This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
OSNOVE MINERALOGIJE I PETROLOGIJE
OPĆAMINERALOGIJA
SISTEMATSKAMINERALOGIJA
PETROLOGIJA
KRISTALOGRAFIJA
KEMIJSKA I FIZIKALNA SVOJSTVA MINERALA
GENEZA MINERALA
NESILIKATI SILIKATI
PETROLOGIJA MAGMATSKIH STIJENA
PETROLOGIJA METAMORFNIH STIJENA
PETROLOGIJA SEDIMENTNIH STIJENA
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
STIJENE SU MINERALNI AGREGATI
MONOMINERALNE
POLIMINERALNE
Grč. petra = stijena Stijena vs. kamen
CIKLIČKI POSTANAK MINERALA I STIJENA
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
POSTANAK STIJENA JE GEOLOŠKI PROCES - PETROGENEZA
PRIJENOS TOPLINE PRIJENOS TVARI KEMIJSKI PROCESI
KondukcijaKonvekcijaRadijacija
MehaničkiDifuzijom
Ovise o sredini:Hidrološki MagmatskiBiokemijskiTrošenje
2
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
RH90 % sedimentne10 % magmatske + metamorfne
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
UPOTREBA STIJENA
Prirodni – arhitektonsko-grañevni kamen
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
Prirodni – arhitektonsko-grañevni kamen
Tehnički grañevni kamenSirovina za proizvodnju grañevnog materijala
Sedimentne – obojene od organske tvari i minerala željeza (nestabilne boje)
Metamorne – slične ishodišnoj stijeni (stabilne boje)
*cestogradnja
4
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
Gustoća je odnos mase i volumena nekog tijela [kg/m3]. Ovisi o kemijskom sastavu i kristalnoj rešetci – veća kod minerala s većim atomskim brojem i gušćim rasporedom materijalnih čestica.
Petrogeni minerali 2.6 g/cm3
Rudni minerali 4.0 – 7.5 g/cm3
Gustoća
ρo = ∑ ρoi × Vi
n
i = 1
*sadržaj vode
*sadržaj rudnih minerala
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
Prostorna masa
*stvarna gustoća
ρo = (Vm + Vp)
mo
ρo = ρ × (1 - p)
poroznost 1,0 – 1,5Lagan
> 3,0Izrazito težak
2,5 – 3,0Težak
1,5 – 2,5Srednje težak
< 1,0Izrazito lagan
prostorna masa (g/cm3)Kategorija
*najčešće izmeñu 2,2 i 3,1 g/cm3
Travetin
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
Poroznost
*0,1 – 50 %*primarna vs. sekundarna
Relativna prel = mv × mo
V
mv – masa vodom zasićenog kamenamo – masa suhog kamenaV – volumen kamena u prirodnom stanju Travetin
*sposobnost upijanja i zadržavanja vode*otpornost na smrzavanje*mehanička svojstva
Apsolutna p = Vp × 100 (%) ili p = 1 – ρ × 100 (%)
= ispunjavanje relativne poroznosti (kamen potopljen u vodi prima odreñenu količinu vode)
w = mv – mo × 100 (%)mo
*0,1 – 50 %
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
Apsolutna – utiskivanje, odskok, brušenje
Relativna – Mohsova skala
Tvrdoća = otpornost na habanje
140 00010Dijamant
1 0009Korund
1758Topaz
Turpija 1207Kvarc
Turpija376Ortoklas
Čelični nož6,55Apatit
Čelični nož54Fluorit
Cu-šiljak4,53Kalcit
Nokat1,252Gips
Nokat0,031Talk
Para ihRosiwal(apsolutna)
Mohs(relativna)
Mineral
*monomineralne vs. polimineralne stjene
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
Tlačna čvrstoća
= odupiranje kamena vanjskim silama= sila potrebna da se pri statičko jednosmjernom opterećenju zdrobi uzorak odreñenog oblika i veličine te slobodnih strana.
βp = F (MPa)A
* 5 – 300 MPa ili MN/m2
Površina uzorka
a) vlačna čvrstoća - paralelno s vlaknimab) vlačna čvrstoća - okomito na vlaknac) tlačna čvrstoća - paralelno s vlaknimad) tlačna čvrstoća - okomito na vlaknae) tvrdoća - paralelno s vlaknimaf) tvrdoća - okomito na vlaknag) čvrstoća na savijanje
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
Trajnost kamena
Otpor prema fizikalnim i kemijskim utjecajima razaranja tijekom vremena.
