Sveučilište u Zagrebu Prirodoslovno‐matematički Prirodoslovno‐matematički fakultet Geološki odsjek
Skripta iz vježbi kolegija
Fizička geologija
B. Sc. geol., 1. god. Ak. god. 2010/11.
Skripta Minerali i stijene
Sadržaj: 1. M
I N E R A L I ............................................................................................................................................... 3
1.1. Svojstva kristaliziranih minerala................................................................................................................... 3 1.2. Učestalost mineralnih skupina u litosferi ...................................................................................................... 4 1.3. Skupine minerala ............................................................................................................................................ 4
1.3.1. SILIKATNI MINERALI ........................................................................................................................... 4 a) feldspati ili glinenci .................................................................................................................................. 4 b) tinjci ......................................................................................................................................................... 5 c) pirokseni i amfiboli .................................................................................................................................. 5 d) silikati sa slobodnim tetraedrima.............................................................................................................. 5 e) minerali glina ........................................................................................................................................... 5 1.3.2. OKSIDI I HIDROKSIDI............................................................................................................................ 6 1.3.3. KARBONATI ............................................................................................................................................ 6 1.3.4. KLORIDI ................................................................................................................................................... 6 1.3.5. SULFATI ................................................................................................................................................... 6 1.3.6. SULFIDI .................................................................................................................................................... 6 2.
S T I J E N E ..................................................................................................................................................... 7
2.1. M A G M A T S K E S T I J E N E........................................................................................................... 7
2.1.1. Gdje nastaju bazične magmatske stijene? .................................................................................................. 8 2.1.2. Gdje nastaju neutralne i kisele magmatske stijene? ................................................................................... 8 2.1.3. Strukture magmatskih stijena: .................................................................................................................... 8 2.1.4. Mineralni sastav magmatskih stijena ......................................................................................................... 9 2.1.5. Podjela magmatskih stijena prema mjestu postanka ........................................................................... 9 2.1.5.1. Pregled intruzivnih magmatskih stijena ............................................................................................ 10 2.1.5.2. Pregled efuzivnih magmatskih stijena............................................................................................... 10 2.1.5.3. Žične magmatske stijene ................................................................................................................... 10 2.1.5.4. Ultrabazične magmatske stijene ........................................................................................................ 10 2.2. S E D I M E N T N E S T I J E N E ...................................................................................................... 10
2.2.1. Osobitosti sedimentnih stijena ................................................................................................................. 10 2.2.2. Strukture i teksture sedimentnih stijena ................................................................................................... 11 2.2.3. Klasifikacija sedimentnih stijena s obzirom na na čin postanka ........................................................ 11 2.2.3.1. KLASTIČ NE SEDIMENTNE STIJENE ILI KLASTITI................................................................. 11 2.2.3.2. BIOGENI (ORGANOGENI) SEDIMENTI...................................................................................... 13 2.2.3.3.KEMOGENI SEDIMENTI ................................................................................................................ 13 2.2.3.4. KARBONATNE SEDIMENTNE STIJENE ........................................................................................ 14 2.2.3.5. OSTALE SEDIMENTNE STIJENE................................................................................................. 15 2.3. M E T A M O R F N E
S T I J E N E .................................................................................................... 16
2.3.1. Tipovi metamorfizma ............................................................................................................................... 16 2.3.2. Škriljava tekstura...................................................................................................................................... 17 2.3.3.Podjela metamorfnih stijena .................................................................................................................. 17 2.3.3.1. Škriljave metamorfne stijene............................................................................................................. 17 2.3.3.2. Metamorfne stijene bez škriljave teksture......................................................................................... 18
2
Skripta Minerali i stijene
M I N E R A L I i S T I J E N E Minerali su osnovni sastojci stijena od kojih je izgrađena litosfera, a nju čine Zemljina kora i gornji plašt (Sl. 1). Debljina kontinentalne kore kreće se od 10‐90 km, a oceanske od oko 5‐10 km. Litosfera „počiva“ na astenosferi i čini oko 0,4% našeg planeta.
1. M I N E R A L I •
prirodne anorganske krutine, homogene građe, određenog kemijskog sastava (kemijske formule) i fizičkih svojstava
•
sastoje se od atoma, iona, ionskih skupina i molekula, međusobno vezanih na različite načine
•
sastavni elementi minerala mogu biti organizirano raspoređeni u prostoru (kristali) ili neuređeni
(amorfni minerali) o čemu ovise njihova svojstva •
najčešći kemijski elementi koji grade minerale su ujedno i najčešći elementi litosfere (Sl. 2):
O (46,6%), Si (27,7%), Al (8,1%), Fe (5,0%), Ca (3,6%), Na (2,8%), K (2,6%) i Mg (2,1%) •
ostali elementi dolaze u desetinkama % (Ti, H, C), stotinkama % (Cr, V, Cu, Mn, P, S), tisućinkama % (Pb, Zn, Ni, Co, Sb), itd.
•
znanstvena disciplina koja se bavi mineralima naziva se mineralogija, a kristalima se bavi
kristalografija
1.1. Svojst va k rist aliziranih minerala •
ovise o vrsti kristalne rešetke i rasporedu elemenata u njoj
•
minerali kristaliziraju u 6 kristalnih sustava (kubični, tetragonski, heksagonski, rompski, monoklinski i triklinski) o kojem ovisi njihov vanjski oblik (Sl. 3)
•
svojstva: vanjski oblik, kalavost (sposobnost loma paralelno određenim ravninama duž kojih su veze najslabije, npr. tinjci, kalcit; Sl. 3), tvrdoća, boja, sjaj, gustoća, brzina prolaza svjetla, topljivost, vodljivost topline i struje, itd.
