Skała (geologia) -Rock (geology)

Wielki Kanion to nacięcie przez warstwy skał osadowych.

W geologii skała (lub kamień ) to dowolna naturalnie występująca stała masa lub kruszywo minerałów lub materii mineraloidowej . Jest klasyfikowany według zawartych minerałów, składu chemicznego i sposobu, w jaki powstaje. Skały tworzą zewnętrzną, stałą warstwę Ziemi, skorupę i większość jej wnętrza, z wyjątkiem płynnego jądra zewnętrznego i kieszeni magmy w astenosferze .

Skały są zwykle pogrupowane w trzy główne grupy: skały magmowe , skały osadowe i skały metamorficzne . Skały magmowe powstają, gdy magma ochładza się w skorupie ziemskiej lub lawa ochładza się na powierzchni ziemi lub dnie morskim. Skały osadowe powstają w wyniku diagenezy lub lityfikacji osadów , które z kolei powstają w wyniku wietrzenia , transportu i osadzania istniejących skał. Skały metamorficzne powstają, gdy istniejące skały są poddawane tak wysokim ciśnieniom i temperaturom, że ulegają przekształceniu — coś, co ma miejsce na przykład podczas zderzenia płyt kontynentalnych .

Naukowe badanie charakteru i pochodzenia skał nosi nazwę petrologii , która jest istotną subdyscypliną geologii.

Klasyfikacja

Równoważący kamień zwany Kummakivi (dosłownie „dziwny kamień” )

Skały składają się głównie z ziaren minerałów, które są krystalicznymi ciałami stałymi utworzonymi z atomów połączonych chemicznie w uporządkowaną strukturę. Niektóre skały zawierają również mineraloidy , które są sztywnymi, mineralnymi substancjami, takie jak szkło wulkaniczne , które nie mają struktury krystalicznej. Rodzaje i bogactwo minerałów w skale są determinowane przez sposób, w jaki została uformowana.

Większość skał zawiera minerały krzemianowe , związki, które zawierają czworościany krzemionkowe w swojej sieci krystalicznej i stanowią około jednej trzeciej wszystkich znanych gatunków minerałów oraz około 95% skorupy ziemskiej . Proporcja krzemionki w skałach i minerałach jest głównym czynnikiem określającym ich nazwy i właściwości.

Odkrywka skalna wzdłuż górskiego potoku w pobliżu Orosí w Kostaryce .

Skały są klasyfikowane według cech, takich jak skład mineralny i chemiczny, przepuszczalność , tekstura cząstek składowych i wielkość cząstek . Te właściwości fizyczne są wynikiem procesów, które utworzyły skały. Z biegiem czasu skały mogą być przekształcane z jednego rodzaju w inny, co opisuje model geologiczny zwany cyklem skalnym . W wyniku tej przemiany powstają trzy ogólne klasy skał: magmowe , osadowe i metamorficzne .

Te trzy klasy są podzielone na wiele grup. Nie ma jednak twardych i szybkich granic między sprzymierzonymi skałami. Poprzez zwiększenie lub zmniejszenie proporcji ich minerałów przechodzą one przez gradacje od jednego do drugiego; W ten sposób można prześledzić charakterystyczne struktury jednego rodzaju skał, które stopniowo łączą się z innymi. Stąd definicje przyjęte w nazwach skał po prostu odpowiadają wybranym punktom w szeregu stopniowanym w sposób ciągły.

Skały magmowe

Próbka magmowej gabro

Skała magmowa (pochodząca od łacińskiego słowa igneus oznaczającego ogień, od ignis oznaczającego ogień ) powstaje poprzez ochładzanie i krzepnięcie magmy lub lawy . Ta magma może pochodzić z częściowego stopienia istniejących wcześniej skał w płaszczu lub skorupie planety . Zazwyczaj topienie skał jest spowodowane jednym lub kilkoma z trzech procesów: wzrostem temperatury, spadkiem ciśnienia lub zmianą składu.