Fizikalni utjecaji
VlagaKristalizacija različitih soli (kloridi, nitrati, karbonati, sulfati)InsolacijaTemperaturne promjene
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
8
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
PETROLOGIJA ILI ZAŠTO PROUČAVAMO STIJENE?
EKONOMSKI ZNAČAJ
PROUČAVANJE ŽIVOTA NA ZEMLJI
Razvoj života
Starost Zemlje
Klimatske promjene
Raspored kontinenata (promjene)
Fosilna morska zvijezda ukazuje na oscilaciju morske razine i/ili uzdizanje Milosa, Grčka
Zemljina kora
Rasprostranjenost stijena je nejednolikaOvisi o mjestu i načinu postanka, te stabilnostima u odreñenim uvjetima
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
Površina Zemlje
9
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
MAGMATSKE STIJENEMAGMATSKE STIJENEKristalizacija pretežno silikatne taljevine (magma, lava)SASTAV MAGME: 8 GLAVNIH ELEMENATA (O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg)Fluidni sastojci (plinovi, pare)Viskoznost magme – ovisi o temperaturi, kemijskom sastavu i tlakuNiža temperatura – veća viskoznostViša temperatura – manja viskoznostKISELE MAGME (BOGATE SiO2) – JAKO VISKOZNE POPUT TIJESTABAZIČNE MAGME (SIROMAŠNE SiO2) – FLUIDNE, POKRETLJIVEViši tlak – veća viskoznostNiži tlak – manja viskoznost
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
Zastupljenost elemenata u Zemljinoj kori
Relativna zastupljenost sedam najčešćihelemenata koji čine 97% mase Zemlje.An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology, by John Winter , Prentice Hall.
Moderne spektroskopske tehnike–fazne i elementne analize (AES,
AAS, XRF, XRD)
10
MagmaNastaje na granicama pločaKreće se prema površini zbog razlike u gustoći izmeñu nje i okolnih stijena, pri čemu se smanjujuse tlak i temperatura.Lava
Magma koja izañe na površinu Zemlje.
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
Promjena sastavaKristalizacijska diferencijacija – izdvajanje minerala kristalizacijomAsimilacije stijena koje se u dodiru s magmom tale.
Bowen (1922) je pretpostavio dva kristalizacijska niza.
Kontinuirani niz plagioklasa – ravnotežna kristalizacija
Diskontinuirani niz feromagnezijevih minerala – frakcijska kristalizacija
Nizovi kristaliziraju usporedno i to u magmatskom (pirogenom) stadiju kristalizacije
magme i tvore većinu magmatskih stijena.
Magmatska diferencijacija – proces postanka više od jedne vrste stijena iz zajedničke
taljevine.
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
Kakva je izvorna, primarna magma?STADIJI
KRISTALIZACIJEMAGME
MAGMATSKI(PIROGENI)
PEGMATITNI PNEUMATOLITNI HIDROTERMALNI
RANI STADIJKRISTALIZACIJE
GLAVNI STADIJKRISTALIZACIJE
Magmatski stadijiRani stadij kristalizacije.
Mg-Fe silikati (olivin) te oksidi I sulfidi Fe, Ti, Cr, V, Bi i Cu.
Stijene nastaju i u pegmatitnom stadiju (u pukotinama ranije čvrslih stijena). Sadrže krupnekristale u čijem je sastavu povećani udioRijetkih elemenata (Be, Li, B, W, Mo, Sn itd.) ifluida (plinova i para – H2O, H2S,CO2, SO2, Cl
11
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
Petrogeni minerali u magmatskim stijenama
• Kristaliziraju iz magme
• Glavni (bitni) minerali nastali procesom koji je dao stijenu, ima ih > 10 vol. %, klasifikacijastijene
MINERALOŠKI SASTAVnpr. unutar kiselih: graniti, dioriti, monzoniti...
BOWENOV NIZ!
Magmatska stijena nastala je skrutnjavanjem rastaljenog ili djelomično rastaljenog materijalakojeg nazivamo magma.