•
za određivanje relativne tvrdoće minerala upotrebljava se Mohsova ljestvica tvrdoće (Tab. 1), a apsolutne tvrdoće npr. ljestvica prema Rosiwalu 1:
mjeri se kao otpornost prema abraziji, tj. zarezivanju u usporedbi s korundom za kojeg se uzima da mu tvrdoća prema Rosiwalu iznosi 1000 1
3
Skripta Minerali i stijene
mineral
relativna tvrdoća prema Mohsu
karakteristike
apsolutna tvrdoća prema Rosiwalu
talk (milovka)
1
para se noktom
0,03
gips
2
1,25
kalcit
3
fluorit
4
paraju se željeznom iglom, komadićem prozorskog stakla i čeli čnom nožem
apatit
5
6,5
ortoklas
6
37
kvarc (kremen)
7
topaz
8
korund
9
dijamant
10
paraju staklo; ne mogu s e parati niti čeli čnim nožem
4,5 5
120 175 1 000 140 000
Tablica 1
1.2. Učest alost mineralnih sk upina u lit osf eri •
SILIKATI: 75% (feldspati 57,9%)
•
oksidi i hidroksidi: 17% (kvarc 12,6%)
•
karbonati: 1,7% (uglavnom kalcit i dolomit)
•
ostali: manje od 6% (fosfati, kloridi, sulfidi, sulfati, samorodni elementi)
1.3. Sk upine minerala 1.3.1. SILIKATNI MINERALI •
najvažnija skupina petrogenih minerala, čine >75% litosfere
•
osnovnu strukturu građe čine SiO4 tetraedri: jezgre velikih iona kisika nalaze se u vrhovima tetraedara, a mali ion silicija u njegovom središtu (Sl. 4)
•
u kristalnim rešetkama silikatnih minerala SiO 4 tetraedri međusobno se vežu na različite načine (pojedinačni, vezani u lance, plohe, prstenove ili na sva četri vrha), a u prostorima unutar takvih struktura nalaze se druge jedinice, npr. kationi, skupine OH ‐, molekule vode, itd.
> ovisno o nač inu vezivanja SiO4 tetraedara u kristalnoj rešetki unutar silikatnih minerala razlikuju se:
a) feldspati ili glinenci •
SiO4 tetraedri su međusobno vezani preko sva četiri vrha, čineći trodimenzionalnu građu (Sl. 5a)
•
bijeli su ili svjetlo obojeni (Sl. 5b)
•
kalcijsko alkalijski feldspati (plagioklasi): izomorfni niz od albita (NaAlSi 3O8) do anortita (CaAl2Si3O8)
4
Skripta Minerali i stijene •
alkalijski feldspati: mikroklin, ortoklas i sanidin; sva tri navedena minerala imaju istu kemijsku formulu KAlSi3O8, a razlikuju se po temperaturi na kojoj kristaliziraju
b) tinjci •
SiO4 tetraedri su vezani preko tri vrha u slojeve, a između slojeva su kationi (K, Al, Mg, Fe) i skupine OH‐ (Sl. 6)
•
posljedica ovakve "slojevite građe" je izražena kalavost u tanke listiće (Sl. 7)
•
lako se prepoznaju po listićavosti i svjetlucanju
•
muskovit (svijetle boje), biotit (tamne boje) (Sl. 7)
c) pirokseni i amfiboli •
SiO4 tetraedri su međusobno vezani preko dva vrha, čineći jednostruke ( Sl. 8: pirokseni: npr. augit) ili dvostruke lance ( Sl. 9: amfiboli: npr. hornblenda)
•
kristali su obično izduženi , prizmatični do štapićasti, a kalavost je paralelna tom izduženju (Sl. 3c, 8 i 9)
•
najčešće su tamnih boja ili crni (Sl. 8 i 9)
•
česti u magmatskim i metamorfnim stijenama
d) silikati sa slobodnim tetraedrima: olivini i granati olivini (Sl. 10) •
izomorfna smjesa minerala forsterita (Mg 2SiO4) i fajalita (Fe2SiO4) (kranji članovi)
•
tetraedri SiO4 nisu međusobno povezani nego su slobodni i vezani preko Mg ili Fe
•
obično su maslinasto zelene boje, a dolaze u bazičnim i ultrabazičnim magmatskim stijenama, npr. u peridotitu
granati (Sl. 11) •
SiO4 tetraedri raspoređeni kao u olivinima
•
često se koriste kao drago kamenje
•
boja ovisi o kemijskom sastavu, npr. grosular je bijele boje, uvarovit je smaragdnozelen, a pirop crven (Sl. 11)
•
javljaju se uglavnom u metamorfnim stijenama
e) minerali glina •
kristalna rešetka im je slojevita i neki mogu među slojeve upijati molekule vode i nabubriti (absorbiraju vodu)
•
npr. montmorilonit, kaolinit (Sl. 12)
5
Skripta Minerali i stijene
1.3.2. OKSIDI I HIDROKSIDI kvarc ili kremen (SiO2) (Sl. 13) •
žilav, tvrd, otporan na otapanje i općenito na atmosferilije
•
najčešće bezbojan do bijel, kemijski čisti kvarc je proziran (“gorski kristal”), a različitu boju mu daju primjese (npr. ljubičasti kvarc se naziva ametist)
•
lomi se nepravilno, nema kalavost
•
čest je mineral kiselih magmatskih stijena, a prisutan je i u sedimentnim i metamorfnim stijenama
•
kriptokristalasti agregati su npr. kalcedon i ahat
ostali česti oksidi i hidroksidi: Fe oksidi: hematit (Fe2O3), magnetit (Fe3O4) Fe hidroksidi: limonit (Fe2O3xH2O) Al hidroksidi: sastojci boksita, crvenice
1.3.3. KARBONATI •
tipični minerali sedimentnih stijena:
kalcit (CaCO3) (Sl. 3e i 14) •
izgrađuje sedimentne stijene vapnenac, sedru, sige i metamorfnu stijenu mramor
•
od kvarca se razlikuje po dobroj kalavosti i manjoj tvrdoći
•
boja mu je najčešće mliječno bijela, a od primjesa može biti žut, siv ili smeđ; potpuno čist je bezbojan i proziran
dolomit (CaMg(CO3)2) •
izgrađuje sedimentnu stijenu dolomit
•
razlikovanje dolomita i vapnenca moguće je s 10% HCl koja na površini vapnenca reagira šumno, a na dolomitu ne reagira
1.3.4. KLORIDI
1.3.6. SULFIDI
halit (NaCl) ili kuhinjska sol (Sl. 3d i 15)
•
česti rudni minerali:
pirit (FeS2)
1.3.5. SULFATI
sfalerit (ZnS)
gips ili sadra (CaSO4 x 2H2O),
galenit (PbS)
para se noktom (Sl. 16)
cinabarit (HgS)
anhidrit (CaSO4)
6
Skripta Minerali i stijene
2. S T I J E N E Stijene su sastavni dijelovi litosfere, određenog načina geološkog pojavljivanja, teksture, strukture i mineralnog sastava. One su agregati sastavljeni od jednog minerala (kada čine monomineralne stijene, npr. mramor, vapnenac) ili više njih ( polimineralne stijene, npr. granit, pješčenjak). Osnovne karakteristike stijena su njihova struktura i tekstura.
