MATERIAŁY DO ĆWICZENIA NR 3
SKAŁY OSADOWE
Skały osadowe powstają w wyniku nagromadzenia elementów mineralnych i organicznych w postaci osadu na powierzchni skorupy ziemskiej. Składnikami osadu są: okruchy mineralne i skalne pochodzące z niszczenia skał już istniejących, minerały nowo powstałe, wytrącone z roztworów wodnych, oraz szkielety mineralne organizmów.
Podstawowym procesem prowadzącym do powstania skały osadowej jest więc sedymentacja (nagromadzenie się osadu na powierzchni skorupy ziemskiej). Sedymentacja może być poprzedzona przez transport materiału z miejsca jego pochodzenia na miejsce osadzenia. Po złożeniu osad podlega często różnorodnym przeobrażeniom fizycznym i chemicznym, prowadzącym do przekształcenia go w skałę zwięzłą. Ten zespół procesów określany jest mianem diagenezy.
Zależnie od składu mineralnego i genezy skały osadowe dzielą się trzy grupy:
skały okruchowe (klastyczne)
skały ilaste (iłowe)
skały organogeniczne i chemiczne
MINERAŁY SKAŁ OSADOWYCH
Wśród minerałów skał osadowych wyodrębnia się dwie grupy, różne pod względem genezy.
Są to:
minerały allogeniczne - powstałe poza środowiskiem tworzenia się skały. Pochodzą ze zniszczenia skał magmowych, metamorficznych lub starszych skał osadowych i znajdują się obecnie w formie okruchów na złożu wtórnym (poza środowiskiem swego powstania). Zostały one przetransportowane i powtórnie osadzone.
minerały autogeniczne - utworzone w miejscu sedymentacji skały, w skład której wchodzą. Znajdują się więc na złożu pierwotnym.
Liczne minerały skał osadowych mogą być zarówno allogeniczne, jak i autogeniczne np. kwarc może być w postaci allogenicznych okruchów skał starszych jak i autogenicznego spoiwa powstałego w wyniku krystalizacji krzemionki na miejscu tworzenia skały (np. kwarcyty, piaskowce kwarcytowe).
MINERAŁY ALLOGENICZNE to te, które wykazują dużą odporność na wietrzenie chemiczne, a więc przede wszystkim kwarc oraz muskowit. Trochę rzadziej spotykane są skalenie, głównie ortoklaz i kwaśny plagioklaz. Biotyt, amfibole i pirokseny spotyka się jedynie sporadycznie i są wtedy silnie zmienione.
Odporne na wietrzenie są również minerały akcesoryczne i poboczne skał magmowych i metamorficznych. Wymienić tu należy cyrkon, rutyl, granaty, magnetyt. Występują one dość często w skałach osadowych w formie mikroskopijnych ziarn, tworząc frakcję minerałów ciężkich.
MINERAŁY AUTOGENICZNE:
minerały grupy krzemionki (chalcedon, opal)
minerały ilaste (kaolinit, montmorillonit, illit)
glaukonit
tlenki i wodorotlenki Al (diaspor, hydrargilit)
tlenki i wodorotlenki Fe (limonit)
węglany (kalcyt, dolomit, aragonit, syderyt)
fosforany (apatyt, wiwianit)
siarczany (gips, anhydryt)
chlorki (halit, sylwin)
siarka
SKAŁY OKRUCHOWE
W wyniku wietrzenia skały ulegają rozpadowi na bloki, mniejsze od nich okruchy skalne oraz ziarna mineralne. Nagromadzenie tych elementów prowadzi do powstania skały okruchowej luźnej. Gdy materiał okruchowy zostanie scementowany w procesach diagenezy, powstaje skała okruchowa zwięzła.
Opisując skały okruchowe należy podać ich cechy strukturalne i teksturalne, skład mineralny, a w przypadku skał zwięzłych także rodzaj spoiwa.
Strukturę skał okruchowych określa się przede wszystkim w oparciu o wielkość materiału okruchowego (frakcję). W zależności od frakcji wyróżnia się struktury:
1) żwirową (psefitową) - gdy średnica okruchów przekracza 2 mm
2) piaskową (psamitową) - o średnicy okruchów 2 do 0,1 mm
3) mułową (aleurytową) - o średnicy okruchów 0,1 do 0,01 mm
4) iłową (pelitową) - o średnicy okruchów poniżej 0,01 mm
Ważnymi cechami strukturalnymi są także: stopień selekcji (wysortowania), stopień obtoczenia okruchów (kanciaste, słabo obtoczone, obtoczone, dobrze obtoczone), kształt okruchów (kuliste, wrzecionowate, dyskoidalne, elipsoidalne, płasko-wydłużone), charakter powierzchni ziarn (powierzchnia gładka, błyszcząca, lub matowa, obecność wcisków, zagłębień, wyżłobień).
