PO CO ZASTANAWIAĆ SIĘ NAD TYM, JAK POWSTAJĄ SKAŁY?

Transkrypt

1 PO CO ZASTANAWIAĆ SIĘ NAD TYM, JAK POWSTAJĄ SKAŁY? (1) Aby poszukiwać surowców złoża wiążą się z określonymi procesami geologicznymi, w tym magmowymi procesami skałotwórczymi; (2) Dla celów ogólnogeologicznych np. przy charakteryzowaniu budowy geologicznej jakiegoś obszaru w pracach kartograficznych (tu ostateczny cel jest też surowcowy ); (3) Dla celów poznawczych chcemy wiedzieć, w jaki sposób powstają skały (tak naprawdę ta wiedza zmniejsza nakłady przy poszukiwaniach surowców, znając mechanizmy powstawania skał można wykluczyć pewne niepotrzebne prace poszukiwawcze). OBSERWACJE: opis terenowy, opis mikroskopowy, różne badania chemiczne OBSERWACJE + WIEDZA = PROCESY W WYNIKU KTÓRYCH POWSTAŁA SKAŁA

2 W podobnych warunkach geologicznych w skałach o podobnym składzie chemicznym powstają takie same zespoły minerałów zatem powstają one w warunkach równowagi chemicznej

3 Podstawowe definicje układ: wydzielona część rzeczywistości, którą można traktować jako odrębną od reszty Wszechświata; układ definiuje się w oparciu o minimalną ilość składników chemicznych składniki: wzory (substancje chemiczne) konieczne do opisania składu układu fazy: formy materii w układzie, które sa fizycznie oddzielone jedna od drugiej wariancja (stopień swobody): liczba sposobów, na które można zmieniać zmienne układu, nie zmieniając jego stanu

4 REGUŁA FAZ GIBBSA F = C P F - liczba stopni swobody układu C - liczba składników układu P - liczba faz w układzie reguła faz dotyczy układów zamkniętych, tzn. takich, które nie mogą wymieniać składników z otoczeniem; wtedy są dwie niezależne zmienne, które mogą oddziaływać na układ: ciśnienie (P) oraz temperatura (T) - ich oddziaływanie wyraża liczba 2.

5 DIAGRAMY FAZOWE (1) Zmiany stanu układu są pokazane jako funkcje zmiennych intensywnych (P i T) (2) Zmiany składu chemicznego są pokazane jako funkcje P lub T

6 Diagram fazowy wody

7 Układ SiO 2 (krzemionka) - nefelin (Na 2 O Al 2 O 3 SiO 2 ) w 1 bar (Schairer & Bowen 1956)

8

9 Układ albit - anortyt w ciśnieniu 1 bar (Bowen 1913): Dwa składniki o nieograniczonej mieszalności

10 Układ typu minimalnego: albit-ortoklaz

11 Ben More

12 Powstawanie magmy Powstanie stopu w wyniku przetopienia protolitu, segregacja stopu od protolitu i kumulacja w większe masy Powstawanie skał magmowych Intruzja magmy, jej krystalizacja i dyferencjacja, stygnięcie zestalonej skały do temperatury otoczenia Topnienie mokre i suche (dehydratacyjne)

13 Warunki kruche i podatne w litosferze Pierwsze krople stopu: kąt zwilżania Migracja stopu w warunkach ciśnienia litostatycznego Migracja stopu w warunkach stressu

14 Podstawowe mechanizmy intruzji magm w warunkach plutonicznych

15 Cykl Wilsona Stadium Przykład Dominujący ruch Cechy charakterystyczne Zalążkowe Młode Doliny ryftowe wschodniej Afryki Morze Czerwone, Zatoka Adeńska Pionowy Doliny ryftowe Toleitowe bazalty trappowe, punktowy wulkanizm alkaliczny Spreading Wąskie morza z równoległymi brzegami i osiową depresją Dojrzałe Atlantyk Spreading Baseny oceaniczne z aktywnym grzbietem Schyłkowe Pacyfik Skracania Łuki wyspowe i przyległe rowy Końcowe Blizna końcowa Morze Śródziemne Indus line w Himalajach Skracanie i wypiętrzanie Skracanie i wypiętrzanie Młode góry Skały magmowe Typowe osady Metamorfizm Toleitowe bazalty trappowe, punktowy wulkanizm alkaliczny Toleitowe bazalty trappowe, punktowy wulkanizm alkaliczny Andezyty, granodioryty Skały wulkaniczne, granodioryty Podrzędne Osady szelfowe i basenowe, możliwe ewaporaty Obfite osady szelfowe ( miogeosynklinalne ) Obfite osady pochodzące z łuków wysp ( eugeosynklinalne ) Obfite osady pochodzące z łuków wysp ( eugeosynklinalne ), możliwe ewaporaty Bez znaczenia Bez znaczenia Podrzędny Lokalnie rozległy Lokalnie rozległy Młode góry Podrzędne Red beds Rozległy

16 Budowa Ziemi a procesy magmowe

17

18

19 MINERAŁY GÓRNEGO PŁASZCZA oliwin (Mg,Fe) 2 [SiO] 4 forsteryt Mg 2 [SiO] 4 fajalit Fe 2 [SiO] 4 ortopiroksen (Mg,Fe) 2 [Si 2 O 6 ] enstatyt Mg 2 Si 2 O 6 ferrosylit Fe 2 Si 2 O 6

20 MINERAŁY GÓRNEGO PŁASZCZA klinopiroksen Ca(Mg,Fe)[Si 2 O 6 ] diopsyd CaMg[Si 2 O 6 ] hedenbergit CaFe[Si 2 O 6 ] jadeit NaAl[Si 2 O 6 ]

21 MINERAŁY GÓRNEGO PŁASZCZA plagioklaz albit NaAlSi 3 O 8 anortyt CaAl 2 Si 2 O 8 spinel MgAl 2 O 4 FeCr 2 O 4 MgCr 2 O 4 granat pirop Mg 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 almandynfe 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 grossular Ca 3 Al 2 [SiO 4 ] 3

22

23 FAZY STREFY PRZEJŚCIOWEJ I DOLNEGO PŁASZCZA oliwin Mg 2 SiO 4 ortopiroksen Mg 2 Si 2 O 6 (410 km) wadsleyit Mg 2 SiO 4 majoryt Mg 3 [(MgSi)Si 3 O 12 ] (struktura granatu) (520 km) ringwoodyt Mg 2 SiO 4 (struktura spinelu) (670 km) perovskit MgSiO 3 + peryklaz MgO

24

25 Konwekcja w płaszczu I

26 Konwekcja w płaszczu II

27

28 Downwelling

29 Downwelling

30 Upwelling

31

32 Litosfera I

33 Skład chemiczny pierwotnego płaszcza

34 SiO 2 (wt. %) TiO < Al 2 O Cr 2 O Fe 2 O a) MnO NiO MgO CaO Na 2 O K 2 O 0.06 <0.04 < P 2 O LOI b) sum MORB, northern EPR

35 Kiedy zaczyna się topić perydotyt?