Transcript Podstawy_geologii

Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu – Wydział Nauk o Ziemi
PODSTAWY GEOLOGII
mgr inż. Ewa Labak
Toruń, luty 2013 r.
1
Kontakt:
Mgr inż. Ewa Labak
Wydział Nauk o Ziemi
Ul. Lwowska 1
pokój 246, I piętro
e-mail:
godz. konsultacji:
wtorek: 14:00 – 15:30
środa: 12:00 – 13:30
2
Terminy zajęć (gr.1; gr. 3; gr. 5):
14.02.2013 – pierwsze zajęcia – podstawowe informacje
dotyczące budowy skał (skała, minerał, cechy
makroskopowe minerałów, struktura, tekstura),
28.02.2013 – drugie zajęcia – KOLOKWIUM z zajęć 1, skały
magmowe – teoria + rozpoznawanie,
14.03.2013 – trzecie zajęcia – KOLOKWIUM ze skał
magmowych, wstęp do skał osadowych,
28.03.2013 – czwarte zajęcia – rozpoznawanie skał
osadowych,
11.04.2013 – piąte zajęcia – KOLOKWIUM ze skał
osadowych, wstęp do skał metamorficznych,
25.04.2013 – szóste zajęcia – KOLOKWIUM ze skał
metamorficznych + rozpoznawanie skał metamorficznych,
16.05.2013 – siódme zajęcia – KOLOKWIUM ze skał, mapy
i przekroje geologiczne (analiza),
06.06.2013 – ósme zajęcia – kolokwia poprawkowe
3
Terminy zajęć (gr.2; gr. 4; gr. 6):
21.02.2013 – pierwsze zajęcia – podstawowe informacje
dotyczące budowy skał (skała, minerał, cechy
makroskopowe minerałów, struktura, tekstura),
07.03.2013 – drugie zajęcia – KOLOKWIUM z zajęć 1, skały
magmowe – teoria + rozpoznawanie,
21.03.2013 – trzecie zajęcia – KOLOKWIUM ze skał
magmowych, wstęp do skał osadowych,
04.04.2013 – czwarte zajęcia – rozpoznawanie skał
osadowych,
18.04.2013 – piąte zajęcia – KOLOKWIUM ze skał
osadowych, wstęp do skał metamorficznych,
09.05.2013 – szóste zajęcia – KOLOKWIUM ze skał
metamorficznych + rozpoznawanie skał metamorficznych,
23.05.2013 – siódme zajęcia – KOLOKWIUM ze skał, mapy
i przekroje geologiczne (analiza),
06.06.2013 – ósme zajęcia – kolokwia poprawkowe
4
Warunki zaliczenia:
1.
2.
3.
Obecność na WSZYSTKICH zajęciach,
5 kolokwiów (każde kolokwium zaliczone na min.
51%) – możliwość 2-krotnego przystąpienia do
poprawy kolokwium ,
Rozpoznawanie skał i minerałów (skały magmowe,
osadowe i metamorficzne).
UWAGA!!!
Brak zaliczenia z kolokwium teoretycznego nie
dopuszcza studenta do zaliczenia z rozpoznawania
skał i minerałów.
Brak końcowego zaliczenia z ćwiczeń oraz zaliczenia
z zajęć terenowych nie dopuszcza studenta do
egzaminu z przedmiotu.
5
ZAJĘCIA 1
Podstawowe pojęcia dotyczące budowy skał:
1. Skała
2. Minerał
3. Makroskopowe cechy rozpoznawania minerałów
A. pokrój kryształów
B. barwa
C. rysa
D. przezroczystość
E. połysk
F. twardość
G. łupliwość
H. przełam
I. inne cechy
4. Tekstura
5. Struktura
6
Geologia – nauka przyrodnicza zajmująca się
badaniem Ziemi, głównie skorupą ziemską,
litosferą oraz tektonosferą. Przedmiotem
badań jest budowa skorupy ziemskiej,
litosfery i wszelkie zjawiska zachodzące
w ich obrębie i na powierzchni Ziemi.
7
Skała
- naturalny zespół minerałów, który powstał
w wyniku procesów geologicznych na powierzchni lub pod
powierzchnią Ziemi.
Rodzaje skał – podział ze względu na sposób
powstawania:
1.
2.
3.
Magmowe – powstają na skutek zakrzepnięcia stopu
krzemianowego w głębi Ziemi lub na jej powierzchni np. granit,
bazalt, tuf.