Tekstura
Rozmieszczenie ziarn w skale może być bezładne lub w jakiś sposób uporządkowane. Uporządkowanie ziarn w skałach okruchowych wyraża się najczęściej warstwowaniem osadu.
Z punktu widzenia wypełnienia przestrzeni skały przez tworzące ją składniki wyróżnia się tekstury zbite i porowate.
Spoiwo
Spoiwem, albo inaczej lepiszczem nazywa się substancję znajdującą się pomiędzy ziarnami. Powoduje ona scementowanie luźnych ziarn lub okruchów.
Rodzaje spoiw:
nazwa spoiwa |
składniki spoiwa |
cechy rozpoznawcze |
wapniste |
kalcyt |
burzy z HCl |
margliste |
kalcyt, ił |
burzy z HCl, pozost.osad |
krzemionkowe |
krzemionka |
duża twardość, zwięzłość |
ilaste |
min. iłowe |
mała zwięzłość, rozmaka w wodzie |
żelaziste |
tlenki i wodorotl. Fe |
czerwona lub brunatna barwa |
Główne rodzaje skał okruchowych:
rodzaj frakcji |
skała luźna |
skała zwięzła |
żwirowa (psefitowa) |
żwir (okruchy obtoczone) gruz (okruchy nieobtoczone) |
zlepieniec brekcja |
piaskowa (psamitowa) |
piasek |
piaskowiec |
mułowa (aleurytowa) |
muł |
mułowiec |
|
|
|
|
|
|
Przegląd skał okruchowych
Frakcja żwirowa (psefitowa)
GRUZ - skała luźna, składająca się z okruchów kanciastych (nieobtoczonych) a więc takich, które nie były transportowane. Przykładem gruzu są nagromadzenia ułamków skał u podnóży stromych ścian w górach - piargi.
ŻWIR - skała luźna składająca się z otoczaków.
BREKCJA - skała zwięzła, składająca się z okruchów kanciastych (nieobtoczonych); scementowany gruz.
ZLEPIENIEC - powstaje w wyniku scementowania żwiru. Przykładem jest występujący w Górach Świętokrzyskich zlepieniec zygmuntowski - skała skałająca się z otoczaków wapieni i dolomitów dewońskich zlepionych spoiwem wapnisto-żelazistym.
Frakcja piaskowa (psamitowa)
PIASKI - to skały luźne złożone głównie z okruchów kwarcu. Najczęstszymi odmianami są
piaski rzeczne, wydmowe, rzecznolodowcowe i morskie.
PIASKOWCE są zwięzłymi odpowiednikami piasków. Większość piaskowców to
piaskowce oligomiktyczne - w składzie okruchów przeważa jeden minerał, najczęściej
kwarc.
Przykłady piaskowców oligomiktycznych z terenu Polski:
piaskowiec wąchocki - dolny trias, G.Świętokrzyskie, brunatnoczerwony
piaskowiec szydłowiecki - dolna jura, G. Świętokrzyskie, jasnokremowy, spoiwo krzemionkowe
piaskowiec ciosowy (kwader) - górna kreda, G. Stołowe, Złotoryja, Lwówek Śląski, barwa kremowoszara, oddzielność blokowa.
Piaskowce polimiktyczne charakteryzują się znaczną różnorodnością składu okruchów,
jednak większość ziarn stanowi zwykle kwarc. Najbardziej znane typy tych piaskowców, to:
arkoza - piaskowiec zawierający w materiale detrytycznym 25-100% skaleni. Barwa skały szara, różowa lub czerwona.
szarogłaz - składa się ze źle obtoczonych okruchów skał magmowych (bazalt), metamorficznych (zieleńce), ziarn kwarcu, łyszczyków, skaleni. Spoiwo najczęściej ilasto-krzemionkowe.
Frakcja mułowa (aleurytowa)
MUŁEK - skała luźna, osadzona w wodzie. Składa się z pyłu kwarcowo-skaleniowego, z niewielką zawartością łyszczyków (muskowitu) i często substancji ilastej.
MUŁOWIEC - muł zdiagenezowany
LESS - skała miękka, żółto-brunatna, kremowa. Najczęściej osad eoliczny, niewarstwowany. Silnie burzy z HCl. Najczęstszy skład:
kwarc 45%
subst. ilaste i pelit kwarc. 37%
węglany (kalcyt) 12%
limonit 6%
Obecność CaCO3 (jako otoczki ziarn kwarcu) powoduje gruzełkowatość gleb i ich urodzajność. W Polsce lessy powstały przez wywiewanie i nagromadzenie pyłów z utworów morenowych i fluwioglacjalnych.
