Egzamin usty, dwie części - mikroskop + teoria
Von Cota wyodrębnił spośród skał 3 grupy - magmowe, osadowe i przeobrażone (metamorficzne).
W połowie XIX w. wyodrębniła się geologia z nauk przyrodniczych. Duży wkład wnieśli badacze, którzy w okresie renesansu wiedzieli o wielu rzeczach, m.in. Humboldt.
Pierwszym, który wyodrębnił petrografię z nauk o ziemi był Henryk Sorby, który zaczął badać skały z zastosowaniem mikroskopu polaryzacyjnego. Dotąd skały badano z punktu widzenia ich chemizmu. Mając tą metodę badawczą, petrologia prędko się wyodrębniła i pierwszym takim ośrodkiem była zachodnia Europa - Niemcy, Francja, Wielka Brytania + Skandynawia (2 połowa XIX w.). W Polsce przed I WW naukę można było uprawiać w instytucjach zagranicznych, wyodrębniły się szkoły petrograficzne - szkoła Lwowska, Warszawa - UW, Kraków - UJ, Poznań - UP (1929 - prof. Kazimierz Smulikowski)- Katedra Mineralogii i Petrologii. Od 1930 obserwujemy bardzo intensywny rozwój nauk petrologicznych. W poznaniu powstał pierwszy podręcznik do geochemii (Smulikowski, Polański). Po II WW - Smulikowski w Poznaniu, Kraków, Warszawa, Wrocław (Zwierzycki, praca doktorska o amonitach afrykańskich, przez 25 lat pracował w Indiach Holenderskich). Petrologia i mineralogia rozwijały się na zapotrzebowanie surowcowe, znaczenie miały surowce metaliczne, szukano ich w skałach krystalicznych, w starych utworach. Każde zapotrzebowanie surowcowe musiało być związane z eksplozją działań geologicznych.
Mineralogia → petrografia → geochemia →
Metody badan petrograficznych:
fizyczne (optyczne, termiczne, rentgenowskie, metody badań w podczerwieni)
chemiczne (analiza chemiczna składu, analiza składu izotopowego,)
mikroskopowe
„Mineralogja i petrografja” 1925 (Poradnik dla samouków)
„Petrografia” Bolewski, (Kraków), Morawska, 1963
„Petrografia” Bolewski, Parachoniak
„Petrografia” Bolewski, Parachoniak, 1982
„Petrography” 1955
„Petrologia skał magmowych” 1990
Skały magmowe to te, które powstają z magmy albo z lawy. Te powstające z magmy w głębi ziemi to skały głębinowe (plutoniczne), a te powstające z lawy, na powierzchni Ziemi, w wyniku wydostania się magmy nazywamy skałami wulkanicznymi (erupcyjnymi, wylewnymi).
Magma i jej właściwości
Magma może mieć zróżnicowany skład chemiczny. Decydujące znaczenie dla cech magmy ma zawartość krzemionki SiO2. Zawartość ta może się zmieniać w bardzo szerokich granicach. Znamy skały, które zawierają 10-30% SiO2, ale tez 60-80%.
Druga cechą jest gęstość (ciężar właściwy), zależna od zawartości krzemionki. Magmy z duża ilością krzemionki - magmy kwaśne (nie ma to żadnego związku z kwasowością). Zawartość krzemionki decyduje o tym, że magmy kwaśne mają ciężar właściwy ok 2,8 - 2,9 g/cm3. Magmy zawierające mało krzemionki (magmy zasadowe) mają ciężar właściwy wyższy: 3,1 - 3,2 g/cm3.
Ważna jest również temperatura. Magmy kwaśne mają temperatury rzędu 750 - 900oC. Magmy zasadowe: 1100 - 1200Oc.
Trzecim parametrem fizycznym jest lepkość. Magmy kwaśne mają lepkość wyższą, ok. 2 - 4 x 102 P (bardziej lepka ta o dużej zawartości SiO2). Znajduje to obraz w charakterze erupcji wulkanicznych. Magmy kwaśne nie rozlewają się, nie tworzą potoków lawowych. Tworzą kopuły. Natomiast magmy zasadowe, mało lepkie, rozlewają się, tworzą potoki lawowe, rozchodzą się na różne strony.
Magma składa się z trzech faz:
ciekłej
stałej (wykrystalizowane fragmenty)
gazowej
Magma jest ruchliwa i gorąca. Charakteryzują ją parametry chemiczne, wśród której najważniejsza jest zawartość SiO2 oraz parametry fizyczne, które mają związek z parametrami chemicznymi.