Osadowe – zlityfikowane lub luźne utwory nagromadzone na
powierzchni skorupy ziemskiej na skutek procesów wietrzenia,
transportu i sedymentacji, np. piaskowiec, piasek, glina.
Metamorficzne – powstają w efekcie przeobrażenia starszych
skał magmowych i osadowych (pod wpływem ciśnienia i
temperatury w głębi litosfery) np. gnejs i marmur.
8
Minerał – pierwiastek lub związek chemiczny powstały
w sposób naturalny (na powierzchni Ziemi lub w jej głębi)
i pozostający w normalnych warunkach, w stałym stanie
skupienia, mający budowę krystaliczną.
Rodzaje minerałów:
1. Minerały skałotwórcze – minerały odgrywające znaczącą
rolę w budowie skorupy ziemskiej np. kwarc, skalenie
potasowe, granaty.
2. Minerały złożowe – nie mają znaczenia skałotwórczego,
są źródłem wielu surowców wykorzystywanych
w gospodarce np. galena sfaleryt, chalkopiryt.
Największe znaczenie skałotwórcze mają krzemiany i glinokrzemiany
– 80% objętości skorupy ziemskiej.
9
Systematyka minerałów opiera się głównie na ich
składzie chemicznym. Jedynie powszechną
stosowaną metodą chemiczną jest identyfikacja
węglanów przy użyciu słabego wodnego roztworu
kwasu solnego (metoda w terenie).
Dodatkowym kryterium jest budowa krystaliczna
tzn. elementy składowe minerału są rozmieszczone
w ściśle określony sposób, tworząc sieć
krystaliczną. Budowa krystaliczna decyduje m.in.
o barwie i zabarwieniu minerałów,
przezroczystości, połysku…
10
Systematyka minerałów (Hugon Strunz)
Lp.
Klasa
Przykładowe minerały
1.
Pierwiastki rodzime
Diament, grafit, siarka rodzima,
złoto rodzime, żelazo rodzime
2.
Siarczki (i pokrewne)
Antymonit, arsenopiryt,
chalkopiryt, galena, piryt, sfaleryt
3.
Halogenki
Halit, fluoryt
4.
Tlenki i wodorotlenki
Goethyt, hematyt, kwarc, magnetyt
5.
Węglany, azotany
Dolomit, kalcyt, syderyt, malachit
6.
Siarczany, molibdeniany,
chromiany
Anhydryt, gips
7.
Fosforany
Apatyt, turkus
8.
Krzemiany (i glinokrzemiany)
Amfibole, biotyt, cyrkon, granaty,
oliwiny, pirokseny, skalenie,
skaleniowce
9.
Związki organiczne
ewenkit
11
Makroskopowe rozpoznawanie minerałów:
Opiera się na właściwościach optycznych, fizycznych i mechanicznych
A.
B.
C.
D.
E.
F.
G.
H.
I.
Pokrój kryształów
Barwa
Rysa
Przezroczystość
Połysk
Twardość
Łupliwość
Przełam
Inne cechy
12
A.
Pokrój kryształów – ogólny kształt kryształów.
Określa się go, porównując wymiary kryształu
w trzech prostopadłych do siebie kierunkach (a, b, c).
Typy pokrojów:
1. Izometryczny (a ≈ b ≈ c) – identyczne wymiary w trzech
kierunkach
2. Tabliczkowy (a ≠ b ≠ c) – różne wymiary w trzech kierunkach
13
A. Pokrój kryształów – ogólny kształt kryształów.
Określa się go, porównując wymiary kryształu w trzech
prostopadłych do siebie kierunkach (a, b, c).
