5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY

1. 5. CHEMICKÉ A MINERÁLNE ZLOŽENIE ZEMSKEJ KÔRY

2. Diferenciáciu Zeme na jadro, plášť a kôru je možné vysvetliť dvomi spôsobmi : • heterogénna akrécia - v počiatkoch bola Zem železná meteorická hmota, na ktorú sa hromadili silikátové meteority • homogénna akrécia – Zem sa utvorila z nerozlíšeného silikátového (chondritického) materiálu a rozdelenie na zemské obaly bolo spôsobené hustotnou diferenciáciou v dôsledku gravitácie Siderofilné prvky tvoria zliatiny s Fe Priemerné chemické zloženie zemskej kôry Chalkofilné prvky majú afinitu k S

3. Chemické zloženie zemskej kôry – klarky Klark – priemerný hmotnostný (atómový) obsah prvku vyjadrený v % makroprvky→ klark je vyšší ako 1,0 (8 základných prvkov podieľajúcich sa na stavbe zemskej kôry) mikroprvky→ klark je nižší ako 1,0 na zložení zemskej kôry sa podieľajú len 1,5 Štúdiom chemického zloženia Zeme, migrácie prvkov a zákonitostí ich rozšírenia sa zaoberá vedný odbor geochémia

4. Minerály a horniny • Horniny sú zoskupenia minerálov alebo organických zvyškov, ktoré vznikli prírodnými procesmi a v zemskej kôre tvoria samostatné geologické telesá • Najčastejšie sú zložené z kryštálov rôznych minerálov – polyminerálne horniny (napr. žula → živec, kremeň, sľuda) • Monominerálne horniny – sú zložené len z kryštálov jedného minerálu (napr. kvarcit → kremeň, vápenec → kalcit) • Chemické zloženie hornín sa nedá vyjadriť chemickým vzorcom, udáva sa percentuálnym zastúpením obsahov oxidov – SiO2, TiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MnO, MgO, CaO, Na2O, K2O, H2O, P2O5 • Vlastnosti hornín závisia aj od veľkosti a tvaru stavebných častíc → štruktúra • a usporiadania stavebných častíc→ textúra • Horniny podľa vzniku delíme : • magmatické (vyvreté) – stuhnuté z taveniny (magmy) • sedimentárne (usadené) – usadené z roztokov a voľných častíc • metamorfované (premenené) – zmenené teplom a tlakom • reziduálne (zvyškové) – spevnené nepremiestnené zvetraliny

5. Minerály a ich výskyt v zemskej kôre • Minerál je kryštalická, anorganická, fyzikálne a chemicky rovnorodá prírodnina • Za minerály je možné považovať látky vyhovujúce nasledovným podmienkam: • tuhé kryštalické látky (výnimka Hg, voda / ľad) • prírodného pôvodu • anorganické • chemické zloženie je vyjadriteľné chemickým vzorcom Mineraloidy – prírodné tuhé látky, ktoré si zachovávajú tvar – nemajú však vnútorné kryštalické usporiadanie – tieto beztvaré (amorfné) látky sú nestále a ľahko rekryštalizujú a preto sú v horninách zriedkavé Kryštál – minerálny jedinec, ktorého stavebné častice sú v priestore pravidelne, periodicky usporiadané Agregát – vedľa seba zoskupené kryštály Drúza – nepravidelne zoskupené kryštály na stenách puklín Geóda - nepravidelne zoskupené kryštály v dutinách Dendrity – kríčkovité povlaky v puklinách (najčastejšie oxidy Mn)

6. Dendrity Drúza / Agregát Geóda

7. Tvar kryštálov Idiomorfné kryštály - dokonale obmedzené kryštály Hypidiomorfné kryštály – sčasti dokonale obmedzené kryštály Alotriomorfné / Xenomorfné kryštály – nedokonale obmedzené kryštály Súmernosť a pomer kryštalografických osí je hlavným kritériom pre zaradenie kryštálu k určitej kryštalografickej sústave Trojklonná – triklinická Jednoklonná – monoklinická Kosoštvorcová – rombická Štvorcová – tetragonálna Šestuholníková – hexagonálna Trojuholníková – trigonálna Kocková - kubická

8. Polymorfózy (polymorfné modifikácie) – chemicky rovnaké, hustotne (g.cm-3 ), tvrdosťou, farbou, kryštalograficky .... odlišné minerály • napr. Al2SiO4O andaluzit 3,15 g.cm-3 rombický • silimanit 3,25 g.cm-3 rombický • kyanit (distén) 3,63 g.cm-3 triklinický • napr. SiO2 – stabilná modifikácia je kremeň (α kremeň 2,648 g.cm-3) • vysokoteplotné sú tridymit, kristobalit (2,334 g.cm-3) • vysokotlakové sú stišovit (4,287 g.cm-3), coesit (2,911 g. cm-3) • Vznik rôznych modifikácií (minerálnych fáz) je podmienený teplotnými a tlakovými podmienkami (pT podmienky) v mieste vzniku → geologický termobarometer • - ako citlivé indikátory presne stanoviteľných pT podmienok slúžia mnohé minerály (nie iba modifikácie !)