Wody opadowe mogą wypłukiwać z lessu węglan wapnia. Prowadzi to do powstania lessu zglinionego. W spągowych partiach warstw lessowych powstają wtedy konkrecje węglanu wapnia w postaci tzw. „kukiełek lessowych”.
SKAŁY ILASTE
Do grupy skał ilastych zalicza się skały okruchowe o frakcji najdrobniejszej (pelitowej) oraz minerały ilaste takie jak kaolinit, montmorillonit i illit. Rozmiary mniejsze od 0,01 mm, często postać cząstek koloidalnych powodują, że w badaniach makroskopowych niemożliwa jest identyfikacja składu mineralnego tych skał oraz ocena cech budowy wewnętrznej. Dlatego też przy ocenie struktury poprzestaje się na stwierdzeniu struktury pelitowej.
Tekstury tych skał są bezładne lub uporządkowane, polegające na warstwowaniu.
Głównym składnikiem skał ilastych są minerały ilaste, jak kaolinit, montmorillonit, illit. Obok nich skały te mogą zawierać matriał detrytyczny, głównie kwarcowy.
Przegląd skał ilastych
IŁ - stanowi osad utworzony z nagromadzenia najdrobniejszych cząstek, które pod względem mineralnym należą głównie do grupy minerałów iłowych. Ze względu na wielkość cząstek ił nie ma charakteru sypkiego, lecz jest zwarty, a w stanie wilgotnym plastyczny.
IŁ WARWOWY - chrakteryzuje się bardzo wyraźnym warstewkowaniem. Składa się z naprzemianległych warstewek jasnych, nieco grubszych i ciemnych, nieco cieńszych. Parę warstewek - ciemną i jasną nazywamy warwą (ze szwedzkiego - wstęga). Warwa jest efektem sedymentacji osadu w ciągu jednego roku (jasne - letnie, ciemne - zimowe).
IŁ OGNIOTRWAŁY - jest charakterystycznie „tłusty” w dotyku. Składa się przede wszystkim z kaolinitu, któremu często towarzyszą różne domieszki. Większa zawartość skaleni lub łyszczyków źle wpływa na ogniotrwałe własności iłów. Jest to osad rozpowszechniony, odgrywający dużą rolę w gospodarce jako surowiec ceramiki szlachetnej.
GLINA ZWAŁOWA - zwana jest także gliną morenową lub lodowcową. Pod nazwą glina rozumie się skałę iłową z domieszką frakcji grubszych. Gliny zwałowe powstają z całego materiału transportowanego przez lodowiec i pozostałego po jego stopnieniu. Są one skałami mieszanymi o wyjątkowo złej selekcji, niskim stopniu obtoczenia materiału grubszego i bezładnej teksturze.
IŁOWIEC - zwięzła ilasta skała nie wykazująca łupkowatości.
IŁOŁUPEK - zwięzła ilasta skała wykazująca łupkowatość.
SKAŁY ORGANOGENICZNE I CHEMICZNE
Skały chemiczne powstają w wyniku chemicznego wytrącania minerałów z roztworów wodnych (najczęściej z wody morskiej)
Skały organogeniczne powstają w wyniku nagromadzenia się szczątków organizmów zwierzęcych (zoogeniczne) lub roślinnych (fitogeniczne). Bardzo często udział biorą zarówno procesy chemiczne jak i organogeniczne. Mogą tu również uczestniczyć procesy fizjologiczne organizmów a także może zachodzić rozkład substancji organicznej - mówimy wówczas o skałach biochemicznych.
Struktura skał chemicznych może być:
krystaliczna
bezpostaciowa lub skrytokrystaliczna (zwana czasem pelityczną) - kiedy makroskopowo nie można zauważyć ziarn
Struktury krystaliczne mają skały chemiczne lagunowe, np. dolomity, gips, anhydryt, sól kamienna, sole potasowe i magnezowe.
Strukturę w skałach organogenicznych określa się w zależności od stopnia zniszczenia szczątków organicznych:
struktura biomorficzna ma miejsce, gdy szczątki są dobrze zachowane, nie pokruszone
struktura detrytyczna - gdy szczątki występują w postaci okruchów ze śladami obróbki mechanicznej
Tekstura w skałach organogenicznych i chemicznych może być zbita lub porowata oraz bezładna lub uporządkowana (kierunkowa)
Klasyfikacja skał organogenicznych i chemicznych na podstawie ich składu chemicznego:
skały węglanowe
skały krzemionkowe
skały żelaziste
skały gipsowo-solne
skały fosforanowe
kopalne paliwa
Przegląd skał organogenicznych i chemicznych
Skały węglanowe
WAPIENIE - skały zbudowane głównie z kalcytu lub aragonitu. Intensywnie reagują z HCl. Białe, jasnoszare, lub często zabarwione domieszkami np. na brunatno, jasnozielono, czarno. Mogą być pochodzenia chemicznego i organogenicznego (gł. zoogenicznego). Osobniki nieorganicznego kalcytu mogą mieć różne wymiary. W wapieniach młodszych kalcyt występuje w formie pelitu, w starszych zaś (w wyniku rekrystalizacji) jest mikrokrystaliczny lub nawet drobnoziarnisty. Wapienie mogą zawierać mniej lub bardziej wyraźne szczątki organiczne. Obok wapieni zawierających pojedyncze skamieniałości mogą występować odmiany złożone prawie wyłącznie ze szczątków organicznych.