3. Płytkowy (a ≈ b > c) – podobne wymiary w dwóch kierunkach,
natomiast w trzecim kierunku wyraźnie mniejszy
blaszkowy
łuseczkowy
4. słupowy (a ≈ b < c) – jeden z wymiarów większy od pozostałych
pręcikowy
igiełkowy
włóknisty
5. Listewkowy (a >>> b > c) – różne wymiary w trzech kierunkach,
ale jeden z wymiarów wyraźnie przeważa nad pozostałymi
14
Natrolit – pokrój
igiełkowy
Gips – pokrój
listewkowy
Piryt – pokrój
izometryczny
Granat – pokrój
izometryczny
Antymonit – pokrój
pręcikowy
Kwarc – pokrój
słupkowy
Celestyn – pokrój
tabliczkowy
15
Pokroje minerałów
Pokrój
Wymiary
Przykładowe minerały
Izometryczny
a≈b≈c
Piryt, halit, diament
Tabliczkowy
a≠b≠c
Skalenie, plagioklazy
Płytkowy
a≈b≠c
Miki
blaszkowy a ≈ b >>> c
miki
Listewkowy
a >>> b > c
Plagioklazy (rzadko)
Słupkowy
a≈b<c
Kwarc, turmaliny, amfibole
pręcikowy a ≈ b << c
igiełkowy a ≈ b <<< c
włóknisty a ≈ b <<<< c
antymonit
epidot
chryzotyl
16
Kształt przekrojów ziaren:
1. Pokrój blaszkowy – widoczne w postaci przekrojów
o kształcie kreseczki bądź nieregularnej plamki.
2. Ziarna izometryczne – przekroje w postaci lekko
wydłużonych prostokątów, trójkątów lub innych figur
o zarysie zbliżonym do okręgu.
3. Pokrój słupkowy – 2 rodzaje przekrojów:
◦
◦
wydłużone paski lub trójkąty - minerał przecięty wzdłuż
dłuższej osi,
niewielkie plamki – minerał przecięty poprzecznie w
stosunku do wydłużenia.
17
B. Barwa – cecha charakterystyczna minerału. Jest
niezależna od miejsca jego pochodzenia.
Ze względu na barwę wyróżnia się:
1. Minerały barwne (idiochromatyczne) – stała, charakterystyczna
barwa np. granit (czarny), siarka rodzima (żółta), malachit
(zielony).
2.
Minerały bezbarwne (achromatyczne) – brak charakterystycznej
barwy. Mogą one być zupełnie bezbarwne i przeźroczyste.
3.
Minerały zabarwione (alochromatyczne) – minerały bezbarwne
zawierające domieszki różnych pierwiastków barwiących np.
kwarc.
*Alochromatyczność spowodowana jest obecnością różnych
zanieczyszczeń, pęknięć czy śladowych ilości różnych
pierwiastków,
18
Pleochroizm – cecha niektórych minerałów zabarwionych.
Minerały wykazują różny kolor w zależności od kierunku
w jakim przechodzą przez nie promienie światła.
Cechę taką można dostrzec oglądając minerał z różnych
stron np. kordieryt.
kordieryt
aleksandryt
19
C. Rysa
– barwa sproszkowanego minerału.
Rodzaje:
1. Rysa biała, jasnoszara – minerały zabarwione, białe
i bezbarwne
2. Rysa barwna - minerały barwne – rysa zwykle zgodna
z kolorem minerału.
WYJĄTEK:
- złotawy chalkopiryt – rysa zielonkawoszara,
- mosiężny piryt – rysa czarna,
- brunatny (do czarnego) hematyt – rysa wiśniowa.
20
D. Przezroczystość – zdolność przepuszczania światła
Rodzaje:
1. Przezroczyste - możliwe jest odczytanie tekstu przez kryształ lub
niezbyt gruby odłamek minerału (np. kryształ górski, halit, gips),
2. Półprzezroczyste – przez cienką płytkę można rozpoznać zarysy
przedmiotów (np. chalcedon, opal),
3. Przeświecające – nie można rozpoznać zarysów przedmiotów, ale
przez cienką płytkę przechodzi światło (np. skalenie),
4. Nieprzezroczyste – światło nie przechodzi nawet przez cienką
płytkę. Minerały takie mają zwykle połysk metaliczny lub szklisty
(np. magnetyt, piryt).
21
E. Połysk – właściwość minerałów związana ze sposobem
odbijania światła. W zależności od rodzaju powierzchni
inaczej mogą odbijać światło ściany kryształu, a inaczej
powierzchnie łupliwości lub przełamu.
Typy połysku:
1. Szklisty (zwyczajny) – przypomina połysk czystej powierzchni szklanej np.
kwarc (tylko na ścianach), skalenie, oliwiny, kalcyt, dolomit, halit, granaty,
2. Tłusty (woskowy) – charakterystyczny dla wielu minerałów
nieprzezroczystych, ściany minerałów o takim połysku wyglądają jak
natłuszczone powierzchnia np. przełamu kwarcu, siarka rodzima, bursztyn.