Struktura je definirana stupnjem kristaliniteta, oblikom i međusobnim odnosom minerala u stijeni, no prvenstveno se odnosi na veličinu čestica, a ovisi o načinu postanka stijene (opisujemo je kao krupnozrnatu, srednjozrnatu i sitnozrnatu kod sedimentnih stijena ili npr. kao porfirnu kod magmatskih, itd.).
Tekstura se odnosi na način slaganja čestica u stijeni, bilo da je on nastao prilikom nastanka stijene ili nakon toga (prepoznajemo je kod sedimentnih stijena: npr. laminacija, erozijske teksture, teksture tečenja, itd.; škriljavost kod metamorfnih stijena, itd.).
Stijene definiramo po vrsti sastojaka, po rasporedu i veli či ni sastojaka ili po postanku.
Podjela stijena prema načinu postanka 1)
MAGMATSKE STIJENE nastaju kristalizacijom magme ispod površine ili očvršćivanjem lave na površini Zemlje (Sl. 17)
2)
SEDIMENTNE ILI TALOŽNE STIJENE nastaju u vodi ili na kopnu taloženjem materijala koji potječe od mehaničkog ili kemijskog razaranja površinskih dijelova litosfere aktivnošću egzodinamskih faktora, te organogeno (djelovanjem živih organizama) (Sl. 17)
3)
METAMORFNE STIJENE nastaju iz bilo koje vrste stijena (magmatskih, sedimentnih ili već postojećih metamorfnih) pretvorbom (metamorfozom; Sl. 17) pod utjecajem promjenjivih fizičkih (tlak, temperatura) i kemijskih uvjeta
_________________________________________________________________________
2 .1 . M A A G M A A T S S K E S T I J J E N E •
primarne, jer se smatra da su prve stijene na Zemlji po postanku bile magmatske
•
čine
95% litosfere (kemijski sastav litosfere se gotovo podudara s kemijskim sastavom magmatskih
stijena) •
nastaju hlađenjem magme u Zemljinoj kori ili na površini, pa ih prema mjestu nastanka dijelimo na
intruzivne ili plutonske i efuzivne ili vulkanske magmatske stijene •
većina magmatskih stijena su intruzivne stijene
•
magma ‐ prirodna silikatna taljevina obogaćena otopljenim plinovima i vodenom parom, a nalazi se unutar litosfere pod visokim tlakom i temperaturom (900 do 1300 °C)
•
način ponašanja lave, time i djelovanje vulkana uglavnom je određen njezinom viskoznošću
•
viskoznost, tj. kiselost magme određuje težinski postotak SiO2 7
Skripta Minerali i stijene •
bazične magme (gabro‐bazaltnog sastava) su vrlo fluidne i mogu teći brzinom i do 50 km/h
•
kisele magme (granitno‐riolitnog sastava) vrlo su viskozne i kreću se sporo (nekoliko mm ili cm/h)
•
magmatske stijene osim prema mjestu postanka (intruzivne i efuzivne) dijelimo i prema sadržaju SiO2 na:
kisele magmatske stijene
> 63 tež. % SiO2
neutralne
52‐63 tež. % SiO2
bazične
45‐52 tež. % SiO2
ultrabazične
< 45 tež. % SiO 2
2.1.1. Gdje nastaju bazične magmatske stijene? Na području srednjooceanskih hrptova, tj. ispod njih dolazi do konvekcijskog dizanja astenosfere pri čemu dolazi do taljenja materijala plašta > srednjooceanski hrptovi su mjesta nastanka bazičnih (gabroidnih)
magmi, tj. tu nastaje nova oceanska kora koju čine bazične magmatske stijene (Sl. 18).
2.1.2. Gdje nastaju neutralne i kisele magmatske stijene? U područjima subdukcije taljenjem subducirane oceanske kore nastaje bazična magma koja se diže prema površini i na svojem putu tali kontinetalnu koru te se na taj način obogaćuje silikatnim mineralima što za posljedicu ima nastanak kisele i neutralne magme, tj. nastanak kiselih (granit, riolit) i neutralnih
(andezit, diorit) magmatskih stijena (Sl. 19).