Niektóre rodzaje wapieni:
Wapienie zbite - złożone z jednolitej, zbitej masy kalcytowej, w której nie można wyróżnić żadnych innych składników.
Wapienie muszlowe - wapienie utworzone w znacznej mierze z muszli małżów, ramienionogów, ślimaków, łodzikowatych, amonitów.
Wapienie oolitowe - utworzone są z ooidów (oolitów) wapiennych. Ooidy są ziarnami o swoistej koncentrycznej budowie. Złożone są z jądra i zmiennej liczby otaczajacych je powłok. Powłoki te utworzone są z węglanu wapnia wytrąconego chemicznie bez udziału organizmów.
MARTWICA WAPIENNA - tworzy się przy wodospadach, źródłach, w rzekach, przy brzegach wysychających jezior. Ubytek dwutlenku węgla z roztworu (wskutek zmniejszenia ciśnienia przy wypływie na powierzchnię, asymilację przez rośliny, lub wskutek ruchu wody) powoduje wytrącenie węglanu wapnia. Skały te są jasne, pelitowe lub krystaliczne. Często zachowane są szczątki roślin. Tekstura porowata. Zwięzłe, twarde odmiany martwicy wapiennej nazywane są trawertynem.
MARGLE - skały pokrewne wapieniom. Są zazwyczaj mniej twarde i zwięzłe niż wapienie. Składają się w 50-70% z węglanu wapnia oraz z substancji ilastych. Przy reakcji z kwasem solnym pojawia się drobna zawiesina ilasta.
KREDA JEZIORNA - muł wapienny powstały na drodze chemicznej lub biochemicznej z domieszką iłów. Zawiera skorupy ślimaków i małżów słodkowodnych. Gdy domieszka iłu jest znaczna, mówimy o marglu jeziornym. Kreda jeziorna występuje w wielu miejscach na Niżu Polskim.
DOLOMITY - skały utworzone z minerału dolomitu i zmiennych ilości kalcytu. Ponieważ minerał dolomit reaguje z HCl tylko w stanie sproszkowanym lub po podgrzaniu kwasu, więc reakcja skały uzależniona jest od domieszki kalcytu. W typowym dolomicie zawierającym do 5% kalcytu reakcja jest nieznaczna. Dolomity powstają w drodze bezpośredniej krystalizacji z roztworu morskiej wody, lub w wyniku procesu dolomityzacji wapieni. Dolomityzacja polega na wzbogaceniu skał wapiennych w minerał dolomit przez doprowadzenie jonów Mg. Dolomity mają na ogół barwy białe lub żółtawe jednak domieszki mogą spowodować inne zabarwienia. Struktura często krystaliczna.
Skały krzemionkowe
GEZA - lekka, porowata, szorstka w dotyku. W składzie kwarc i organogeniczna krzemionka (igły gąbek krzemionkowych).
OPOKA - skała wapienno-krzemionkowa. Składa się z węglanu wapnia i organogenicznej krzemionki pochodzenia gąbkowego. Jest to skała biała, lub żółtawa, zwięzła, brudząca palce, lekka, porowata.
OPOKA LEKKA - powstaje w wyniku wietrzenia chemicznego (odwapnienia) zwykłej opoki. Makroskopowo podobna do zwykłej opoki, lecz jest lżejsza i bardziej miękka. Przy dotyku brudzi palce, nie burzy z HCl
ROGOWCE - różnego pochodzenia skały krzemionkowe, występujące w postaci cienkich warstw.
KRZEMIENIE I CZERTY - utwory krzemionkowe występujące w wapieniach, marglach, opokach, dolomitach, w postaci konkrecji i soczew. Krzemienie są różnie zabarwione, kształty mają kuliste, elipsoidalne lub nieregularne, ostro odgraniczone od skały otaczającej. Czerty mają nieregularne kształty, a barwę zbliżoną do barwy skały otaczającej. Powstają w efekcie koncentracji krzemionki w niezdiagenezowanym osadzie.
ZADANIE DO WYKONANIA
Opisać wskazane skały osadowe wg schematu:
nazwa skały, grupa do której przynależy
struktura
tekstura
spoiwo (dotyczy skał okruchowych zwięzłych)
skład mineralny
7