3. Perłowy –minerały o budowie blaszkowej np. czasami miki, gips, muskowit
4. Jedwabisty –minerały o pokroju włóknistym np. gips,
5. Żywiczny – minerały o wysokich współczynnikach załamania światła i żółtej
barwie np. siarka rodzima
22
E. Połysk – właściwość minerałów związana ze
sposobem odbijania światła (C.D.)
Typy połysku (C.D.):
6. Metaliczny - np. piryt, galena, chalkopiryt, miedź rodzima, metale
rodzime,
7. Półmetaliczny – minerały o takim połysku najczęściej mają rysę
intensywnie barwną (jaśniejszą od barwy minerału
o połysku metalicznym) np. grafit,
8. Diamentowy – niezwykle intensywny, charakterystyczny dla
minerałów przezroczystych i przeświecających np. cyrkon,
diament, siarka, sfaleryt.
9. Matowy – brak połysku – np. minerały ilaste (kaolinit).
23
Inne cechy optyczne:
1.
Opalizacja – efekt optyczny charakteryzujący
się piękną grą barw w postaci kolorowych
wzorów plam, które zmieniają się w zależności
od kąta obserwacji np. opal australijski (Rys.1.).
2.
iryzacja – różnobarwne odblaski pojawiające
się na ścianach i płaszczyznach łupliwości
niektórych plagioklazów. Spowodowane to
jest występowaniem drobnych wrostków
(Rys.2.).
24
Rys.1. opalizacja (Opal)
Rys. 2. Iryzacja
(opal z Etiopii)
25
F. Twardość
– odporność minerału na zarysowania.
Twardość jest cechą charakterystyczną każdego minerału.
Bywa ona uzależniona od kierunku i stopnia zwietrzenia.
Twardość badanych minerałów określa się przez
porównanie z minerałami wzorcowymi ze skali Mohsa.
Pomiar twardości polega na wykonaniu na możliwie płaskiej
i możliwie na najmniej zwietrzałej powierzchni badanego
minerału rysy ostrym końcem minerału wzorcowego ze
skali Mohsa lub odpowiednim narzędziem.
Minerały o najniższej wartości twardości są zazwyczaj tłuste
i śliskie w dotyku.
26
F. Twardość
– odporność minerału na zarysowania
(c.d.)
Skala Mohsa (1773-1839):
Stopień
Mohsa
Minerał
wzorcowy
Wzór chemiczny
1
Talk
Mg3[(OH)2Si4O10]
2
Gips
CaSO4•2H20
3
Kalcyt
CaCO3
4
Fluoryt
CaF2
5
Apatyt
Ca5F(PO4)3
6
Ortoklaz
K[AlSi3O8]
7
Kwarc
SiO2
8
Topaz
Al2F2SiO3
9
Korund
Al2O3
10
diament
C
Zarys paznokciem
Zarys gwoździem
Zarys ostrzem
stalowym
Minerały potrafią
zarysować szkło
27
G. Łupliwość – zdolność pękania pod wpływem nacisku
lub uderzenia na części ograniczone powierzchniami
płaskimi.
Łupliwość jest ściśle związana z budową wewnętrzną kryształów.
Kierunki łupliwości przebiegają zgodnie z płaszczyznami sieciowymi
w kryształach, tzn. z teoretycznymi lub istniejącymi ścianami
kryształów. Są charakterystyczne dla każdego minerału i zawsze
stałe – bez względu na kierunek nacisku i uderzenia.
Typy łupliwości:
1. Doskonała – idealnie płaskie powierzchnie (błyszczą jak lustro)
np. halit, kalcyt, miki, galena.
Minerały mają zdolność do dzielenia się na cieniutkie blaszki .
Rozłupanie minerałów w innych kierunkach jest bardzo trudne.
28
G. Łupliwość – zdolność pękania pod wpływem nacisku
lub uderzenia na części ograniczone powierzchniami
płaskimi (c.d.).
Typy łupliwości (c.d.):
2. Bardzo dobra – obecność płaskich powierzchni, ale
z niezbyt regularnymi fragmentami i pęknięciami np. gips, skalenie,
fluoryt, amfibole.
Pod naciskiem lub uderzeniem rozpadają się na odłamki
ograniczone prawidłowymi ścianami, przypominającymi ściany
kryształów naturalnych np. galena oraz sól kamienna według
sześcianu.
3. Wyraźna oraz niewyraźna – słabo dostrzegalne – ziarna
ograniczają nieregularne powierzchnie przełamu np. oliwin,
apatyt, chalkopiryt.
