Đá

Thành phần hóa học & khoáng vật

Người ta dựa vào thần phần hóa học của đá mácma, đặc biệt là silic điôxít (SiO2) để phân ra thành các đá bazo, trung tính và axit. Ngoài ra, việc phân loại theo thành phần hóa có thể gồm siêu mafic, mafic (tương đương với bazo) hay đá sẫm màu, trung tính và felsic (tương đương với axit) hay đá sáng màu. Xu hướng ngày nay người ta dùng cách gọi mafic, felsic để tránh nhầm lẫn với tính chất axit, bazo trong hóa học. Thuật ngữ felsic được hình thành khi ghép các từ fel của fenspat (tiếng Anh là Felspar) và si của silic. Từ mafic cũng hình thành theo cách tương tự: ma của magiê và f của ferrum (chỉ sắt) trong tiếng Latinh. Các đá felsic là các đá sáng màu do chứa nhiều natri và kali hơn so với các đá mafic. Các đá felsic có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhưng bền hơn trong điều kiện phong hóa so với đá mafic.
Chuỗi phản ứng Bowen miên tả quá trình mácma nguội lạnh và trình tự kết tinh các khoáng vật để hình thành các loại đá. Chuỗi phản ứng của Boween gồm hai nhánh, nhánh bên phải được gọi là chuỗi phản ứng không liên tục, còn nhánh bên trái được gọi là chuỗi phản ứng liên tục. Nhánh không liên tục bắt đầu kết tinh ở 1200 độ C đứng đầu là olivin - một khoáng vật rất giàu sắt và magie, tiếp theo là pyroxen, amphibol, và biotit. Quá trình kết tinh này làm hàm lượng SiO2 trong phần còn lại của mácma tăng cao. Trong khi đó, nhánh liên tục bên phải bắt đầu là plagioclase giàu canxi có tên gọi là anorthit, từ đây, thành phần canxi của khoáng vật này bị thay thế liên tục bằng natri để tạo ra plagioclase giàu natri-anbit. Tiếp theo muscovit và fenspat giàu SiO2 được kết tinh ở nhiệt độ thấp hơn. Thạch anh là sản phẩm kết tinh cuối cùng trong chuỗi phản ứng trên ở nhiệt độ 750 độ C.

Kiến trúc

Đá mácma có các kiến trúc khác nhau tùy theo môi trường mà chúng thành tạo. Các đá có hạt thô đồng đều là do quá trình nguội lạnh từ từ khi đó các khoáng vật có thời gian để hình thành những tinh thể, loại kiến trúc này được gọi là hiển tinh. Các đá có kiến trúc hiển tinh thường đặc trưng cho môi trường thành tạo dưới mặt đất, như granit, diorit hoặc gabro. Còn các đá nguội lạnh nhanh, các khoáng vật không có thời gian kết tinh như đá núi lửa thường có các kiến trúc ban tinh, vi tinh, ẩn tinh hoặc thủy tinh như ryolit, andesit hay bazan. Đối với các đá có kiến trúc ban tinh, sự xuất hiện các hạt tinh thể to là do chúng được hình thành từ trước dưới sâu và được mang lên trên bề mặt qua quá trình phun trào. Một số loại đá phun trào hình thành nên cấu trúc lỗ hổng hoặc cấu trúc bọt, các cấu trúc này đặc trưng cho các dung nham có chứa nhiều chất bốc (hơi nước, CO2) ở áp suất cao, khi lên đến bề mặt áp suất bị giảm nên pha khí tách ra khỏi pha lỏng, và kết quả là để lại những lỗ rỗng trong khối đá.

Đá mạch

Đá mạch là các loại đá xâm nhập khi mácma đi lên theo các khe nứt kiến tạo, đứt gãy hoặc các đá có trước bị yếu đi do các yếu tố kiến tạo. Các quá trình hình thành loại đá này có thể xảy ra trên cạn hoặc dưới đáy biển. Quá trình kết tinh có thể xảy ra ở các cấp áp suất và nhiệt độ đa dạng tùy thuộc vào vị trí và thế nằm của chúng.

Những yếu tố ảnh hưởng đến dạng nằm của đá magma

+ Hoạt tính của magma: Hoạt tính của magma liên quan tới tác dụng hóa học của magma. Hoạt tính của magma được thể hiện thông qua hàm lượng chất bốc, độ nhớt, trọng lực, áp suất thủy tĩnh... 