Intruzivna EfuzivnaŽilna
MJESTO NASTANKADubinske (plutonske, intruzivne)dublji dijelovi litosfere, visoki tlak, polagano hlañenje, potpuna kristalizacija
Batolit• Dimenzije >100 km2
• nepravilan oblik
• odsutnost podloge(nepoznata)
• diskordantan odnos
• izdužen i II osima
planinskih vijenaca
Štok (greda)• Dimenzije < 100 km2
•Nepoznata podloga
ApofizeKsenoliti (enklave)
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
Žičnepukotine stijena (hlañenje magme, lave, vrućih otopina i para). Brzo hlañenje pri visokom tlakuŽila – tanka ploča nastala u pukotinama. Nepravilno presijeca slojeve sedimenataSklad – pločasto tijelo utisnuto izmeñu slojeva sedimenataNek ili dimnjak – ispunjen cjevasti prolaz prema površini ispod nekadašnjeg vulkana
1 boranje i izdizanje krovine
2 asimilacija stijena na kontaktu, parcijalno taljenje, taljenje u pojedinim zonama
3 uklapanje ksenolita
4 deformacija rubnih djelova okolnihstijena(ductile rock deformation)
Lakolit , gljivasta forma, veličinomizmeñu sila i štoka(nekoliko km2), ravna podina zakrivljena krovina.
Lopolit intrudirao u bazen, tanjurasto tijelo, konkordantno, stratificirano s bazičnim donjimdijelom.
MJESTO NASTANKAPOVRŠINSKE, IZLJEVNE, EFUZIVNE
Pepeo < 4 mm Lapili 4 do 32 mm
Bombe > 32 mm
Efuzivne – površina ili blizu površine, niski tlak, brzohlañenje, ponekad nepotpuna kristalizacija
Ploča - Velika površina, mala debljina, izlijevanje bazične lave male viskoznosti kroz velike pukotineKupa - Nekadašnji vulkanski čunj sa slojevima ohlañene kisele lave velike viskoznosti
Feldspati (alkalijski feldspati i plagioklasi) - KAlSi3O8,
NaAlSi3O8, CaAl2Si2O8
Feldspatoidi << SiO2 nefelin, leucit
BOJA ODRAZ KOLIČINSKOG I PROSTORNOG ODNOSA SVIJETLIHPREMA TAMNIM MINERALIMA U STIJENI
Najtamnije
Najsvijetlije
• LEUKOKRATNE STIJENE – do 30 vol.% femskih (tamnih) minerala• MEZOKRATNE STIJENE – 30 – 60 vol.% femskih minerala• MELANOKRATNE STIJENE – više od 60 vol.% femskih minerala• ULTRAMAFITNE STIJENE – 90 vol.% femskih minerala ili više
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
ULTRAMAFITNA vs. ULTRABAZIČNA stijena
>90 VOL % FEMSKIH MINERALA >45 tež. % SiO2
Graniti, Papuk, tehnički grañevni kamen i arhitektonski kamen
LEUKOKRATNE STIJENE – do 30 vol.% femskih (tamnih) minerala
15
MELANOKRATNE STIJENE – više od 60 vol.% femskih mineralaKamenolom Hruškovec, KalnikTehnički grañevni kamen – dijabazi i bazalti
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
Granularitet
Veličina mineralnih sastojaka1. Faneritna (makrokristalasta) stijena – mineralni sastojci se vide okom2. Afanitna (mikrokristalasta) stijena – mineralni sastojci se vide tek petrografskim
mikroskopom3. Kriptokristalasta stijena – mineralni sastojci se ne vide polarizacijskim mikroskopom
ili se vide samo uz veliko povećanje (elektronski mikroskop ili rendgenska difrakcijska analiza)
Faneritna stijena Afanitna stijena10 cm
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
20-ak minerala zastupljeno u većoj količini svega, obično sadrže 1 do 4 glavna minerala.Učestalost1. Feldspati (gotovo 60 vol.%)2. Augit i hornblenda (17 vol.%)3. Kvarc (12 vol.%)4. Tinjci 4 vol.%5. Ostali minerali (8 vol.%)6. Ponekad i vulkansko staklo
Mineralni sastav
Prema udjelu:Glavni – prevladavaju u stijeni i odreñuju joj glavna svojstvaSporedni – nalaze se u manjoj količiniAkcesorni – prisutni u zanemarivoj količini
Simplificirana klasifikacija Simplificirana klasifikacija magmatskihmagmatskih stijenastijenaDijagram za grafičko odreñivanje približnog mineralnog sastava glavnih magmatskih stijena
16
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
Primarni minerali – nastali kristalizacijom iz magme ili lave pri prijelazu taljevine u čvrstostanjeSekundarni minerali – nastali kasnije izmjenom ili alteracijom primarnih mineralahidrotermalnim procesima ili trošenjem
Prema vremenu postanka
Cpx