2.1.3. Strukture magmatskih stijena2: •
pod strukturom opisujemo veli č inu zrna koju vidimo golim okom
INTRUZIVI mogu imati krupnozrnatu ili faneritsku strukturu (Sl. 20) koja nastaje dugotrajnim, sporim hlađenjem magme u litosferi, koje može trajati milijunima godina što je dovoljno za kristalizaciju čitave magme pri čemu nastaju mineralna zrna podjednake veličine koja su vidljiva golim okom
U engleskoj i američkoj literaturi veličina zrna definirana je kao tekstura, a načini slaganja čestica opisuju se kao strukture. Dakle, termini strukture i teksture koriste se u obrnutom značenju u odnosu na hrvatsku i npr. njemačku literaturu. 2
8
Skripta Minerali i stijene
EFUZIVI mogu imati sitnozrnatu (afantičku), staklastu i porfirnu strukturu: •
sitnozrnata struktura nastaje ukoliko lava u potpunosti iskristalizira (kristale ipak ne vidimo golim okom)
•
staklasta struktura će nastati izuzetno naglim hlađenjem lave pri čemu je bilo nedovoljno vremena za organizaciju atoma u minerale; to je amorfno stanje bez kristalne strukture (npr. kod opsidijana ili vulkanskog stakla)
•
porfirna struktura (Sl. 21) nastaje kada dio taljevine iskristalizira prije izbijanja na površinu sporim hlađenjem (tada nastaju krupni fenokristali), a ostatak nakon izbijanja brzo iskristalizira i izgrađuje sitnozrnatu (zrna ne vidimo golim okom) ili staklastu strukturu (ostaje amorfan zbog naglog hlađenja)
2.1.4. Mineralni sastav magmatskih stijena •
boja magmatske stijene potječe od mineralnog sastava
•
svijetloobojene stijene sadrže: kvarc, feldspate, muskovit
•
tamnoobojene stijene: biotit, amfibole, piroksene, olivine
2.1.5. Podjela magmatskih stijena prema mjestu postanka A efuzivne ili izljevne stijene ‐ nastaju hlađenjem lave na Zemljinoj površini koje uglavnom odvija brzo B
intruzivne ili dubinske stijene – nastaju hlađenjem magmatskih tijela koja su utisnuta duboko u
litosferi i takvo se hlađenje odvija vrlo sporo (više milijuna god.)
C žične stijene •
nastaju sporim hlađenjem magme u pukotinama (dajkovima i venama) drugih, starijih stijena
•
većina tih stijena kristalizira u kasnijoj fazi kada je magma već osiromašena glavnim mineralima
•
mineralni sastav: kvarc, feldspati, muskovit, biotit, smaragd i akvamarin, turmalin
•
to su uglavnom kisele stijene
•
krupnozrnata žična stijena – pegmatit; sitnozrnata žična stijena ‐ aplit
D piroklastične stijene •
nastaju eksplozivnim tipom vulkanizma kojeg uzrokuju magme s velikim sadržajem plinova i para, koji u vulkanu stvaraju veliki pritisak što rezultira eksplozijom i izbacivanjem velike količine različitog materijala, tzv. piroklastičnog materijala (komadi efuziva, krhotina minerala i sl.) pri čemu se taj materijal naglo hladi
•
prema veličini vulkanskih čestica razlikujemo:
vulkanski pepeo lapile
2‐64mm
vulkanske bombe
> 64mm
•
litificirani vulkanski pepeo zovemo tuf , a vezane lapile i bombe aglomerat
•
nevezane piroklastite dimenzija pepela i lapila zovemo tefra
9
< 2mm
Skripta Minerali i stijene
2.1.5.1. Pregled intruzivnih magmatskih stijena GRANIT stijena kontinentalne kore; sadrži: kvarc, biotit i feldspate (Sl. 22a) DIORIT ‐ stijena kontinentalne kore; karakteristična struktura "sol‐papar" – ne sadrži kvarc (Sl. 23a) GABRO ‐ stijena oceanske i kontinentalne kore; sadrži plagioklase, piroksene i olivine (Sl. 24a)
2.1.5.2. Pregled efuzivnih magmatskih stijena RIOLIT
silikatna stijena svijetle boje (nastaje hlađenjem lave s najvišim udjelom silicija); rijeđe se
pojavljuje nego andezit i bazalt; istog sastava kao granit; često sadrži staklo (Sl. 22b)
ANDEZIT ‐ tamna stijena, slična bazaltu, no sadrži više fenokristala plagioklasa (Sl. 23b) BAZALT – tamna stijena uglavnom bez vidljivih kristala (rijetko okom vidljivi olivini) ‐ stijena oceanske kore (Sl. 24b)
2.1.5.3. Žične magmatske stijene: pegmatit (Sl. 25), aplit, dijabaz (Sl. 26) 2.1.5.4. Ultrabazične magmatske stijene
Tamne dubinske stijene, grade gornji plašt.