- Chất bốc (khí trong magma): Những magma giàu chất bốc sẽ xuất hiện các lực đưa magma xuyên vào đá vây quanh dễ dàng hơn magma nghèo chất bốc.
- Hoạt tính liên quan đến trọng lực do sự chênh lệch tỷ trọng giữa đá magma và đá vây quanh: khiến cho magma di chuyển vào đá vây quanh khi có điều kiện thuận lợi.
- Hoạt tính cũng liên quan đến áp suất thủy tĩnh (là áp suất của các khối đá trên đè xuống các khối đá dưới) do đó mà magma ở dưới độ sâu càng lớn thì có áp suất thủy tĩnh càng lớn và lò magma luôn có xu hướng dâng lên các tầng trên của Vỏ Trái đất để tạo nên các thể xâm nhập dạng vỉa, nấm...
- Hoạt tính của magma liên quan đến sự phá huỷ các cân bằng tướng khí lỏng của magma, magma có áp suất khí cao khi dâng lên phần nông của Vỏ Trái Đất, áp suất mái giảm đi có thể gây nổ và tạo các ống nổ.
- Hoạt tính của magma liên quan đến độ nhớt của magma và độ nhớt này ảnh hưởng đến hình dạng của thể đá magma: độ nhớt của magma phụ thuộc vào thành phần hóa học của magma, magma có độ nhớt càng thấp thì càng dễ chảy tràn và ngược lại (magma bazơ có độ nhớt thấp thì khi đưa lên bề mặt thường chảy tràn còn magma axit có độ nhớt cao thì thường tạo khối).
Yếu tố ngoại sinh bao gồm:
+ Hoạt động kiến tạo: Các hoạt động kiến tạo mức độ khác nhau sẽ tạo các đường dẫn khác nhau, từ đó sẽ dẫn đến hình dạng khác nhau của các thể đá magma.
+ Đặc điểm địa hình và đá vây quanh.

Dạng nằm của các đá magma xâm nhập

- Thể nền (batolit): bất chỉnh hợp với đá vây quanh, phình ra ở phía dưới và không có đáy. Kích thước thường rất lớn, tới hàng ngàn km₂.
- Thể cán: giống thể nền, chỉ khác kích thước nhỏ hơn, diện tích lộ không quá 100-200km2.
- Thể vỉa: do magma có áp lực xuyên vào khoảng giữa hai lớp đá, nó có hai mặt tiếp xúc song song, đường đưa magma lên là những khe nứt, đứt gãy. Kích thước rất khác nhau, bề dày từ vài chục mét đến hàng trăm mét. Chỉnh hợp với đá vây quanh
- Thể nấm: giống hình cái nấm hoặc bánh dày, phân biệt với thể vỉa do kích thước tương đối (chiều dày:chiều rộng>1:8), ngoài rìa mỏng dần so với phần trung tâm. Thường là các thể xâm nhập nông, nằm chỉnh hợp với đá vây quanh.
- Thể thấu kính, thể chậu: thường nằm kẹp giữa các nếp uốn, do khối nhỏ magma xuyên vào vỏ Trái đất rồi bị cuốn theo chuyển động dẻo, chúng thường không có rễ, chỉnh hợp với đá vây quanh.
- Thể tường: nằm dốc đứng bất chỉnh hợp với đá vây quanh, kích thước từ vài chục mét đến hàng trăm km.

Dạng nằm của đá magma phun trào

- Dạng dòng dung nham.
- Dạng lớp phủ.
- Dạng vòm, kim, tháp.

Phân loại

Do sự tích tụ, lắng đọng hay kết tủa trong nước của các khoáng chất, của đất đá bị phong hóa, vỡ vụn tích lũy thành khối mà thành. Dựa vào nguồn gốc hình thành có ba loại:

Đá trầm tích mảnh vụn

Đá trầm tích mảnh vụn hay trầm tích cơ học được hình thành từ các sản phẩm vụn nát sinh ra trong quá trình phong hóa các loại đá có trước tích tụ lại mà thành. Về cấu tạo, đá mảnh vụn gồm hai hợp phần là các mảnh vụn và xi măng gắn kết các mảnh vụn đó lại. Phần mảnh vụn là các hạt có nhiều kích thước khác nhau, và thành phần khác nhau; còn xi măng là các hạt có kích thước nhỏ hơn cỡ hạt sét như xi măng sét, xi măng vôi hoặc xi măng silic. Một số đá trầm tích mảnh vụn thường gặp như dăm kết, cuội kết, sa thạch.

Đá trầm tích hóa học

Đá trầm tích hóa học tạo thành do các khoáng chất hòa tan trong nước lắng đọng, kết tủa lại, như đá vôi dolomit. thạch cao, anhydrit, tup đá vôi…
Đá vôi chiếm khoảng 10-15% của các loại đá trầm tích của trái đất. Cacbonat canxi, CaCO3, có tồn tại ở hai loại khoáng vật là canxit và aragonit. Đá vôi có thể được hình thành trong nhiều cách khác nhau, canxi cacbonat có thể được kết tủa từ nước biển bão hòa, hoặc sinh học, động vật có vỏ đá vôi để lại vỏ. Có cả động vật hình thành khung xương aragonit và động vật hình thành khung xương canxit, và tùy thuộc vào loại động vật sinh sống ở một hốc đá vôi có thể khác nhau đáng kể giữa các địa điểm.
Loại phổ biến nhất của các loại đá kết tủa hóa học là evaporit, được hình thành khi nước giàu muối hòa tan bị bốc hơi. Khi bay hơi nồng độ muối tăng cho đến khi nước được bão hòa và muối bắt đầu kết tủa. Một lượng lớn các đá evaporit hình thành khi biển bốc hơi trong khu vực Địa Trung Hải trong suốt thế Miocene và dọc theo bờ Biển Chết ngày nay. Các loại khoáng evaporit gồm thạch cao (CaSO4·2H2O), thạch cao khan (CaSO4) và halit (NaCl).

