Skały to naturalnie występujące substancje, które mogą być zbudowane z minerałów, fragmentów innych skał oraz skamieniałości, takich jak skorupy zwierząt i szczątki roślin. Skały powstają w wyniku różnorodnych procesów geologicznych zarówno na powierzchni, jak i we wnętrzu Ziemi. Skały rozpoznaje się i klasyfikuje na podstawie wyglądu, składu lub sposobu powstawania.
Minerał: faza krystaliczna powstała w wyniku procesów geologicznych lub kosmologicznych. Minerały tworzyć mogą zarówno pierwiastki jak i związki chemiczne. Minerały mają określone właściwości fizyczne, chemiczne, określony sposób powstawania, występowania i przeobrażeń.
Minerały pierwotne - minerały powstające w procesie krystalizacji magmy, na drodze krystalizacji z roztworów pomagmowych lub przez wydzielanie się z wód słodkich i słonych
Minerały wtórne -powstające w wyniku przeobrażeń (w procesach wietrzenia, diagenezy lub metamorfizmu minerałów pierwotnych.
CYKL SKALNY
Dynamiczne procesy zachodzące w skorupie ziemskiej wielokrotnie przetwarzają materiał skalny. Na powierzchni Ziemi wietrzenie i erozja niszczą wcześniejsze formacje, tworząc osady, z których powstają nowe skały, np. piaskowce. Skały te mogą być pogrążone w głębi Ziemi. Ciepło i ciśnienie związane z wielkoskalowymi ruchami tektonicznymi prowadzą do powstawania spękań i naprężeń powodujących deformacje, a w końcu do przetopienia. Wydźwignięcie głębokich partii skorupy ziemskiej wynosi nowo powstałe skały na powierzchnię.
Skład chemiczny skorupy ziemskiej
Skały magmowe osadow emetamorficzne95% skorupy ziemskiej 75% powierzchni Ziemi
Skały magmowe - powstają w wyniku krystalizacji magmy. Krystalizacja magmy zachodzi w wyniku przemieszczania się magmy w wyższe i chłodniejsze strefy
Struktura skały - cechy dotyczące stopnia krystaliczności, wielkości i kształtu kryształów oraz wzajemnych stosunków pomiędzy kryształami
Rodzaje struktury: -pełnokrystaliczna -częściowo krystaliczna -szklista
Ze względu na wielkość kryształów wyróżniamy:
-strukturę jawnokrystaliczną (fenerokrystaliczna) - kryształy można dostrzec gołym okiem
-struktura skrytokrystaliczna (afanitowa)
Struktura ziarnista - kryształy jednakowej wielkości wzajemnie pozazębiane
Struktura porfirowa - kryształy większe otoczone mniejszymi (tło skalne)
Struktura witrofirowa - tło skalne w postaci szkła
Tekstura skały - cechy dotyczące przestrzennego rozmieszczenia składników oraz stopnia wypełnienia przestrzeni Rodzaje tekstury: -bezładna -kierunkowa
Ze względu na sposób wypełnienia przestrzeni skały wyróżnia się tekstury:
-zbitą -porowatą -pęcherzykowatą -gąbczastą
Ze względu na warunki tworzenia skały magmowe dzielimy na:
-Głębinowe - plutoniczne - dobrze wykształcone kryształy
-Wylewne - wulkaniczne - bardzo drobne kryształy i szkliwo
Gleby powstałe ze skał magmowych w Polsce występują w Sudetach i Tatrach. Na pozostałym terenie skały te pokryte są utworami osadowymi , których miąższość przekracza często kilka tysięcy metrów
Skały osadowe-powstały w wyniku wietrzenia fizycznego, chemicznego i biologicznego skał pierwotnych oraz ich przemieszczania i osadzania przez wodę, wiatr lodowce lub siły ciężkości
Czynniki wpływające na powstawanie skał osadowych:
• wahania temperatury na powierzchni skał
• znaczna rozpiętość opadów
• stosunek parowania do ilości opadów
• stężenie jonów wodorowych
• potencjał redoks
• udział organizmów żywych
Podział minerałów skał osadowych ze względu na miejsce powstania:
-allogeniczne - powstałe w innym środowisku niż zawierające je skała
-autogeniczne - utworzone w tym samym miejscu co skała
Etapy powstawania skał osadowych: 1. wietrzenie 2. transport wodny lub eoliczny 3. sedymentacja (środowisko wodne) 4. diageneza (cementacja, rekrystalizacja, rozpuszczanie itp.)
