Stijena

U geologiji, stijena je prirodna nakupina čvrstih agregata jednog ili više minerala ili mineraloida. Naprimjer, uobičajena stijena granit je kombinacija minerala kvarca, feldspara i biotita. Vanjski čvrsti sloj planete Zemlje sačinjen je od raznih stijena. Stijene je koristilo cijelo čovječanstvo tokom svoje historije. Od kamenog doba, stijene i kamenje se koristilo kao alat. Minerali i metali nađeni u stijenama bili su nezamjenjivi za nastanak ljudske civilizacije. Nauka je definirala tri osnovne grupe stijena: sedimentne, metamorfne i magmatske. Istraživanje litogeneze (grč. λίθος lithos = stijena) i petrogeneze (πέτρος petros = kamen) predstavlja osnovnu oblast istraživanja petrologije i geologije, ali također i geofizike i geohemije. Klasifikacija Na nivou zrna (granula), stijene su sastavljene iz zrnaca minerala, koji su dalje homogene čvrste tvari nastale od raznih hemijskih spojeva aranžiranih u prostoru na određeni (pravilni ili nepravilni) način. Agregatni minerali koji grade stijene međusobno su spojeni hemijskim vezama. Vrsta i rasprostranjenost minerala u stijenama određena je načinom na koji su one nastale. Mnoge stijene sadrže siliku (silicij-dioksid SiO2), spoj silicija i kisika koji sačinjava oko 74,3% Zemljine kore. Ovaj materijal gradi kristale sa drugim spojevima u stijeni. Proporcija silike u stijenama i mineralima je jedan od osnovnih faktora u određivanju njihovih imena i osobina. Stijene se geološki klasificiraju na osnovu osobina poput mineralnog i hemijskog sastava, propusnosti (poroznosti), teksture i veličine čestica od kojih su građene i slično. Te fizičke osobine su krajnji rezultat procesa koji su stvorili stijene. Tokom vremena, stijene se mogu pretvoriti (transformirati) iz jednog tipa stijene u drugi, kao što je to opisano u geološkom modelu zvanom "ciklus stijena". Ti događaji proizvode tri opće klase stijena: sedimentne, metamorfne i magmatske. Tri klase stijena su dalje podijeljene na mnogobrojne podgrupe. Ipak, ne postoji čvrsta i jasna granica između povezanih stijena. Povećanjem ili smanjenjem proporcija materijala od kojih su građene, oni prelaze iz jedne grupe u drugu, određene strukture od jedne vrste stijena često se mogu naći da postepeno ulaze u određene strukture drugih. Stoga definicije koje su usvojene pri nomenklaturi stijena odgovaraju manje-više dogovorenim određenim tačkama u neprekidno graduiranim serijama. Magmatske Magmatske stijene nastaju hlađenjem i očvršćavanjem magme odnosno vulkanske lave. Ova magma može nastati od djelimično istopljenih starijih stijena bilo u omotaču ili kori planete. Obično, topljenje stijena nastaje jednim od tri procesa: povećanjem temperature, smanjenjem pritiska ili promjenom u njihovom sastavu, mada se ova tri procesa mogu dešavati i simultano. Magmatske stijene se dijele na dvije glavne kategorije: plutonske stijene (ili plutoni) i vulkanske. Plutoni ili intruzivne stijene su rezultat kada se magma ohladi i sporo kristalizira unutar Zemljine kore. Primjer ove vrste stijena je granit. Vulkanske ili ekstruzivne stijene rezultat su kada magma dosegne površinu planete bilo kao lava ili fragment, sačinjavajući minerale poput bazalta ili plovućca. Hemijska rasprostranjenost i brzina hlađenja magme obično formira sekvencu poznatu kao Bowenova kristalizacijska serija. Većina osnovnih magmatskih stijena se nalaze duž te serije. Oko 64,7% Zemljine kore po zapremini sastoji se iz magmatskih stijena, što ih čini najraznovrsnijom kategorijom stijena. Od toga oko 66% su bazaltne i