Skały magmowe dzielą się na dwie główne kategorie:

Magmy mają tendencję do wzbogacania się w krzemionkę, gdy wznoszą się ku powierzchni Ziemi, w procesie zwanym różnicowaniem magmy . Dzieje się tak zarówno dlatego, że minerały o niskiej zawartości krzemionki krystalizują z magmy, gdy zaczyna ona stygnąć ( seria reakcji Bowena ), jak i dlatego, że magma asymiluje część skały skorupy ziemskiej, przez którą się wznosi ( skała wiejska ), a krzemionka. Zawartość krzemionki jest zatem najważniejszym chemicznym kryterium klasyfikacji skał magmowych. Kolejne znaczenie ma zawartość tlenków metali alkalicznych .

Około 65% objętości skorupy ziemskiej składa się ze skał magmowych. Spośród nich 66% to bazalt i gabro , 16% to granit, a 17% granodioryt i dioryt . Tylko 0,6% to sjenit , a 0,3% to ultramafi . Skorupa oceaniczna składa się w 99% z bazaltu, który jest skałą magmową o składzie maficznym . W skorupie kontynentalnej dominuje granit i podobne skały, zwane granitoidami .

Skała osadowa

Piaskowiec osadowy z pasmami tlenku żelaza

Skały osadowe powstają na powierzchni ziemi przez akumulację i cementację fragmentów wcześniejszych skał, minerałów i organizmów lub jako chemiczne wytrącenia i narośla organiczne w wodzie ( sedymentacja ). Proces ten powoduje osadzanie się i akumulację osadów klastycznych (kawałków skał) lub cząstek organicznych ( detrytus ) lub chemiczne wytrącanie się minerałów ( odparowywanie ) z roztworu . Cząstki stałe są następnie poddawane zagęszczaniu i cementowaniu w umiarkowanych temperaturach i ciśnieniach ( diageneza ).

Przed osadzeniem osady powstają w wyniku wietrzenia wcześniejszych skał przez erozję w obszarze źródłowym, a następnie są transportowane do miejsca osadzania przez wodę , wiatr , lód , ruch masowy lub lodowce (czynniki denudacyjne ). Około 7,9% objętości skorupy składa się ze skał osadowych, z czego 82% to łupki, podczas gdy pozostała część to wapień (6%), piaskowiec i arkozy (12%). Skały osadowe często zawierają skamieniałości . Skały osadowe tworzą się pod wpływem grawitacji i zazwyczaj osadzają się w poziomych lub w pobliżu poziomych warstwach lub warstwach i można je nazwać skałami warstwowymi.

Skała metamorficzna

Metamorficzny gnejs wstęgowy

Skały metamorficzne powstają przez poddanie dowolnego rodzaju skały — osadu, skały magmowej lub innej starszej skały metamorficznej — innym warunkom temperatury i ciśnienia niż te, w których powstała pierwotna skała. Proces ten nazywa się metamorfizmem , co oznacza „zmianę formy”. Rezultatem jest głęboka zmiana właściwości fizycznych i chemicznych kamienia. Pierwotna skała, znana jako protolit , przekształca się w inne rodzaje minerałów lub inne formy tych samych minerałów poprzez rekrystalizację . Temperatury i ciśnienia wymagane do tego procesu są zawsze wyższe niż te występujące na powierzchni Ziemi: temperatury powyżej 150 do 200 °C i ciśnienia powyżej 1500 barów. Skały metamorficzne stanowią 27,4% objętości skorupy.

Trzy główne klasy skał metamorficznych opierają się na mechanizmie formacji. Intruzja magmy, która nagrzewa otaczającą skałę, powoduje metamorfizm kontaktowy – transformację zdominowaną przez temperaturę. Metamorfizm ciśnienia występuje, gdy osady są zakopane głęboko pod ziemią; dominuje ciśnienie, a temperatura odgrywa mniejszą rolę. Nazywa się to metamorfizmem pogrzebowym i może skutkować powstaniem skał, takich jak jadeit . Tam, gdzie rolę odgrywają zarówno ciepło, jak i ciśnienie, mechanizm określany jest jako metamorfizm regionalny. Jest to zwykle spotykane w regionach górskich.