KIMBERLIT ‐ glavni izvor dijamanata (Sl. 27) PERIDOTIT ‐ karakteristične zelene boje, koja potječe od olivina, ostalo su pirokseni; gradi gornji plašt (Sl. 28)
DUNIT ‐ u potpunosti građen od olivina; svijetlozelene boje (Sl. 29) _________________________________________________________________________
2 .2 . S E D I M E N T N E S T I J J E N E •
izgrađuju čak 75% površinskog kopnenog dijela Zemlje (Sl. 30A), premda volumno u sastavu litosfere sudjeluju s tek 5% (Sl. 30B)
•
sedimentnu stijenu možemo definirati kao akumulaciju čvrstog materijala nastalu na Zemljinoj površini ili blizu površine taloženjem ili sedimentacijom materijala, koji je uglavnom nastao razgradnjom drugih stijena (Sl. 17), a samo taloženje može se odvijati u vodenim sredinama (jezera, mora) ili na kopnu
2.2.1. Osobitosti sedimentnih stijena •
često su uslojene, odnosno najčešći oblik pojavljivanja sedimenata je sloj, koji je odraz istih uvjeta taloženja kroz neko vrijeme u nekom prostoru – obično označava jednu fazu sedimentacije (Sl. 31)
•
pomoću raznih osobina sedimenata mogu se protumačiti uvjeti koji su vladali u vrijeme njihova postanka, tj. okoliš taloženja, paleogeografija u nekom geološkom razdoblju (npr. ooidni vapnenac ukazuje na nekadašnje plitko i uzburkano more bez donosa čestica s kopna; buseni koralja ukazuju na uvjete plitkog i toplog mora, te strujanje vode bogate planktonom na samom mjestu rasta busena)
•
nalazi fosila u sedimentnim stijenama važni su za određivanje relativne starosti sedimenata (pojedini oblici organizama živjeli su samo u određenom geološkom razdoblju ‐ provodni fosili)
10
Skripta Minerali i stijene
2.2.2. Strukture i teksture sedimentnih stijena •
strukture i teksture sedimenata najčešće su posljedica transporta i taloženja; materijal nastao razgradnjom drugih stijena rijetko ostaje na mjestu trošenja, on se uglavnom transportira i taloži vodenim tokovima, vjetrom, ledenjacima ili valovima, pritom materijal može biti sortiran i zaobljavan
•
struktura se odnosi uglavnom na veličinu zrna (razlikujemo sitnozrnatu, srednjozrnatu i krupnozrnatu strukturu)
•
tekstura se odnosi na način slaganja čestica u stijeni; npr. laminacija, erozijske teksture, teksture tečenja, gradacija, imbrikacija
•
slojevitost je najvažnija tekstura sedimentnih stijena (Sl. 31)
2.2.3. Klasifikacija sedimentnih stijena s obzirom na način postanka •
sedimentacija može biti mehanička, pomognuta djelatnošću organizama i kemijska , stoga sedimentne stijene prema postanku dijelimo na 3:
klastične sedimentne stijene ili klastite biogene (organogene) i kemogene sedimente
2.2.3.1. KLASTIČNE SEDIMENTNE STIJENE ILI KLASTITI •
raznolika skupina stijena nastala mehaničkom sedimentacijom zrna (klasta) nastalih razaranjem ranije postojećih stijena uslijed: temperaturne razlike dana i noći
smrzavanja vode
djelovanja morske vode
razorne snage tekućica
djelovanja vjetra
djelovanja ledenjaka
djelovanja čovjeka
djelovanja živog svijeta koji potpomaže razaranje stijena
•
način, brzina i intenzitet trošenja ovise o klimi, morfologiji terena, vrsti trošene stijene, itd.
•
produkti trošenja vrlo rijetko ostaju na mjestu postanka, već se najčešće transportiraju na neko drugo mjesto
•
glavni pokretač trošenjem nastalog materijala je sila teža (gravitacija)
•
prijenos (transport) može se obavljati u vodenim sredinama (strujama), na kopnu ledenjacima i vjetrom nakon čega slijedi taloženje (ovisno o hidrodinamičkim uvjetima taložnog prostora) i katkad
cementacija: izlučivanje cementa u porama ili između mineralnih zrna, kojim se stijena litificira (Sl. 32) •
kao posljedicu mehaničke sedimentacije u građi klastičnih stijena razlikujemo klaste i vezivo u kojem se oni nalaze (Sl. 32; vezivo može biti ranije spomenti cement ili matriks > sitniji klastični materijal usipan između klasta)
3
Ovu klasifikaciju nije moguće primijeniti na sve sedimentne stijene jer kod postanka može djelovati više čimbenika: tada stijene određujemo prema sastavu, npr. karbonatne stijene (klastične, organogene i kemogene) i sedimenti mješovitog postanka.
11
Skripta Minerali i stijene
Klasifikacija klastičnih sedimentnih stijena prema veličini čestica:
Tablica grčke, latinske i engleske terminologije klastita.
Krupnozrnati klastiti RUDITI KONGLOMERAT
čvrsto vezana stijena koja se uglavnom sastoji od dobro zaobljenih valutica (stijena,
rožnjaka, kvarca..) dimenzija šljunka sa/bez pješčane i muljevite komponente (>vezivo) (Sl. 33)
BREČ A ‐ manje ili više čvrsto vezana stijena koja se sastoji od uglatog do poluzaobljenog stijenskog kršja i veziva (Sl. 34)
Srednjozrnati klastiti ARENITI PJEŠČENJAK ‐ sastoji se od raznih čestica dimenzija pijeska (Sl. 35; to mogu biti kvarc, feldspati, litoklasti, bioklasti) u vezivu; pijesci i pješčenjaci naziv dobivaju po glavnom sastojku: npr. kvarcni pješčenjak (sadrži >95% zrna kvarca), arkoza ("čisti" pješčenjak što znači da ima <15% veziva), grauvaka ("nečisti" pješčenjak > udio matriksa je >15%), itd.