Gdzie i jak powstaje magma?
Magma pierwotna - magma może być reliktem pierwszych faz powstawania Ziemi jako planety. Okres gromadzenia się tych elementów, które później uformowały nasza planetę, to okres bardzo wysokich temperatur. Drugi typ magmy to ta powstająca poprzez przetopienie skał - skała znajduje się na odpowiedniej głębokości, w określonej temperaturze i ciśnieniu może ulec przetopieniu, tworząc magmę, która gromadzi się w komorze magmowej w obrębie litosfery. W górnej części płaszcza tworzą się magmy.
Magma, która w określonych warunkach ciśnienia temperatury wraz z obniżaniem się temperatury środowiska otoczenia, magma ulega krystalizacji. Krystalizacja zależna jest od składu. Jeśli magma kwaśna ma temperaturę 700-950oC, to jeśli temperatura spada, to w tej niższej temperaturze dochodzi do krystalizacji. W magmach zasadowych temperatura krystalizacji jest wyższa.
Trzy etapy krystalizacji magmy
etap wczesnej krystalizacji
etap głównej krystalizacji
etap końcowej krystalizacji
to, w jakim etapie dany minerał powstaje, znajduje odbicie w jego formie. Te krystalizujące we wczesnym etapie są pięknie wykształcone, mają własne kształty i własny pokrój - tworzą kryształy automorficzne (własne).
Te, krystalizujące w głównej fazie, niektóre mogą tworzyć własny pokrój, część musi dostosować się do otoczenia.
Te z końcowego etapu wypleniają wolne przestrzenie, nie mają własnego pokroju.
Szereg krystalizacyjny Bowena - na końcu jest kwarc, nie tworzy własnych postaci, a wypełnia przestrzenie.
Procesy po krystalizacji magmy związane z działalnością par i roztworów wodnych, które pozostały w komorze magmowej:
proces pneumatolityczny (faza pneumatolityczna)
proces hydrotermalny (faza hydrotermalna)
Proces pneumatolityczny zachodzi w temperaturach 400 - 600 oC i wówczas aktywne są gazy, które były w komorze magmowej. Z jednej strony gazy zawierające różne składniki mogą penetrować wykrystalizowana część skały i zmieniać je, a z drugiej strony mogą produkować, wytwarzać nowe fazy mineralne.
Proces hydrotermalny to faza zasobna w wodę, przegrzana parę wodna, która oddziałuje na już wykształconą skałę albo daje własne utwory w postaci żył, wypełnień pustek skalnych (agaty).
Krystalizacja z magmy trwa bardzo długo. Można prowadzić krystalizację w laboratorium, ale nie udaje się tam odtworzyć czasu geologicznego. Formowanie się ciała magmowego z magmy trwa często miliony lat.
Ulega zmianie skład chemiczny, widoczna dla nas budowa pasowa jest wynikiem różnicowania się składu chemicznego, każdy pas tej budowy reprezentuje nieco inny chemizm, to wyraźny dowód na to, że środowisko ulegało zmianom. Minerały syntetyczne mają bardzo regularną budowę wewnętrzną, w naturalnych kryształach budowa jest zaburzona.
Magma w czasie swojej historii ulega różnicowaniu się pod względem składu, cech i in.
Dyferencjacja magmy (różnicowanie się magmy)
Krystalizacja; w skalach osadowych widzimy niekiedy zjawisko takie, że w blokach pewna partia bloku jest zasobna w duże kryształy. Kryształy mogły opaść na dno jeśli były cięższe od magmy, lub pływać na powierzchni, jeśli były lżejsze.
Likwacja - różnicowanie się składu magm z puntu widzenia gęstości magmy. Magmy siarczkowe, które są cięższe koncentrują się w niższych częściach komory magmowej, a magmy krzemianowe, które są lżejsze, koncentrują się w wyższych częściach komory magmowej.
Konwekcja - ciepło, które dostarczane jest do pewnego obszaru w płaszczu Ziemi pochodzi z głębszych partii i jak palnik działa na komorę magmową tak, że następuje w niej tradycyjny ruch jak w garnku z gotująca się wodą - cząsteczki rozchodzą się w pióropusz.
