PODSTAWY GEOLOGII mgr inż. Ewa Labak Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu – Wydział Nauk o Ziemi PODSTAWY GEOLOGII mgr inż. Ewa Labak Toruń, luty 2013 r.

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

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

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

Warunki zaliczenia: UWAGA!!! 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.

Podstawowe pojęcia dotyczące budowy skał: ZAJĘCIA 1 Podstawowe pojęcia dotyczące budowy skał: Skała Minerał Makroskopowe cechy rozpoznawania minerałów A. pokrój kryształów B. barwa C. rysa D. przezroczystość E. połysk F. twardość G. łupliwość H. przełam I. inne cechy Tekstura Struktura

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.

Skała - naturalny zespół minerałów, który powstał w wyniku procesów geologicznych na powierzchni lub pod powierzchnią Ziemi. Rodzaje skał – podział ze względu na sposób powstawania: 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.

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: Minerały skałotwórcze – minerały odgrywające znaczącą rolę w budowie skorupy ziemskiej np. kwarc, skalenie potasowe, granaty. 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.

Systematyka minerałów opiera się głównie na ich składzie chemicznym 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…

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

Makroskopowe rozpoznawanie minerałów: Opiera się na właściwościach optycznych, fizycznych i mechanicznych Pokrój kryształów Barwa Rysa Przezroczystość Połysk Twardość Łupliwość Przełam Inne cechy

Pokrój kryształów – ogólny kształt kryształów 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

Pokrój kryształów – ogólny kształt kryształów 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

Natrolit – pokrój igiełkowy Piryt – pokrój izometryczny Granat – pokrój izometryczny Kwarc – pokrój słupkowy Gips – pokrój listewkowy Antymonit – pokrój pręcikowy Celestyn – pokrój tabliczkowy

Pokroje minerałów Pokrój Wymiary Przykładowe minerały Izometryczny a ≈ b ≈ c Piryt, halit, diament Tabliczkowy a ≠ b ≠ c Skalenie, plagioklazy Płytkowy blaszkowy a ≈ b ≠ c a ≈ b >>> c Miki miki Listewkowy a >>> b > c Plagioklazy (rzadko) Słupkowy pręcikowy igiełkowy włóknisty a ≈ b < c a ≈ b << c a ≈ b <<< c a ≈ b <<<< c Kwarc, turmaliny, amfibole antymonit epidot chryzotyl

Kształt przekrojów ziaren: Pokrój blaszkowy – widoczne w postaci przekrojów o kształcie kreseczki bądź nieregularnej plamki. Ziarna izometryczne – przekroje w postaci lekko wydłużonych prostokątów, trójkątów lub innych figur o zarysie zbliżonym do okręgu. Pokrój słupkowy – 2 rodzaje przekrojów: wydłużone paski lub trójkąty - minerał przecięty wzdłuż dłuższej osi, niewielkie plamki – minerał przecięty poprzecznie w stosunku do wydłużenia.

Barwa – cecha charakterystyczna minerału Barwa – cecha charakterystyczna minerału. Jest niezależna od miejsca jego pochodzenia. Ze względu na barwę wyróżnia się: Minerały barwne (idiochromatyczne) – stała, charakterystyczna barwa np. granit (czarny), siarka rodzima (żółta), malachit (zielony). Minerały bezbarwne (achromatyczne) – brak charakterystycznej barwy. Mogą one być zupełnie bezbarwne i przeźroczyste. Minerały zabarwione (alochromatyczne) – minerały bezbarwne zawierające domieszki różnych pierwiastków barwiących np. kwarc. *Alochromatyczność spowodowana jest obecnością różnych zanieczyszczeń, pęknięć czy śladowych ilości różnych pierwiastków,

Pleochroizm – cecha niektórych minerałów zabarwionych 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. aleksandryt kordieryt

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.

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).

Połysk – właściwość minerałów związana ze sposobem odbijania światła 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

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).

Inne cechy optyczne: 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.). iryzacja – różnobarwne odblaski pojawiające się na ścianach i płaszczyznach łupliwości niektórych plagioklazów. Spowodowane to jest występowaniem drobnych wrostków (Rys.2.).

Rys.1. opalizacja (Opal) Rys. 2. Iryzacja (opal z Etiopii)

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.

Twardość – odporność minerału na zarysowania (c.d.) Skala Mohsa (1773-1839): Stopień Mohsa Minerał wzorcowy Wzór chemiczny 1 Talk Mg3[(OH)2Si4O10] Zarys paznokciem 2 Gips CaSO4•2H20 3 Kalcyt CaCO3 Zarys gwoździem 4 Fluoryt CaF2 5 Apatyt Ca5F(PO4)3 Zarys ostrzem stalowym 6 Ortoklaz K[AlSi3O8] 7 Kwarc SiO2 Minerały potrafią zarysować szkło 8 Topaz Al2F2SiO3 9 Korund Al2O3 10 diament C

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.

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.

Przykłady łupliwości: Łyszczyki – łupliwość doskonała jednokierunkowa Halit – łupliwość bardzo dobra trzykierunkowa Kalcyt – łupliwość bardzo dobra trzykierunkowa

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)

Przełam – przykłady: 1. muszlowy antracyt czert

Przełam – przykłady: 2. ziemisty limonit limonit

Oddzielność – cecha pośrednia pomiędzy przełamem a łupliwością 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.

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.

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.

Struktura – skały magmowe, osadowe i metamorficzne Lp. Skały magmowe Skały osadowe Skały metamorficzne 1. Stopień krystaliczności skały Kształt składników Struktury blastyczne i krystaloblastyczne pod względem bezwzględnej wielkości i stosunków wielkości blastów oraz pod względem wielkości blastów 2. Wielkość składników 3. 4. Wzajemne stosunki między składnikami Tekstura – skały magmowe, osadowe i metamorficzne Lp. Skały magmowe Skały osadowe Skały metamorficzne 1. Stopień uporządkowania Rozmieszczenie składników Podział ze względu na stopień uporządkowania składników. 2. Wypełnienie przestrzeni skalnej Sedymentacyjne 3. specjalne

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.