Osadowe skały okruchowe -piroklastyczne - skały przejściowe pomiędzy skałami magmowymi i osadowymi. Powstają w wyniku erupcji wulkanicznej. -klastyczne - grubo -średnio - i drobnookruchowe
Grubookruchowe - gruzy i żwiry >2 mm
Średniookruchowe - piaski, piaskowce, arkozy, szarogłazy 0,1 - 2 mm arkozy -szybka akumulacja osadów, oprócz kwarcu zawierają skalenie (>25%) szarogłazy - zawierają okruchy skał krystalicznych, od piaskowców różnią się dużą zawartością żelaza i magnezu
Drobnookruchowe - mułki, lessy, mułowce mułki - podobne do piasków, lecz zawierają więcej skaleni minerałów ilastych i wodorotlenków żelaza less - utwór eoliczny, ostrokrawędzisty, zawiera kwarc (60 - 70%) glinokrzemiany (20 -30%) węglany (8-12%) wodorotlenki żelaza i glinu
Osadowe skały ilaste
Materiały ilaste zwane są również krzemianami pakietowymi powstają w wyniku wietrzenia glinokrzemianów.
Podział skał ilastych:
-Skały ilaste rezydualne - powstałe „in situ”
-Skały ilaste pochodzenia lodowcowego - gliny zwałowe i iły zastoiskowe (glina zwałowa -utwór moreny dennej, ił zastoiskowy - tworzy się w zastoiskach przy brzegach ustępującego lodowca)
-Skały ilaste pochodzenia rzecznego - tworzą się w dolnym biegu rzek i na terenach zalewowych (kaolinit)
-Skały ilaste pochodzenia jeziornego (większa zawartość potasu i magnezu)
-Skały ilaste pochodzenia morskiego (glaukonit)
-Skały ilaste pochodzenia lagunowego (znaczna ilość potasu i magnezu, główny składnik illit)
Osadowe skały pochodzenia chemicznego i organicznego
Skały krzemionkowe - wytrącanie krzemionki z roztworu w wyniku procesów chemicznych (gejzeryty), biochemicznych (radiolaryty, ziemia okrzemkowa, diatomity) i diagenetycznych (opoka lekka)
Skały alitowe (glinowe) - powstają w warunkach klimatu tropikalnego i subtropikalnego (lateryty, terra rosa, boksyty) Powstają z wietrzenia glinokrzemianów, w klimacie gorącym i wilgotnym , na miejscu pozostają wodorotlenki glinu i żelaza, pozostałe składniki, w tym krzemionka są przemieszczane w głąb skały
Skały żelaziste - zawierają powyżej 15 % Fe powstają głównie w środowisku morskim, w środowisku lądowym w warunkach bagiennych tworzą się wodorotlenki żelaza wraz z substancjami ilastymi
Skały manganowe - tworzą się w środowisku morskim z przemian ciemnych skał magmowych, przy pH 8,5 - 8,8
Skały wapienne i dolomitowe - skały pochodzenia organicznego (kalcyt -wytworzone ze skorupek i szkieletów wapiennych) i chemicznego (dolomit)
Skały przejściowe pomiędzy ilastymi a węglanowymi to margle.
Skały przejściowe pomiędzy krzemionkowymi a węglanowymi to opoki.