Olivin
Serpe
ntin
Smjesa sekundarnih minerala
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
Uzdužni presjeci amfibola metmorfoziranih u smjesu biotita i magnetita, alteracijenapreduju po rubovima i pukotinama kalavosti. Pl. Rogozna, Kosovo
STRUKTURE MAGMATSKIH STIJENA
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
Strukturaeng. texturevažna za odreñivanje uvjeta postanka (geneza) i za klasifikaciju stijenaIzražena je:1. Meñusobnim odnosom i rasporedom minerala (zrnata, porfirna,
Plutonske ili intruzivne stijene (i neke žične stijene)
Zrnasta ili granularna struktura nastaje polaganim hlañenjem i gubitkom plinova, formiraju se
mineralni individuumi ojednakih dimanzija, potpuno kristalizirane stijene, dodirivanje minerala.Prema obliku mineralnih individuuma:Idiomorfna zrnata ili granularna – minerali su pravilnog oblikaHipidiomorfna zrnata ili granularna – minerali su djelomično pravilniAlotriomorfna zrnata ili granularna – minerali su nepravilnog oblika
STRUKTURE MAGMATSKIH STIJENA
Idiomorfni Hipidimorfni
Alotriomorfni
17
Vulkanske ili ekstruzivne stijene
Afanitine - kristali nisu vidljivi golim okomPorfirne - (efuzivne stijene) sastoji se od minerala nastalih tijekom 2 dogañaja (dvije generacije)
1. Fenokristali (utrusci) – krupni minerali nastali polaganim hlañenjem taljevineu ranoj fazi postanka stijene2. Osnova – staklasta ili sitnokristalasta masa nastala bržim hlañenjem kadadjelomično kristalizirana taljevina doñe u uvjete niže tempertaure i tlaka.
Hijalinska ili staklasta - nekristalizirana; brzo hlañenje (obsidijan)Vezikularna - vezikule (šupljine, pore, kaverne formirane ekspanzijom plina
Žične stijene Intergranularna struktura (ofitna ili dijabazna struktura – augiti u meñuprostorima plagioklasa)
– u meñprostorima neorijentiranih štapićastih plagioklasa nalaze se drugi minerali
Pegmatiti (hipoabisalne) - vrlo veliki klasti (cm do 10-tak cm), polagano hlañenje, formiraju žila ili
slojeve unutar intruzivnog tijela
GRAFITNA struktura - Mikroskopsko proraštanjekvarca i k-feldspata
Granitni pluton
PiroklastitiFragmentalna - sastavljena od razloženog magmatskog materijala
Sastoji se od fragmenata piroklastita nastalih tijekom vulkanske erupcije (bombe, lapili, pepeo).
18
VULKANSKE ILI EFUZIVNEHlañenje koje neznatno odmičetemperaturu (Ta) od talištapogoduje brzom rastu i malombroju kristalizacijskihjezgara(nukleacija) te daje sveganekoliko krupnih zrna.
PLUTONSKE ILI INTRUZIVNE
Sporo hlañenje udaljava ravninuundercooling (Tb), tako da sporijirast i brojna nukleacija dajesitnozrnati mineralni agragat .
STAKLO
Vrlo naglo hlañenje daje malo iliništa jezgara, nema rasta (Tc) i nastaje staklo.
Grafički prikaz odnosa količine nukleacije i brzine rastakristala u funkciji temperature ispod točke tališta.
STRUKTURA prema stupnju kristalinitetaPLUTONSKE ILI INTRUZIVNE STIJENEZRNATA HOLOKRISTALINA (mikroskopski)
PRIMJERI
19
Zrnasta – većina zrna je alotriomorfna, neka hipidiomorfna
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
STRUKTURA prema stupnju kristaliniteta i obliku zrnaPLUTONSKE ILI INTRUZIVNE STIJENEZRNATA HOLOKRISTALINA (mikroskopski)
~120º
~120º
? Kakva je čvrstoća ove stijene
PRIMJERI
Zrnasta – hipidiomorfna, dio zrna anhedralan, dio subhedralan i euhedralan. (idiomorfna, većina zrna je euhedralna - nemoguća u holokristalnoj stijeni)
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
STRUKTURA prema stupnju kristaliniteta i obliku zrnaPLUTONSKE ILI INTRUZIVNE STIJENEZRNATA HOLOKRISTALINA (mikroskopski)
PRIMJERI
UVOD U MINERALOGIJU I PETROLOGIJU - PETROLOGIJA
STRUKTURA prema stupnju kristaliniteta i obliku zrnaVULKANSKE ILI EFUZIVNE STIJENEPORFIRNA (makroskopski)
Krupnija zrna - fenokristali u mikrokristalastom matriksu (osnovi) ukazuju na dva stupnja hlañenja:
1. u dubini – formiranje fenokristala2. na površini – brzim hlañenjem – formiranje matriksa