Sitnozrnati klastiti LUTITI PRAPOR ili LES ‐ slabo litificirana, homogena stijena; ne pokazuje slojevitost; u mineralnom sastavu prevladavaju kvarc i feldspati; gradi lesne zaravni (nastale taloženjem eolskog materijala; Sl. 36)
12
Skripta Minerali i stijene
MULJNJAK ‐ čvrsto litificirana stijena koja je smjesa podjednakog udjela čestica glina i praha; ima homogenu teksturu (Sl. 37)
ŠEJL ‐ najzastupljenija sedimentna stijena u Zemljinoj kori (Sl. 38); ima tankolaminiranu ili lisnatu teksturu; sastav joj čine kvarc, minerali glina i drugi autigeni minerali; važnost ‐ naftni šejlovi
2.2.3.2. BIOGENI (ORGANOGENI) SEDIMENTI •
nastaju posredovanjem organizama koji iz otopine vežu mineralne sastojke, potrebne npr. za izmjenu tvari ili ugrađivanje u skelete, te svojim taloženjem i litifikacijom tvore stijenu
nafta i asfalt (Sl. 39) – nastaju dugotrajnim raspadanjem i gomilanjem sitnih organskih ostataka u reduktivnim uvjetima
treset i ugljen – nastaju karbonizacijom biljnih ostataka •
česta organogena stijena je vapnenac, ali ga uvrštavamo u posebnu skupinu karbonatnih stijena
2.2.3.3.KEMOGENI SEDIMENTI •
najčešće nastaju kemijskim izlučivanjem ili precipitacijom iz otopina visoke koncentracije u određenim fizičko‐kemijskim uvjetima
•
precipitacija se najčešće odvija u vodenim sredinama koje su djelomično ili potpuno odijeljene od mora (lagune, jezera, morski zaljevi), gdje bez dotoka slatke vode i uslijed isparavanja dolazi do povećanja koncentracije soli i nastanka evaporita
•
u kemogene sedimente ubrajamo soli ili evaporite: anhidrit (CaSO4), gips (CaSO4 x 2H2O), halit (NaCl), silvin (KCl) i druge magnezijske, kalijske i kalcijske soli
•
kemogeni sediment može biti i vapnenac, kao i dolomit
GIPS ‐ građen od minerala gipsa CaSO 4 x 2H2O ‐ kristali mogu biti izduženi, pločasti, vlaknasti; bezbojan je, svjetlo obojen, žut zelenkast > istih boja je i gips kao stijena, može biti masivan, laminiran (Sl. 40)
HALIT ‐ nastaje precipitacijom NaCl iz visokokoncentrirane vodene otopine; kristali imaju kubični habitus (Sl. 41), svijetlo su obojeni ili bezbojni, mogu biti razno obojeni od nečistoća
13
Skripta Minerali i stijene
2.2.3.4. KARBONATNE SEDIMENTNE STIJENE •
najčešće karbonatne stijene su vapnenci i dolomiti; uglavnom nastaju u moru, ali mogu i u slatkim vodama; izgrađuju velika područja Hrvatske
VAPNENAC – stijena građena od minerala kalcita CaCO3
A) mnogi organizmi koriste kalcit i aragonit za izgradnju svojih skeleta (oba minerala su po
kemijskom sastavu CaCO3 ) ‐ akumulacijom takvih organizama, npr. puževa, školjkaša, spužvi, koralja , algi, foraminifera nastat će BIOGENI VAPNENAC; npr. foraminiferski vapnenac (alveolinski vapnenac, numulitni vapnenac – Sl. 42), algalni vapnenac (klipeinski, litotamnijski), koraljni vapnenac, itd.
B) KLASTIČNI VAPNENCI nastaju mehaničkim taloženjem vapnenačkog detritusa, koji može biti
različitih dimenzija pa se kod nazivanja stijene koriste nazivi lutit, arenit i rudit koji nam ukazuju na dimenziju čestica, tj. vapnence tada klasificiramo s obzirom na veličinu čestica, kao i klastite > ako vapnenac sadrži klaste dimenzija silta zovemo ga kalk lutit , ako su klasti dimenzija pijeska naziv je
kalk arenit , na isti način imamo kalk rudit (prefiks kalk govori o vapnenačkom sastavu) > ako su klasti dijelovi skeleta organizama, tj. ako se radi o bioklastima stijenu ćemo zvati bioklastičnim vapnencem, koji ćemo opet ovisno o dimenziji tih bioklasta nazvati biokalklutit , biokalkarenit,
biokalkrudit > vapnenac sastavljen od loše sortiranih, slabo cementiranih bioklasta i/ili ljuštura školjkaša i puževa naziva se kokina, npr. litiotis vapnenci (jura), rudistni vapnenci (kreda)
C) VAPNENAC KAO KEMOGENA STIJENA nastaje anorganskim putem precipitacijom CaCO3 u
toplim i plitkim morima iz vode prezasićene kalcij hidrogenkarbonatom:
Ca(HCO3)2
CaCO3 + CO2 + H2O
precipitaciju pospješuje odstranjivanje H 2O (evapotranspiracijom) i CO 2 (odstranjuje se zagrijavanjem vode > CO 2 je slabije topiv u toplijoj vodi; prskanjem vode valovima i vodopadima > izbijanje CO 2; smanjenjem atmosferskog tlaka > manja topivost plinova u vodi; odstranjivanjem djelatnošću biljaka > fotosinteza)
> otapanje vapnenca u vodi odvija se uz pomoć karbonatne kiseline (ona nastaje otapanjem CO 2 u vodi i djelatnošću biljaka):
CaCO3 + H2CO3
Ca2+ + 2HCO3