Asymilacja - proces, który odbywa się na granicy komory magmowej i skały, w której ta komora się znajduje. Z otoczenia do komory magmowej wpadają fragmenty otoczenia i ulegają przetopieniu. To samo dzieje się, gdy magma rozpoczyna wędrówkę w wyższe partie litosfery - magma „pożera” skały otaczające przewód magmowy. Jeśli magma taka trafia na skały węglanowe, wzbogaca się w węglany, rozpuszcza wapń, magnez. To wszystko, co zieje się na kontakcie, między skała otoczenia a komorą/przewodem magmowym powoduje różnicowanie się składu magmy.
Typy i szeregi magmowe
Nie za bardzo jesteśmy w stanie wyjaśnić, dlaczego utworzył się szeregi magmowe. Trudność dała analiza dziesiątków - milionów tysięcy analiz chemicznych, okazało się, że magmy różnią się - te w rejonie pacyficznym są inne od atlantyckich i śródziemnomorskich. Wprowadzono zatem pojęcie - protolit. Mamy coś, co występuje w przyrodzie (skała), wiemy, że skała ta powstała w środowisku magmowym, ale z jakiej magmy powstała? Protolit to hipotetyczna skała lub magma, z której można wyprowadzić skałę, którą aktualnie obserwujemy, badamy. Czasami protolit bywa nazwany magmą macierzystą (w skałach magmowych).
Szereg pacyficzny (alkaliczno - wapienny, główny)
Obserwujemy tu inny przebieg dyferencjacji, rozwoju krystalizacji w skałach głębinowych i skałach wylewnych. W skałach głębinowych punktem wyjścia (protolitem) byłaby magma bazaltowa, która w kierunku kwaśnym kończy się granitem, natomiast w kierunku zasadowym kończy się dunitem.
W skałach wylewnych z magmy bazaltowej w kierunku kwaśnym obserwujemy przejście do riolotu. Nie jest znana ewolucja magmy bazaltowej skał wylewnych w kierunku skał zasadowych.
Szereg atlantycki (alkaliczno - sodowy)
Magmą wyjściową jest magma essaksytowa, która w kierunku zasadowym dochodzi do skały nazywanej - jakupiringit, a w kierunku kwaśnym dochodzi do skały zwanej granitem sodowym.
W skałach wylewnych magmą wyjściową jest bazanit. W kierunku zasadowym zmierza do melilitu, w kierunku kwaśnym do riolitu sodowego.
Szereg śródziemnomorski (alkaliczno - potasowy)
W skałach głębinowych skałą wyjściową jest kentalenit (magma kentalenitowa), która tylko w kierunku kwaśnym przechodzi do granitu lub monzonitu (często mówimy granit monzonitowy i jest to dobre określenie).
W skałach wylewnych magmą wyjściową jest magmą trachybazaltowa (trachybazalt), która w kierunku kwaśnym przechodzi do riolitu (często dodajemy potasowy), a w kierunku zasadowym do leucytytu.
Szereg norytowo - charnokitowy
Znany wyłącznie ze skał plutonicznych (głębinowych). Punktem wyjścia jest magma norytowa. W kierunku kwaśnym idzie do charnokitu, a w kierunku zasadowym idzie do halzburgitu. Szereg ten jest jak do tej pory szczątkowy. W pierwszych szeregach magmy związane były z określonymi basenami oceanicznymi. Szereg czwarty charakterystyczny jest dla tarcz kontynentalnych.
Systematyka skał magmowych
W systematyce skał magmowych uwzględniamy głównie dwa elementy - skład chemiczny i skład mineralny.
Skład chemiczny (Klark 1934) |
Skład mineralny |
SiO2 ~ 59% Al2O3 ~ 15% Fe2O3 ~ 3% FeO ~ 4% (łącznie Fe ~ 7%) MgO ~ 3,5% CaO ~ 5% Na2O ~ 4% k2O ~ 4% h2O ~ 1% tIo2 ~ 1% co2 ~ 0,1% ZrO2 ~ 0,04% P2o5 ~ 0,3% |
skalenie alkaliczne ~ 31% plagioklazy ~ 29% (łącznie skalenie ~ 60%) kwarc ~ 12,5% pirokseny ~ 12% amfibole ~ 2% biotyt ~ 4% muskowit ~ 1,5% (łącznie łyszczyków ~ 5,5%) oliwiny ~ 2,5% tlenki Fe (hematyt, magnetyt) ~ 4% nefelin ~ 0,3% apatyt ~ 0,5% tytanit ~ 0,3% chloryty, serpentyny (antygoryt) ~ 0,5% |
Krzemionka SiO2 głównie w skaleniach!