Geokémia 2016.12.05.
A Föld szerkezete, a földkéreg felépítése • földkéreg: a Föld legkülső, szilárd halmazállapotú rétege, amely kőzetekből áll. A földkéreg bolygónk sugarával összehasonlítva nagyon vékony, az óceánok alatt átlagosan 6-7 km, a szárazföldeknél átlagosan 30-40 km. A földkéreg alatti földköpeny szintén kőzetekből épül fel. A földkéreg, illetve a földköpeny felső részét együttesen kőzetburoknak nevezzük. A kőzetburok a Föld külső, merev héja, vastagsága 50-100 km között változik.
Ásványok és kőzetek •
•
•
ásvány: a földkéreg egynemű, egyetlen kémiai képlettel leírható szervetlen eredetű alkotóeleme (kb. 2000 (4300) ásványt ismerünk, ebből 200, ami kőzetalkotó, legfontosabbak: kvarc, csillámok, földpátok, olivinek, piroxének, amfibolok) kőzet: ásványtársulás , olyan nagy kiterjedésű ásványtömegek, illetve jellemző összetételű ásványegyüttesek, amelyek meghatározott természeti folyamatban egységesen képződnek, s a Föld szilárd kérgét alkotják. A kőzetek együttesen képződött ásványok jellemző társulása. ásványok keletkezése: – a természetben bárhol – a kristályosodás kristálycsírák képződésével indul meg – ha az oldat vagy olvadék lehűlése lassú, úgy kevés, de nagy kristály képződik – ha a lehűlés gyorsan megy végbe, a kristálycsíráknak sem lesz idejük növekedni és sok apróbb kristály képződik – egy ásvánnyal legtöbbször több ásvány képződik párhuzamosan, így előfordulhat, hogy nem marad hely a kristálylapok kifejlődéséhez —› polikristályos (sok-sok kristályból álló) halmazok pl:gránit
Ásványok keletkezése 1.
Magmás ásványképződés
magmából kikristályosodott ásványok: nagy hőmérsékleten és nyomáson képződnek. magma: kőzetolvadék (szilikátok, oxidok), nagy olvadáspontú vegyületek alkotják, néhány százaléknyi mennyiségben azonban tartalmaz könnyen illó vegyületeket is. A Föld mélyebb zónáiban képződik, a szilárd kőzetek részleges megolvadásával. láva: Ha a magma kijut a felszínre, lávának hívjuk. A lávában a gyors kihűlés hatására kevés idejük van az ásványoknak a kristályosodásra. Így sokszor igen aprók a kristályok, extrém gyors kihűlés hatására pedig kőzetüveggé szilárdulhatnak meg. Ha a magma nem éri el a földfelszínt, behatolhat a földkéreg repedéseibe.
Előkristályosodás: Az olvadék a magmakamra peremi részein kezd el kihűlni először. Itt vállnak ki az első ásványok is csökkenő olvadáspontjuk szerint, majd a nehézségi erő hatására az olvadék aljára süllyednek (kb 1000°C). • Főkristályosodás: T tovább csökken (900°C), alacsonyabb olvadáspontú ásványok kristályosodnak, pl: olivin-, piroxén-, és amfibol-csoport , majd a földpátok, csillámok és kvarc —› magmás kőzetek nagy része • Pegmatitos fázis: 600-800°C-os, igen lassan változó hőmérséklet, kb. 2-12 km-es képződési mélység o oldhatatlan gázok mennyisége, kémiai elemek dúsulnak föl, melyek nagyobb ionméretük és töltésük miatt nem tudnak egyik –korábban kristályosodott ásvány- szerkezetébe sem beépülni o óriási kristályok képződhetnek pl: berill- és turmalin-csoport ásványai. • Hidrotermás fázis: A magmás működés vége felé a kőzetrétegekben áramló gőzök 400 °C alá hűlnek, megjelenik a forró vizes oldatrendszer. o A hidrotermás oldatok a környező kőzetek repedéseibe-üregeibe hatolnak be, majd a lehűlés hatására ásványkiválásokat hoznak létre. o ércásványok (például galenit, szfalerit, kalkopirit, cinnabarit) •
Ásványok keletkezése 2.
Üledékes ásványképződés
fizikai + kémiai + biológiai hatás: aprózódás, külső erők • mészkő:Karbonátos területeken a víz magával hozott, vagy talajból és levegőből adszorbeált szén-dioxid-tartalma szénsavvá alakul, mely karbonátos kőzetek anyagát oldja. Amikor az ilyen kalcium- hidrogénkarbonátban gazdag víz alacsonyabb nyomású helyre érkezik, a benne lévő oldott anyag kiválik, forrásmészkő vagy cseppkő keletkezik. • kősó és gipsz: tavakban, tengerekben válik ki, ha azokból annyi víz párolog el, hogy az oldat túltelítetté válik, betöményedik. • metaszomatózis: Egyes vegyi úton képződött karbonátos ásvány együttesek (elemkicserélődés) kémiailag átalakulhatnak. A magnézium felvételével így képződik például a kalcitból dolomit vagy magnezit.
magmás ásványok mállása: • olivin-csoport ásványai szerpentinásványokká mállanak • vizes közeg hatására a földpátok agyagásványokká (kaolinit, illit, montmorillonit stb.) alakulnak • szulfidokat tartalmazó kőzetek a felszín közelében a vízben oldott oxigén hatására oxidálódnak szulfátokká, majd oxidokká (oxidhidroxidokká) alakulnak át savak fejlődése közben, melyek további reakciókat eredményeznek és egy sor ún. másodlagos ásványt hoznak létre.