otapanje CaCO3 je česta pojava u kršu i na taj način nastaju krški oblici > u vapnence kemogenog porijekla ubraja se npr. ooidni vapnenac (slika dolje) koji se sastoji od sitnih kuglastih čestica (ooida) koje su izgrađene od jezgre (npr.ulomci skeleta organizama) i koncentričnih ovojnica CaCO3 koje se precipitiraju u toplom i plitkom moru, uz valjanje i kotrljanje 14
Skripta Minerali i stijene
SEDRA I TRAVERTIN •
po mineralnom sastavu kalcit, kemijski proces izlučivanja kalcita je isti, ali u izlučivanju sudjeluju mahovine i alge ili bakterije koje uzimaju CO 2 iz vode prilikom taloženja CaCO 3
•
npr. sedrene barijere na krškim rijekama (Sl. 43)
DOLOMIT – građen od minerala dolomita CaMg(CO3)2 •
najčešće nastaje procesom dolomitizacije, tj. potiskivanjem kalcija magnezijem u vapnenačkim mineralima (kalcitu i aragonitu)
•
dolomitizacija se može odvijati u netom istaloženom vapnenačkom sedimentu u plitkoj vodi (ranodijagenetska dolomitizacija) ili se može odvijati u očvrsnutim vapnencima na većim dubinama zalijeganja (kasnodijagenetska dolomitizacija)
•
rijetko nastaje izravnom precipitacijom iz morske vode
•
od vapnenca se razlikuje po tome što u kontaktu s 10% HCl ne šumi
2.2.3.5. OSTALE SEDIMENTNE STIJENE o
LAPOR •
s obzirom na postanak lapor je kemogeno‐klastični sediment (kalcit je kemogenog i klastičnog, a glina klastičnog podrijetla)
•
hibridna stijena koja se sastoji djelomično od gline, a djelomično od kalcita (vapnenca), u približno podjednakom omjeru; sadrži i čestice dimenzija silta
•
o
upotrebljava se u cementnoj industriji
ROŽNJAK •
sitnozrnati silicijski sediment različita postanka; kemijski sastav je SiO 2; gusta stijena,
oštrobridnog školjkastog loma, crvenkastosmeđe, zelenkaste i crvene boje (Sl. 44); to je dubokomorski sediment •
tekstura: slojevita, nodularna, grudasta ‐ ovisi o načinu postanka
•
rožnjak može nastati biogeno: nakupljanjem silicijskih (kremičnih) skeleta, najčešće radiolarija (morski plutajući jednostanični organizmi) i kemogeno: izravnim izlučivanjem iz morske vode (rijetko) ili procesom silicifikacije (potiskivanjem drugih stijena opalom, kalcedonom ili kriptokristalastim kvarcom)
15
Skripta Minerali i stijene
2 .3 . M E T A A M O R F N E S T I J J E N E •
nastaju metamorfozom, tj. preobrazbom strukture, a najčešće i mineralnog sastava već postojećih sedimentnih, magmatskih ili starijih metamorfnih stijena
•
najznačajniji uvjeti metamorfoze su porast temperature i tlaka te djelovanje vrućih otopina – kad neka stijena dospije na veću dubinu gdje vlada povišen tlak i temperatura, ona više nije u ravnoteži s okolišem u kojem se nalazi, i zato započinju metamorfni procesi, kako bi u novim uvjetima stijena ponovo postigla ravnotežno stanje, tj. nastaju mineralne vrste koje su pod povišenom temperaturom i tlakom stabilne; važan faktor metamorfoze je i vrijeme (promjena fizičko‐kemijskih uvjeta mora djelovati dovoljno dugo da dođe do kemijskih reakcija u stijeni)
•
ovi faktori mogu djelovati pojedinačno ili zajedno s različitim intenzitetima
•
takvi uvjeti su najčešće ostvareni dublje u litosferi, gdje velike mase stijena mogu biti spuštene tektonskim zbivanjima (tektonika ploča)
•
metamorfoza se može odvijati i blizu površine ili na površini, kada magma odnosno lava termalno djeluje na susjedne stijene, no tada su promjene male po prostranstvu (kontaktni metamorfizam)
•
različite su vrste i intenzitet metamorfoze: može se promjeniti samo struktura, a da kemijski sastav
ostane isti (taj proces nazivamo rekristalizacija, npr. rekristalizacijom vapnenca nastat će mramor, a kvarca kvarcit), a može se promjeniti i mineralni i kemijski sastav, npr. pod utjecajem vrućih otopina nastaju novi minerali (disten, glaukofan itd.)
2.3.1. Tipovi metamorfizma S obzirom na doseg djelovanja razlikujemo 3 tipa metamorfizma:
kontaktni metamorfizam dinamički metamorfizam regionalni metamorfizam
•
KONTAKTNI METAMORFIZAM nastaje intruzijom magmatskog tijela koje termalno djeluje na okolne stijene, pri tome oko magmatskog tijela nastaje kontaktna aureola oko u kojoj mogu nastati rudna ležišta Cu, Fe, Pb, Zn, W (Sl. 45); najvažniji faktor kontaktnog metamorfizma je temperatura, a zatim veličina intruzije; stijene nastale kontaktnom metamorfizmom imaju najčešće sitnozrnatu strukturu, čvrste su, tvrde ‐ to su metamorfne stijene najnižeg stupnja metamorfizma: slejt, filit, hornfels, itd.