10. Fyzikálne vlastnosti minerálov • Anizotropia – kryštál minerálu má v rôznych smeroch rôzne fyzikálne vlastnosti s výnimkou hustoty (tvrdosť, štiepateľnosť, tepelnú/elektrickú vodivosť, index lomu svetla)→ vlastnosti závisia na kryštalografickom smere • - amorfné látky (bez kryštalografického usporiadania) sú izotropné → vo všetkých smeroch rovnaké vlastnosti • Štiepateľnosť minerálov – vlastnosť odlamovať sa podľa rovných plôch → štiepne tvary → lístky, stĺpce, kocky ... - lomové plochy – závisia od kvality štiepateľnosti → nerovné lomové plochy → nedokonalá štiepateľnosť • Farba – farebné minerály majú charakteristickú / nemennú farbu • farba vrypu / farba oteru môže byť zhodná alebo rozdielna od farby minerálu (napr. hematit Fe2O3) • zafarbené minerály – zafarbenie spôsobujú prímesy napr. kremeň (SiO2) → • citrín – žltý, ametyst – fialový, ruženín – ružový, záhneda – hnedá • korund (Al2O3) → zafír – modrý, rubín - červený

11. Farba minerálov je spôsobená obsahom prvkov a naopak farba môže byť dobrým indikátorom prítomnosti prvkov v mineráli • napr. • pyroxén, amfibol, olivín → obsahujú Fe, Mg → tmavé minerály (oceánska kôra) • živce, kremeň → obsahujú Na, Ca, K, Si, → svetlé minerály (pevninská kôra) • Priesvitnosť – schopnosť prepúšťať svetlo, minerály, ktoré svetlo neprepúšťajú sa nazývajú opakné • Lesk – kvalita a intenzita odrazu svetla od povrchu minerálu • Tvrdosť – odolnosť minerálu proti vnikaniu cudzieho predmetu (poškrabaniu) • Mohsova stupnica tvrdosti :

12. Hustota – je pomer hmotnosti a objemu danej látky / minerálu (g.cm-3) • závisí od kryštálovej štruktúry (diamant/grafit) a atómovej hmotnosti prvkov tvoriacich daný minerál • od hustoty minerálovej závisí hustota hornín čo má mimoriadny vplyv na charakter tektonických procesov • hustota hornín ovplyvňuje gravitačné pole → gravimetria • minerály s vyššou hustotou ako 2,8 g.cm-3 (napr. zirkón, rutil, granát) považujeme za tzv. ťažké minerály • iné dôležité vlastnosti napr. • - piezoelektrina, pyroelektrina, rádioaktivita, magnetizmus

13. Látkové zloženie minerálov • chemické zloženie a štruktúrne vlastnosti (kryštalografické) sú rozhodujúce pre zatriedenie nerastov / minerálov do mineralogického systému • minerály sú zatriedené v základných triedach (viď tab.)

14. Horninotvorné minerály • na základe zastúpenia horninotvorných minerálov v horninách rozlišujeme : • minerály hlavné > 10% • minerály vedľajšie do 10% • minerály akcesorické < 1% • hlavné minerály určujú typ horniny a sú dôležité z hľadiska zaradenia horniny do systému napr. granit (hlavné minerály : živec, kremeň) • vedľajšie minerály sa v názve horniny charakterizujú adjektívom napr. biotitický granit • čím je vedľajšieho minerálu viac tým je adjektívum bližšie k systematickému názvu napr. muskoviticko-biotitický granit (biotit > muskovit)

15. Karbonáty – uhličitany jedny z najdôležitejších horninotvorných minerálov z triedy karbonátov sú : kalcit CaCO3 dolomit Ca, Mg (CO3)2 oba kryštalizujú v trigonálnej sústave, vytvárajú klencové kryštály, sú dobre štiepateľné, kalcit reaguje so zriedenou HCl

16. Oxidy – kysličníky najvýznamnejší je kremeň - SiO2 kryštalizuje v trigonálnej sústave, je priezračný alebo rôzne sfarbený, zle štiepateľný (lastúrnatý lom), chemicky a mechanicky veľmi odolný → náplavy