Ásványok keletkezése 3.
Metamorf ásványképződés
metamorfózis: átkristályosodás új ásványfázisokká a hőmérséklet és/vagy a nyomás jelentős megváltozása miatt regionális: • a nagy kőzetmozgások hatására keletkeznek új lokális: ásványfázisok • a magma különböző minőségű • elkülöníthetőek kis, közepes és nagy nyomáson kőzetrétegekbe benyomul képződött ásványtársulások, ahol a • a megszilárduló magmás kőzetben, hőmérsékletnek is kitüntetett szerepe van és a mellékkőzetben ún. kontakt• a hőmérséklet- és nyomásviszonyok mellett övek alakulnak ki, ahol a magas erősen függ a kiinduló kőzet ásványos, illetve hőmérséklet és a távozó ezzel összefüggésben kémiai összetételétől könnyenillók hatására új ásványok • kis nyomáson és alacsony hőmérsékleten (kb. 0alakulnak ki. 5 kilobar között és 300 °C alatt) képződnek a • Pl: Márgákba, agyagos mészkövekbe prehnit, pumpellyit, szerpentinásványok és hatoló magmás intrúzió peremén különösen a zeolitok epidot, kalciumtartalmú gránátok, • közepes nyomáson és hőmérsékleten (kb. 5-7 wollastonit, diopszid képződik kilobar és 300-700 °C körül) az epidot, aktinolit, • Ha kémiailag viszonylag tiszta hornblende, plagioklászok mészkövet ér kontakt hatás, úgy a mészkő márvánnyá kristályosodik. • nagy nyomáson (6-7 kilobar felett) kianit, jadeit, pirop a jellemzőbb szilikátok Dr. Dávid Árpád : Ásvány és kőzettan (2011), http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0038_foldrajz_asvanyeskotzettanda/ch01s11.htmlDr Szakáll Sándor: Ásvány és kőzettan
Kőzetek csoportosítása
Magmás kőzetek képződése • különböző mélységben megszilárdult magmatestek: mélységi, kiömlési és piroklasztikus kőzetek
• szilícium-dioxid (SiO2) tartalma: meghatározza az olvadáspontját és ezzel együtt a folyékonyságát (viszkozitását) is. Minél nagyobb a magma SiO2 tartalma, annál magasabb hőmérsékleten olvad meg és annál folyósabb lesz. A SiO2 elsősorban a kontinensekről kerül a magmába, minél mélyebbről származik a magma, annál magasabb hőmérsékletű és folyósabb. • SiO2 tartalom a magma kémhatását is megszabja: magas SiO2 tartalomnál savanyú, közepesnél semleges, alacsonynál bázikus kőzetről beszélhetünk. • kristály mérete: minél hosszabb idő alatt, minél lassabban szilárdul meg a magma, annál nagyobb kristályok keletkezésére van lehetőség.
SiO2-tartalom alapján a következő osztályokat különítjük el: Ultrabázisos kőzetek: SiO2 <44%. • Uralkodó elemek a Mg, Fe, Ti. Kőzetalkotó ásványai a színes szilikátok (olivin, piroxén, amfibol, esetleg csillám) és a gyakran jelentős mennyiségű ércásványok. • kőzetek színe sötét, sűrűsége igen nagy. Bázisos kőzetek: SiO2 = 44-53%. • Jelentős mennyiségben van jelen a Fe, a Mg jelentősége csökken. Az Al- és a Ca-tartalom megnövekszik. Kőzetalkotó ásványaik között megjelenik a bázisos plagioklász, emellett a színes elegyrészek közül elsősorban piroxén és olivin jelenik meg, ritkábban amfibolt is tartalmazhatnak. • Általában sötét színűek, sűrűségük nagy. Neutrális kőzetek: SiO2 = 53-64%. • Csökken a Mg, Fe, Ca jelentősége, ugyanakkor az alumíniumé növekszik. Lényeges elemmé válik a Na, és részben a Ktartalom is megnövekedhet. Lényeges elegyrészeik a neutrális plagioklász, egyes típusokban a káliföldpát. A színes elegyrészek közül elsősorban amfibol fordul elő, de megtalálható a piroxén és a biotit is. • A kőzetek sűrűsége közepes, színe általában közepesen sötét. Savanyú kőzetek: SiO2> 64%. • A Mg-, Fe-, és a Ca-tartalom erősen lecsökken, uralkodó elemeik a Na, K, és Al (a Si mellett). Lényeges elegyrészei a kvarc, káliföldpát, savanyú plagioklász, biotit és amfibol. • A kőzetek világosak, sűrűségük kicsi.
Üledékes kőzetek típusai
Metamorf kőzetek típusai
Kőzettípusok egymásba alakulása
Aktív vulkáni tevékenységek Yellowstone
Geotermális tevékenységek • Gejzírek: magasabb nyomás, magasabb forráspont
• Forró vizes források
• Fortyogók, sártócsák
• Fumarolák: kevés víz, gőzként távozik,
• Szolfatára: H2S, SO2
• Mammuth hot springs
Vége