•
DINAMIČKI METAMORFIZAM (ili rekristalizacija) vezan je uz rasjedne zone plitko uZemljinoj kori; najvažniji faktor djelovanja je tlak; tu nastaju miloniti i plavi škriljavci
•
REGIONALNI METAMORFIZAM zahvaća veća područja u kojima vladaju uvjeti vrlo visoke temperature i tlaka (Sl. 46)– obično su to deformacije stijena na većim dubinama u kori ‐ duž konvergentnih (subdukcija, dizanje planinskih lanaca) i divergentnih rubova litosfernih ploča; (razlikujemo niski, srednji i visoki stupanj metamorfizma); tu nastaju gnajsevi, amfiboliti, granuliti
16
Skripta Minerali i stijene
2.3.2. Škriljava tekstura •
česta osobina metamorfnih stijena je škriljavost jer je većina metamorfnih stijena oblikovana pod uvjetima povišenih temperatura i usmjerenih pritisaka, što uvjetuje da novi izduženi i pločasti minerali iskristaliziraju paralelno ravnini okomitoj na smjer pritisaka; takvo paralelno redanje mineralnih sastojaka naziva se škriljava tekstura ili folijacija (slika desno) >>
•
ploha u kojoj su mineralni sastojci paralelno poredani naziva se ploha škriljavosti
•
paralelno plohi škriljavosti metamorfne stijene se pod udarom čekića razdvajaju u tanje ili deblje pločice
2.3.3.Podjela metamorfnih stijena •
metamorfne stijene dijele se temeljem stupnja metamorfizma, krupnoće mineralnih sastojaka i drugih osobina koje možemo promatrati prostim okom
•
metamorfne stijene niskog stupnja metamorfizma imaju sitnozrnatu strukturu ‐ mineralna zrna se ne vide golim okom, npr. slejt
•
metamorfne stijene visokog stupnja metamorfizma su krupnozrnate ‐ mineralna zrna su vidljiva okom, npr. gnajs
•
metamorfne stijene najčešće dijelimo s obzirom na škriljavost: ‐ škriljavi metamorfiti: slejt, filit, škriljavac, gnajs, amfibolit, migmatit, granulit, eklogit ‐ neškriljavi metamorfiti: mramor, kvarcit, skarn, hornfels
2.3.3.1. Škriljave metamorfne stijene SLEJT ‐ škriljava metamorfna stijena najnižeg stupnja metamorfizma (Sl. 47); sadrži minerale glina, tinjce, kvarc; sitnozrnata je, lagano se lomi u tanke dijelove; tamnozelene je, sive do smeđe boje; izvorišna stijena (protolit) su glineni sedimenti
FILIT ‐ vrlo je sličan slejtu (istog je sastava), ali nešto je krupnozrnatiji (Sl. 48); ima karakterističan blistav do svilenkast sjaj; protolit je muljnjak; nastao nešto višim stupnjem metamorfizma
ŠKRILJAVCI ‐ velika skupina stijena za koje je karakteristična izrazito škriljava tekstura; nastaju uglavnom visokim stupnjem metamorfizma; sadrže tinjce, kvarc, klorit, grafit, amfibole, itd. > mineralni sastav im daje boju i naziv: tinjčev škriljavac (Sl. 49), kloritni ili zeleni škriljavac, amfibolski škriljavac; nešto su krupnozrnatiji od filita ‐ minerale vidimo golim okom; plohe škriljavosti su često valovite
GNAJS ‐ škriljava metamorfna stijena visokog stupnja metamorfizma; po mineralnom sastavu jednak granitu (sadrži kvarc, feldspate, tinjce), a razlikuje se od njega po škriljavosti (Sl. 50); često sadrži krupna mineralna zrna koja nazivamo porfiroblasti (augen gnajs); protolit su graniti ili neki klastični sedimenti
AMFIBOLIT ‐ nastaje visokim stupnjem metamorfizma iz magmatskih bazičnih stijena; obično je tamne boje i pokazuje slabiju škriljavost; uglavnom građen od hornblende i plagioklasa (Sl. 51) 17
Skripta Minerali i stijene
MIGMATIT ‐ stijena visokog stupnja metamorfizma; to je zapravo miješana stijena jer ima osobine magmatskih i metamorfnih stijena (nastaje parcijalnim taljenjem); sadrži kvarc, feldspate, tinjce; krupnozrnata: sadrži trake i leće granita izmiješane s gnajsom; slabo škriljava tekstura
GRANULIT ‐ slabo škriljava stijena visokog stupnja metamorfizma; masivna krupnozrnata stijena, obično tamne boje; sadrži piroksene, granate, biotit; protolit su magmatske bazične stijene i pješčenjaci (Sl. 52)
EKLOGIT ‐ metamorfna stijena najvišeg stupnja metamorfizma; građena od piroksena i granata: tamnozelene boje s crvenim granatima; nastaje u dubljim dijelovima kore; dolazi u asocijaciji s peridotitima (Sl. 53); protolit su bazične magmatske stijene
2.3.3.2. Metamorfne stijene bez škriljave teksture Sastoje se od mozaika mineralnih zrna podjednakih veličina, većina nastaje regionalnim ili kontaktnim metamorfizmom stijena bez listićavih ili izduženih minerala. Dva tipa stijena: monomineralne (mramor i kvarcit) i višemineralne (hornfels); kod prvih mineralna zrna vidljiva okom (nastaju rekristalizacijom), kod drugih samo pod povećanjem.
MRAMOR ‐ metamorfozom vapnenca ili dolomita; krupnozrnat; čisti mramor je bijele do plavkaste boje, no od nečistoća poprima različite boje (Sl. 54)
KVARCIT ‐ metamorfozom kvarcnog pješčenjaka; tvrda, čvrsta stijena; čisti kvarcit je bijele boje, no od nečistoća poprima i druge boje (Fe > crvenkast) (Sl. 55)
HORNFELS ‐ kontaktnim metamorfizmom najčešće pelitnih stijena (šejlova); sitnozrnata stijena homogene teksture, obično je tamnije boje (Sl. 56)
SKARN ‐ kontaktnim metamorfizmom vapnenaca; sitno do srednjozrnata stijena sa izmjenjujućim tamnim i svijetlim dijelovima (Sl. 57); važnost > može sadržavati orudnjenja Fe, Cu, Mn, Mo
18