29
Przykłady łupliwości:
a. Łyszczyki – łupliwość doskonała jednokierunkowa
b. Halit – łupliwość bardzo dobra trzykierunkowa
c. Kalcyt – łupliwość bardzo dobra trzykierunkowa
30
H. Przełam – właściwość minerału, polegająca na pękaniu
pod wpływem naprężeń wzdłuż dowolnych, nieregularnych
powierzchni.
Rodzaje przełamu:
 Ze względu na kształt powierzchni:
1. Równy - o prawie płaskich powierzchniach
2. Nierówny:
muszlowy – minerały bardzo drobnokrystaliczne np. chalcedon, nieliczne
minerały tworzące wyraźnie duże kryształy np. kwarc.
Powierzchnia pokryta jest współśrodkowymi wgłębieniami, podobnymi
do powierzchni muszli.
Ze względu na charakter powierzchni:
1.Gładki
2. Zadziorowaty – np. azbest (skały gruboziarniste)
3. Haczykowaty – np. miedź rodzima, złoto rodzime (skały gruboziarniste)
4. Ziarnisty – kasyteryt, piryt
5. Ziemisty – kaolinit (skały drobnoziarniste)

31
Przełam – przykłady:
1. muszlowy
antracyt
czert
32
Przełam – przykłady:
2. ziemisty
limonit
limonit
33
Oddzielność – cecha pośrednia pomiędzy
przełamem a łupliwością. Polega na pękaniu
kryształów zgodnie z powierzchniami
osłabień w minerale. Takie strefy mogą być
związane z oddziaływaniem wysokiego
ciśnienia, wahań temperatury oraz innych
czynników fizycznych.
34
I. Inne cechy – charakterystyczne dla nielicznych
minerałów.
1. Zapach – nasila się podczas rozcierania i kruszenia minerału
lub ogrzewania go (podniesienie temp. można uzyskać
poprzez uderzenie młotkiem) np. siarka rodzima, halit,
minerały arsenu (podczas ogrzewania pachną czosnkiem).
2. Smak – podczas rozpuszczania w wodzie niektóre minerały
mogą mieć charakterystyczny smak np. halit (sól).
Wykonywanie próby smakowej na nieznanych minerałach
jest ryzykowne, gdyż mogą być one toksyczne.
3. Magnetyzm – np. magnetyt – do sprawdzenia cechy
wystarczy niewielki magnez.
4. Reakcje chemiczne – kalcyt reaguje z kwasem solnym (burzy
podczas reakcji).
5. Inne – radioaktywność, gęstość, ciężar właściwy itp.
35
Struktura i tekstura skał
Tekstura – opisuje ułożenie i rozmieszczenie
składników w skale. Zależy ona od dynamiki
krzepnącego stopu, od składu magmy oraz
późniejszych procesów (np. wypełnianie porów
minerałami wtórnymi).
Struktura – opisuje sposób wykształcenia
składników w skale. Określa stopień krystaliczności
skały, wielkość i kształt kryształów oraz wzajemne
stosunki pomiędzy składnikami w skale.
36
Struktura – skały magmowe, osadowe i metamorficzne
Lp.
Skały magmowe
Skały osadowe
1.
Stopień
krystaliczności skały
Kształt składników
2.
Wielkość składników
Wielkość składników
3.
Kształt składników
4.
Wzajemne stosunki
między składnikami
Skały metamorficzne
Struktury blastyczne
i krystaloblastyczne pod
względem bezwzględnej
wielkości i stosunków
wielkości blastów oraz
pod względem wielkości
blastów
Tekstura – skały magmowe, osadowe i metamorficzne
Lp.
Skały magmowe
Skały osadowe
1.
Stopień
uporządkowania
Rozmieszczenie
składników
2.
Wypełnienie
przestrzeni skalnej
Sedymentacyjne
3.
specjalne
Skały metamorficzne
Podział ze względu na
stopień uporządkowania
składników.
37
Bibliografia:
1. Ryka W., Maliszewska A., 1991, Słownik
petrograficzny, Wyd. Geolog. , Warszawa.
2. Bolewski A., 1990, Mineralogia Ogólna, Wyd.
Geolog., Warszawa.
3. Mizerski W., 2003, Geologia dynamiczna, PWN
Warszawa.
4. Czubla P., Mizerski W., 2007, Przewodnik do
ćwiczeń z geologii dynamicznej, PWN Warszawa.
38