W zależności od struktury skały metamorficzne dzielą się na dwie ogólne kategorie. Te, które posiadają teksturę, określane są jako foliowane ; pozostałe określa się jako nieulistnione. Nazwa skały jest następnie określana na podstawie rodzaju występujących minerałów. Łupki to ulistnione skały, które składają się głównie z minerałów płytkowych, takich jak miki . Gnejs ma widoczne pasma o różnej jasności , czego częstym przykładem jest gnejs granitowy . Inne odmiany skał ulistnionych to łupki , fyllit i mylonit . Znane przykłady nieulistnionych skał metamorficznych obejmują marmur , steatyt i serpentyn . Gałąź ta zawiera kwarcyt — zmodyfikowaną formę piaskowca — i hornfelsy .

Zastosowanie u ludzi

Ceremonialny kopiec skał, ovoo , z Mongolii

Użycie skały miało ogromny wpływ na rozwój kulturowy i technologiczny rodzaju ludzkiego. Skała była używana przez ludzi i inne hominidy od co najmniej 2,5 miliona lat . Technologia litowa to jedne z najstarszych i stale stosowanych technologii. Wydobycie skał ze względu na zawartość metali jest jednym z najważniejszych czynników postępu ludzkości i postępuje w różnym tempie w różnych miejscach, po części ze względu na rodzaj metali dostępnych w skałach danego regionu.

Budynek

Kamienny dom na wzgórzu w Sastamala w Finlandii
Podwyższone łóżko ogrodowe z naturalnymi kamieniami

Skała różni się znacznie wytrzymałością, od kwarcytów o wytrzymałości na rozciąganie przekraczającej 300 MPa po skały osadowe tak miękkie, że można je kruszyć gołymi palcami (czyli są kruche ). (Dla porównania, stal konstrukcyjna ma wytrzymałość na rozciąganie około 350 MPa.) Stosunkowo miękka, łatwa w obróbce skała osadowa była wydobywana do budowy już 4000 pne w Egipcie, a kamień był używany do budowy fortyfikacji w Mongolii Wewnętrznej już w 2800 pne . Miękka skała, tuf , jest powszechna we Włoszech, a Rzymianie używali jej do wielu budynków i mostów. Wapień był szeroko stosowany w budownictwie w średniowieczu w Europie i pozostał popularny do XX wieku.

Górnictwo

Górnictwo to wydobywanie cennych minerałów lub innych materiałów geologicznych z ziemi, z rudy , żyły lub pokładu . Termin ten obejmuje również usuwanie gleby. Do materiałów odzyskiwanych z górnictwa należą metale nieszlachetne , metale szlachetne , żelazo , uran , węgiel , diamenty , wapień , łupki bitumiczne , sól kamienna , potaż , kruszywo budowlane i kamień wymiarowy . Wydobywanie jest wymagane, aby uzyskać każdy materiał, którego nie można wyhodować w procesach rolniczych lub wytworzyć sztucznie w laboratorium lub fabryce . Górnictwo w szerszym znaczeniu to wydobycie dowolnego surowca (np . ropy naftowej , gazu ziemnego , soli , a nawet wody ) z ziemi.

Wydobywanie skał i metali odbywa się od czasów prehistorycznych . Nowoczesne procesy wydobywcze obejmują poszukiwanie złóż kopalin, analizę potencjału dochodowego proponowanej kopalni, wydobycie poszukiwanych surowców, a wreszcie rekultywację terenu w celu przygotowania go do innych celów po zakończeniu wydobycia.

Procesy wydobywcze mogą powodować negatywne oddziaływania na środowisko zarówno w trakcie prowadzenia działalności górniczej, jak i przez lata po zaprzestaniu wydobycia. Te potencjalne skutki doprowadziły do ​​tego, że większość krajów na świecie przyjęła przepisy mające na celu zarządzanie negatywnymi skutkami operacji wydobywczych.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne

  • Skały w Wikibooks
  • Multimedia związane ze skałami w Wikimedia Commons
  • Słownikowa definicja rocka w Wikisłowniku