17. Silikáty – kremičitany v kremičitanoch je atóm Si obklopený štyrmi atómami O, spojnice stredov kyslíkových atómov ohraničujú štvorsten – tetraéder (SiO4)4- kremičitanový tetraéder je základnou stavebnou jednotkou silikátov Tetraédre môžu byť izolované alebo sa vzájomne spájajú cez kyslíkové väzby. Silikátový anión sa spája s katiónmi, ktoré majú blízky iónový polomer (Al, K, Fe, Ca, Mg) a vytvárajú minerály. Charakter usporiadania iónovej väzby a typ katiónu ovplyvňujú vlastnosti minerálov.

18. Silikáty s izolovanými tetraédrami (SiO4)4- Olivín (Mg, Fe)2 SiO4 – je zmes dvoch ľubovoľne substitujúcich zložiek fosterit - Mg2SiO4 fayalit – Fe2SiO4 olívín je minerál vyskytujúci sa hlavne v bázických a ultrabázických horninách (horninách chudobných na Sio2) spoločne s pyroxénom, amfibolom

19. ďalším významným minerálom s izolovanými tetraédrami sú granáty napr. pyrop (Mg3Al2 (SiO4)3 granáty sú predovšetkým súčasťou metamorfovaných hornín (granátické svory)

20. silikáty s reťazcami tetraédrov - (SiO3)6- ;(Si8O22)12- patria sem dôležité hornitvorné minerály pyroxény – s jednoduchým reťazcom tetraédrov (SiO3)6- amfiboly – s dvojitým reťazcom tetraédrov (Si8O2)12- obe skupiny kryštalizujú v monoklinickej aj rombickej sútave, sú tmavej farby a podieľajú sa na minerálnom zložení bázických hornín dvojitý reťazec jednoduchý reťazec

21. Silikáty s vrstvovou stavbou tetraédrov medzi tetraédrickými vrstvami sú obyčajne slabé väzby a preto vrstvové silikáty majú výbornú štiepateľnosť patria sem sľudy : svetlá sľuda muskovit (jemno šupinková odroda – sericit) tmavá sľuda biotit ílové minerály : kaolinit, motmorillonit, illit chlority – obyčajne sekundárne minerály vznikajúce napr. premenou/rozpadom biotitu biotit v hornine a model jeho vnútornej štruktúry

22. Kostrové silikáty – živce a foidy živce sú jednou z najvýznamnejších skupín horninotvorných minerálov rozdeľujeme ich na draselné živce – ortoklas KAlSi3O8 sodno – vápenáté živce = plagioklasy – plagioklasy vznikajú vzájomným miešaním albitovej zložky NaAlSi3O8a anortitovej zložky CaAl2Si2O8 s narastajúcim podielom anortitovej zložky klesá zároveň podiel SiO2→ klesá acidita a stúpa bázicita plagioklasov (a tým aj materskej horniny) ak je v magme nedostatok SiO2 tvoria sa zástupcovia živcov – foidy vyskytujú sa vo vyvretých horninách najrozšírenejšie foidy sú : leucit - KALSi2O8 nefelín - NaAlSiO4

23. Minerály, ktoré nevstupujú do primárneho minerálneho zloženia hornín je veľké množstvo. Koncentrujú sa vo zvyškových taveninách a roztokoch, z ktorých sa v závere horninotvorných procesov vylúčia v podobe žíl, hniezd alebo impregnácií. Minerály a horniny, ktoré sa priemyselne využívajú zaraďujeme do kategórie nerastných surovín. Nerastné suroviny delíme na rudné, nerudné a energetické suroviny. Miesto akumulácie nerastných surovín sa nazýva ložisko nerastnej suroviny.

24. horninový cyklus

25. Vznik a pôvod minerálov – minerály ako indikátory prostredia • charakter minerálu ovplyvňujú • geologické procesy (napr. tavenie, metamorfóza, zvetrávanie, litifikácia) • chemické zloženie (napr. magma primárne bohatá / chudobná na SiO2) • pT podmienky prostredia vzniku (napr. fácia modrých bridlíc tlak viac ako 5 kbar, teplota viac ako 400°C → Na amfibol glaukofán / amfibolitová fácia → tlak pod 5 kbar, teplota 600°C → Ca amfibol aktinolit, hornblendit) • minerálna asociácia (minerálna paragenéza) – je spoločenstvo minerálov typické pre dané geologické prostredie (pre danú metamorfnú fáciu, pre dané chemické zloženie geologického prostredia)