gabro stijene, 16% su granitne stijene dok su 17% granodioriti i dioriti. Samo 0,6% otpada na sienit a 0,3% na peridotit i dunit. Stijene koje čine okeansko dno su 99% od bazalta, koji je magmatska stijena mafičnog sastava. Graniti i slične stijene, poznate kao meta-granitoidi, formiraju veći dio kontinentalne Zemljine kore. Otkriveno je i opisano preko 700 vrsta magmatskih stijena, među kojima se većina formirala ispod površine Zemljine kore. Sve one imaju različite osobine u zavisnosti od sastava i uslova temperature i pritiska pri njihovom stvaranju. Sedimentne Sedimentne stijene se formiraju na površine Zemlje tako što se fragmenti starijih stijena, minerala i organizama akumuliraju (talože) i cementiraju (stvrdnjavaju) ili hemijskim taloženjem i organskim rastom u vodi (sedimentacija). Ovaj proces uzrokuje da se klastični sedimenti (dijelovi stijena) ili organske čestice (stelja, detritus) akumuliraju na površini ili za minerale da se hemijski istalože (evaporiti) iz rastvora. Isitnjena supstanca zatim prolazi kroz proces otvrdnjavanja i cementiranja pod utjecajem temperature i pritisaka (dijageneza). Prije nego što se natalože, sedimenti nastaju djelovanjem vremenskih nepogda ili od ranijih stijena putem erozije u nekom području, a zatim se prenose putem vode, vjetra ili leda (lednicima) do mjesta gdje se talože. Približno 7,9% Zemljine kore po zapremini sastavljeno je iz sedimentnih stijena, od kojih 82% otpada na škrljce, dok ostatak predstavljaju krečnjaci (6%), pješčari i arkoze (12%). Sedimentne stijene vrlo često sadrže fosile. Pošto se ove stijene formiraju djelovanjem gravitacije, najčešće se stvaraju u vodoravnim ili gotovo vodoravnim slojevima ili stratama, te se često označavaju kao slojevite stijene. Mali dio sedimentnih stijena nastao je na strminama, te se ponekad dešava da niži slojevi budu prije erodirani, a gornji slojevi potonu, te dolazi do tzv. ukrštanja slojeva (engleski: cross-bedding). Metamorfne Metamorfne stijene nastaju kada se bilo koja druga vrsta stijena: sedimentne, magmatske ili druge starije metamorfne, izlože drugačijim uslovima temperature i pritiska od onih pri kojima su se prvobitne stijene formirale. Taj proces naziva se metamorfoza, što znači "promjena forme". Kao rezultat procesa dešavaju se temeljite promjene u fizičkim i hemijskim osobinama stijene. Prvobitna stijena, poznata kao protolit, transformira se u druge mineralne vrste ili druge forme istog minerala putem rekristalizacije. Temperature i pritisci neophodni za ovaj proces su uvijek viši od onih koji vladaju na površini Zemlje: temperature više od 150 do 200 °C i pritisci viši od 1500 bara. Metamorfne stijene čine oko 27,4% Zemljine kore po zapremini. Razlikuju se tri osnovne klase metamorfnih stijena na osnovu mehanizma njihovog nastanka. Intruzija magme koja zagrijava okolne stijene prouzrokuje kontaktni metamorfizma, transformaciju u kojoj dominira visoka temperatura. Metamorfizam pritiskom dešava se kada su sedimenti zakopani duboko u kori, kada glavnu ulogu igra pritisak dok temperatura je sporedna. Ovaj proces naziva se klastični metamorfizam i njime mogu nastati stijene poput žada. Kada su prisutna oba faktora: visoka temperatura i visoki pritisak, mehanizam se naziva regionalni metamorfizam. On se obično dešava u područjima nastanka planina. U zavisnosti od strukture, metamorfne stijene se dijele u dvije opće kategorije. One koje imaju teksturu nazivaju se folijacijske, dok su sve ostale nefolijacijske stijene. Ime stijene se zatim određuje u zavisnosti