struktura
3. Tekstura
4. Skład mineralny
Opis niektórych skał magmowych - surowców Polski.
Granit Strzelina:
barwa szara, struktura drobnoziarnista, tekstura bezładna, skład mineralny: szary kwarc, jasnoszare skalenie, biotyt.
Granit Strzegomia:
szary, średnioziarnisty, tekstura bezładna, skład mineralny: kwarc, plagiklazy, skaleń potasowy , biotyt, hornblenda.
Granit Karkonoszy:
barwa różowa, struktura średnio- do gruboziarnistej, skład mineralny:cechą charakterystyczną są duże różowe kryształy mikroklinu często otoczone obwódką oligoklazową. drobnoziarniste tło zbudowane z szarych skaleni, kwarcu i biotytu.
Gabro Nowej Rudy:
barwa jasnoszara, struktura gruboziarnista, skład mineralny: plagioklazy (labrador - bytownit), diallag, lokalnie gabra te przechodzą w gabra oliwinowe, anortozyty i piroksenity .
Noryty intruzji suwalskiej:
noryt to odmiana gabra, gdzie obok plagioklazu występuje piroksen rombowy; barwa ciemnoszara, struktura średnio- i gruboziarnista, skład mineralny: anortyt (do 65%), pirokseny rombowe (głównie hipersten), magnetyt tytanonośny, ilmenit, minerały towarzyszące to pirotyn, chalkopiryt, pentlandyt i piryt.
Bazalty dołnośląskie:
struktu afanitowa (rzadziej porfirowa), tekstura bezładna, . zwykle zbita rzadziej pęcherzykowata, często mają podzielność słupową, tworzą pokrywy lawawe komory wulkaniczne i żyły.
Granity są stosowane do produkcji: kamienia budowlanego (płyty okładzinowe, schodowe, chodnikowe), kamienia drogowego (kostka, krawężniki, słupki\ tłuczeń) i kruszywa budowlanego.
Bazalty są stosowane w budownictwie komunikacyjnym, lądowym i wodnym jako tłuczeń
i materiał podkładowy . Ponadto bazalt jest surowcem do produkcji wełny mineralnej jak również stosowany jest w petrurgii (hutnictwo skalne).
Noryty stanowią podstawową rudę żelazo-tytanową w złożu Krzemianka koło Suwałk.
2