Skały gipsowe i solne (ewaporaty) - powstają w zbiornikach wodnych po wytrąceniu się wapieni i dolomitów Ewaporaty mogą się charakteryzować składem monomineralnym (gips, sól kamienna) lub polimineralnym (sole potasowo - magnezowe)
Skały fosforanowe - zawierają od 12 do 24 % P2O5 Przedstawicielami tej grupy skał są: guano, fosforyty i wiwianit
Skały osadowe pochodzenia roślinnego - torfy, muły , gytie
Torf ze względu na powstanie i warunki dzielimy na:
wysoki - powstały na terenach wododziałowych przy udziale wody opadowej i częściowo wody gruntowej, słabo rozłożony, silnie kwaśny, duża pojemność wodna, szybko przesycha, wykorzystywany jako podłoże w ogrodnictwie. Rośliny biorące udział w powstaniu: mech, wełnianka, żurawina błotna, borówka bagienna, rosiczka owadożerna
niski - powstaje w dolinach rzecznych przez zarastanie zbiorników jeziornych, silnie rozłożony, odczyn obojętny lub alkaliczny, zasobny w składniki pokarmowe, złe właściwości powietrzne, mało przydatny jako podłoże, wykorzystywany jako nawóz. Rośliny biorące udział w powstaniu: sitowie, trzciny, pałka wodna, tatarak przejściowy - właściwości pośrednie zbliżone do wysokiego
Skały przeobrażone (metamorficzne) - skały poddane procesom metamorfizmu
Skały osadowe i magmowe przemieszczone do głębszych warstw skorupy ziemskiej podlegają działaniu wysokiego ciśnienia i temperatury. Skały osadowe ulegają większym przemianom od skał magmowych
Czynniki metamorfizmu: -temp -ciś (statyczne i kierunkowe) -składniki ciekłe -czas
Rodzaje metamorfizmu:
a) dyslokacyjny (dynamiczny) - jednostronne ciśnienie, lokalny charakter
b) regionalny - wzrost ciśnienia i temperatury wynikający z zagłębiania się dużych mas skalnych (łupki, marmury, gnejsy)
c) kontaktowy - działanie wysokiej temperatury wynikające z intruzji magmy (łupki plamiste, marmury kontaktowe)
d) allochemiczny-działanie temperatury, ciśnienia oraz doprowadzanych z głębin roztworów i gazów
Wietrzeniejest procesem prowadzącym do rozpadu i rozkładu skał i minerałów. Ogólnie można je określić jako rezultat działania niszczących sił przyrody, obejmujący zarówno fizyczny rozpad (rozdrobnienie) jak i chemiczny rozkład skał i minerałów. Na wpływy sił niszczących narażone są skały i minerały pozostające w stałym kontakcie z czynnikami atmosferycznymi, tzn. występujące na powierzchni ziemi lub w jej pobliżu. W pierwszej fazie wietrzenia podlegają one rozkruszeniu na mniejsze fragmenty, a nawet na poszczególne ziarna mineralne. Wskutek wietrzenia składniki mineralne skał przechodzą w nowe związki chemiczne, z których część może być rozpuszczona w wodzie i odprowadzona z miejsca wietrzenia, część pozostaje na miejscu jako zwietrzlina
Czynniki wietrzenia fizycznego:
-zmiany temperatury związane z nasłonecznieniem (insolacją) i działaniem mrozu (różnice współczynników rozszerzalności cieplnej minerałów tworzących skały , różnice temperatur
powierzchni i wnętrza prowadzące do łuszczenia, niszcząca siła zamarzającej wody (ciśnienie około 4 at)
-erozja i osadzanie - poprzez wodę, wiatr, lodowiec
-działanie roślin i zwierząt (korzenie roślin)
Czynniki wietrzenia biochemicznego:
-woda, -związki rozpuszczone w wodzie (tlen, ditlenek węgla, kwasy organiczne wytworzone przez mikroorganizmy i korzenie roślin)
Hydroliza Rozpuszczanie, rozkład i przebudowa minerałów z udziałem wody. Powstające w ich wyniku formy wodorotlenkowe są zwykle łatwiej rozpuszczalne od minerału macierzystego. 4K[AlSi3O8] + 6H2O Al4[(OH)8Si4O10] + 8SiO2 + 4KOH
skaleń potasowy + woda kaolinit + krzemionka + potas
Hydratacja (uwadnianie) Polega ona na wiązaniu powstałych w wyniku dysocjacji wody jonów H+ i OH-przez strukturę kryształu.
Hydratacja łyszczyków prowadzi do wnikania części jonów H+ i OH-do struktury kryształu. Skutkiem tego jest rozszerzenie sieci kryształu i zwiększenie jego porowatości, co z kolei przyspiesza inne procesy rozkładu. Reakcje hydratacji powodują przemianę minerału bezwodnego w uwodniony i słabo uwodnionego w silnie uwodniony.
2Fe2O3 + 3H2O 2Fe2O3 . 3H2O hematyt + woda limonit
Zjawisko może być odwrócone -dehydratacja
Utlenianie (oksydacja) w procesach wietrzenia rozumieć należy zarówno jako reakcje minerałów z tlenem jak i zmiany wartościowości występujących w ich sieci krystalicznej metali (tzn. zmiany związane z przyjmowaniem lub oddawaniem przez nie elektronów). Procesy utleniania przebiegają w strefie aeracji. Przykładem może być
utlenianie tlenku żelazawego, na skutek hydratacji oliwinu, do hematytu:
3MgFeSiO4 +2H2O H4Mg3Si2O9+SiO2 + 3FeO oliwin serpentyn 4FeO + O2 2Fe2O3 tlenek żelazawy hematyt
Odtlenianie (redukcja) Odtlenianie zachodzące w zwietrzelinie jest powodowane głównie występowanie substancji organicznej i bakterii -warunkami beztlenowymi. W trakcie