Đá trầm tích hữu cơ

Trầm tích hữu cơ tạo thành do sự tích tụ xác động vật, thực vật như đá vôi, đá vôi vỏ sò, đá phấn, đá diatomit, trepen… Trầm tích hữu cơ thường bị các vi sinh vật tiêu thụ ôxy phá hủy. Tuy nhiên, nếu lượng oxy không đủ, vi sinh vật không thể phá hủy toàn bộ nguyên liệu, và nó có thể tạo thành một tảng đá hữu cơ. Các loại đá này có thể được hình thành cả trên các lục địa và đại dương. Ví dụ về một môi trường lục địa là than và biển là đá phiến dầu. Thành phần của hợp chất carbon và carbon có thể lên tới 25% và hàm lượng lưu huỳnh có thể lên tới 12%.

Đá trầm tích núi lửa

Đá hình thành do mảnh vụn của núi lửa lắng đọng và nén ép thành đá như tuff.

Môi trường biến chất

Biến chất khu vực xảy ra trong khu vực rộng lớn, chẳng hạn như các dãy núi. Khi các mảng kiến tạo hội tụ và các tầng trên của các lớp gấp lại và ép xuống làm những lớp đá hình thành trước bị lún sâu hơn, bên trên là những lớp trầm tích mới tích tụ dần gây nên áp lực và nhiệt độ gia tăng. Điều này dẫn đến cả hai quá trình tái kết tinh và thay đổi cấu trúc. Loại đá này có tính phân phiến (lớp mỏng) nên tính chất cơ học kém hơn đá mácma. Ví dụ Đá gơnai (do đá granit tái kết tinh), phiến sét (do sự biến chất của đất sét dươi áp lực cao).
Biến chất tiếp xúc xảy ra khi đá nằm bên cạnh một khối mácma bị ảnh hưởng bởi nhiệt từ mácma. Kích thước của mácma ảnh hưởng đến khoảng cách mà khối đá có trước bị biến chất. Trong một thể magma lớn, giống như một thể batolit lớn có thể đến vài km, thì lớp biến chất tiếp xúc có thể chỉ vài cm. Biến chất tiếp xúc xảy ra ở tất cả các độ sâu trong lớp vỏ, nhưng là rõ ràng nhất khi nó xảy ra gần bề mặt, bởi vì áp lực thấp, và độ lệch nhiệt độ quá lớn. Vì biến chất tiếp xúc không liên quan đến bất kỳ áp lực nào tác động lên nên các tinh thể không định hướng theo bất kỳ hướng nào. Ví dụ đá hoa (do tái kết tinh đá vôi và đá đôlômit dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất cao mà thành), thạch anh (biến chất từ cát)…
Biến chất nhiệt dịch xảy ra khi dòng nhiệt dịch nóng xen vào trong các khe nứt làm ảnh hưởng đến khối đá có trước. Điều này thường xảy ra trong các khe nứt của các hoạt động lửa, vì điều này góp phần ra nhiệt cần thiết.
Biến chất va chạm xảy ra khi thiên thạch va chạm bề mặt đất, do động năng rất lớn của thiên thạch được chuyển thành nhiệt và áp suất trong đá bị va chạm. Trong một số trường hợp, những tác động này tạo thành các coesit, một loại silica mật độ lớn, và thậm chí hình thành các hạt kim cương nhỏ. Sự hiện diện của các khoáng chất như trên cho thấy rằng ít nhất là thiên thạch đã tạo ra áp lực và nhiệt độ gây biến đổi phần trên cùng, nơi mà các khoáng vật thường được hình thành.

Cấu tạo

Cấu tạo đặc trưng của đá biến chất là phân phiến, đó là sự sắp xếp có định hướng của các khoáng vật dưới tác động của áp suất chính trong quá trình hình thành đá biến chất, ví dụ như đá gneiss, đá phiến lam, đá phiến lục. Phương áp lực sẽ vuông góc với mặt phẳng chứa các phiến. Dựa vào đặc điểm này, người ta có thể tái hiện môi trường kiến tạo vào lúc mà đá đó được hình thành. Tuy nhiên, không phải đá biến chất nào cũng có cấu tạo phân phiến. Các đá không có cấu tạo phân phiến như quartzit, đá hoa, đá sừng.