od vrste prisutnih minerala. Mikašist je folijacijska stijena koja je prvenstveno sastavljena iz lamelarnih minerala poput mike. Gnajs ima vidljive trake različitih nijansi, a uobičajen primjer su granitni gnajsevi. Druge vrste folijacijskih stijena uključuju argilošiste, filite i milonite. Česti primjeri nefolijacijskih metamorfnih stijena su mramor, steatit i serpentin. Ova grupa sadrži kvarcit, metamorfnu vrstu pješčara te hornfelse. Meteoriti Poseban slučaj među stijenama predstavjaju meteoriti, stjenovita tijela u svemiru. Oni su ostaci iz rane historije Sunčevog sistema i sadrže brojne minerale koji se ne mogu naći u drugim stijenama zemaljskog porijekla. Prema sadržaju minerala u njima, mogu se podijeliti na kamene meteorite, koji se prvenstveno sastoje iz silikata poput olivina ili piroksena, željeznih meteorita, koji se najčešće sastoje iz željezno-niklovih minerala kamacita i taenita i kameno-željeznih meteorita, koji predstavljaju mješoviti tip. Veličina meteorita kreće se između mikrometeorita i ogromnih stjenovitih tijela teških nekoliko hiljada tona. U Švedskoj je otkriven fosilni meteorit star nekoliko stotina miliona godina. Zemljskog porijekla, ali nastali od udara meteorita o površinu Zemlje, su tektiti. To su staklasti objekti veličine nekoliko centimetara, nastali topljenjem zemaljskih stijena uzrokovanim udarom meteorita, a zatim su se brzo ohladili, te impaktiti koji su nastali snažnim mehaničkim i termičkim utjecajima na stijene pri udaru meteorita, kao što je to slučaj sa suevitom. Upotreba Upotreba stijena imala je ogroman utjecan na kulturološki i tehnološki razvoj ljudskog roda. Stijene su upotrebljavali ljudi i drugi hominidi prije barem 2,5 miliona godina. Kamena tehnologija označava neke od najstarijih i stalno korištenih tehnologija. Rudarenje stijena i traženje ruda korisnih metala u njima, bilo je i sve do danas predstavlja važan faktor napretka ljudske civilizacije, koja je na raznim mjestima napredovala različitim brzinama, jednim dijelom i zbog raspoloživosti metala u stijena u datom području. Rudarstvo Pod pojmom rudarstvo misli se na izdvajanje (ekstrakciju) vrijednih minerala, metala ili drugih geoloških materijala iz Zemlje, iz rudnih tijela, vena ili naslaga uglja. Ovaj pojam također obuhvata i uklanjanje površinskog sloja zemljišta. Materijali dobijeni rudarenjem uključuju bazne metale, plemenite metale, željezo, uranij, ugalj, dijamante, krečnjak, naftne škrljce, kamenu so, potašu i mnoge druge. Rudarstvo je neophodno za dobijanje bilo kojeg materijala koji se ne može dobiti procesom poljoprivrede ili dobijen umjetno u laboratoriji ili tvornici. Rudarstvo u širem smislu obuhvata izdvajanje bilo kojeg resursa (npr. nafte, prirodnog gasa, soli ili čak vode) iz zemlje. Rudarenje stijena i potraga za metalima u njima dešava se počev od prahistorijskih vremena. Moderni procesi rudarenja uključuje prethodno probno istraživanje o rudnim tijelima, njihova analiza i kalkulacije potencijalne dobiti iz predloženog rudnika, zatim izdvajanje željenih materijala te napokon priprema zemljišta i povratak u prethodno stanje nakon što se završi sa procesom rudarenja. Priroda procesa rudarenja proizvodi potencijalno negativne utjecaje na okolinu, bilo tokom operacija rudarenja ili čak godinama nakon što je rudnik zatvoren. Taj utjecaj doveo je da su mnoge države u svijetu usvojile određene zakonske regulative za upravljanje negativnim efektima po okolinu u oblasti rudarstva. Također pogledajte Ciklus stijena Reference Vanjski linkovi