Mineraalid ja kivimid

1. Mineraalid ja kivimid Uus maakoore materjal tekib kristalliseerumisel keemilistest elementidest ja ühenditest kui kindla korra järgi üles ehitatud struktuur Kaks taset --mineraalid ja kivimid

2. Mineraalid • Ühest või mitmest keemilisest elemendist koosnevad struktuurid • Looduses ligi 3000, laiema levikuga umbes 50 • Määramine sarnane taimede või putukate määramisega • Diagnostilised tunnused. Määramine väliolukorras • Laboratoorsed füüsikalised mõõtmised

3. Mineraalide diagnostilised tunnused • Kristallide kuju • Värvus • Kriipsu värvus • Läige (sõltub läbipaistvusest) • Lõhevus • Tihedus • Magneetilisus • Kõvadus

4. Kõvaduse Mohs’I skaalaFriedrich Mohs (1773-1839) • 1- talk 6- ortoklass • 2- kips 7- kvarts • 3- kaltsiit 8- topaas • 4- fluoriit 9- korund • 5- apatiit 10- teemant • määramisel kriimustatakse mineraali pinda skaala mineraalidega või vastupidi. Vaadatakse mis mida kriimustab

5. Värvus • Varieeruv • Sõltuvalt lisandelementide e. kromofooride sisaldusest võib mineraal olla erinevat värvi • Kromofoorid jaotuvad ebaühtlaselt ja muudavad mineraali kirjuks • Osa mineraale alati ühte värvi: väävel kollane, malahhiit roheline • Kriipsu värvus iseloomustab värvust pulbrina

6. Kuld

7. Teemant

8. Bariit

9. Ametüst

10. Dolomiit

11. Kristallide sümmeetria Jevgraf Fjodorov (1853-1919) 1890. A. • Aineosakeste võimalikud paigutuse variandid kristallides • 32 sümmeetriaklassi • Tahkude, servade, nurkade seaduspärane kordumine • Teoorias tähtsaimad elemendid sümmeetriatelg, sümmeetriapind ja sümmeetriakese • Sümmeetria omadustest lähtuvalt kõik kristallid 7 kristallograafilisse süngooniasse -- kuubiline, heksagonaalne, tetragonaalne, trigonaalne, rombiline, monokliinne ja trikliinne

12. Tardkivimid • Kivimid on kindla koostise ja ehitusega mineraalide kogumid maakoores • Sõltuvalt tekkeviisist eristatakse tardkivimeid, settekivimeid ja moondekivimeid • Tardkivimid tekivad magma tardumisel • Mineraalide suurus kajastab kristalliseerumise kiirust • Aeglase kristalliseerumise korral jämedateralised kivimid • Kiire kristalliseerumise korral peeneteralised • Väga kiirel tardumisel klaasjas amorfne mass

13. Kivimi tekstuur • Kivimi koostisosade paigutus ruumis • Ühtlane e. massiivne tekstuur. Omane süvakivimitele e. abüssaalsetele • Fluidaalne e. voolustruktuur omane purske e. efusiivsetele kivimitele • Poolsüvakivimid tardunud väiksemas sügavuses ja väiksema rõhu all ning peeneteralisemad • Massiivse tekstuuriga intrusiivsed kivimid - tekkinud maakoorde tunginud magma tardumisel

14. Kivimikehad • Suuri kivimimassiive nim. kivimikehadeks • Intrusiivsete kivimite lasumusvormid - batoliidid, stokid, lakoniidid, kihilised intrusiivsed sillid • Mineraalid tardkivimites jagatakse suhtelise osatähtsuse järgi • - peamised e. kivimit moodustavad mineraalid • - aktsessoorsed mineraalid, mis esinevad kui väikesed lisandid • - sekundaarsed mineraalid, tekivad kahe eelmise rühma mineraalide muutumisel

15. Graniit

16. Kimberliit

17. Settekivimid • Kivimite muundumise tsükkel maakoore ülemistes kihtides - tardkivimite murenemine - settekivimite moodustumine - moondekivimite tekkimine • Tasakaal kivimi ja ümbritseva keskkonna vahel. Sügaval tekkinud tardkivimid murenevad pinnale kerkides temperatuuri kontrastide, tuule, vee ja biosfääri toimel • Murendatud mass paigutub ümber • Algselt pude ja kobe sete • Sette tsementeerumine ja üleminek kivimiks kestev aeglane protsess

18. Settest kivimiks • Litogeneetiliste muutuste kaks olulist staadiumi -diagenees ja katagenees • Diageneesi varasem etapp - süngenees (syn = samaaegne). Füüsikalis-keemilised tingimused vastavad settimiskeskkonna omadele. Süngenees toimub settinud materjali ülemises 10-15 cm kihis. Bakterid lagundavad orgaanilist ainet ning oksüdeerivad sulfiidid sulfaatideks ja ammoniaagi nitraatideks.Difusioon. Mineraalse aine konkretsioonide teke - bakterite tegevus. • Diagenees edasi juba peallasuvate setetega kaetud kihis. Ümberkristalliseerumine ja tsementeerumine.

19. Katagenees • Katageneesi alguseks on setetest juba saanud settekivimid • Nende lõhedes ja poorides ringlevad põhjavesi ja gaasid • Need võivad põhjustada olulisi keemilisi muutusi • Ümberkristalliseerumine (lubjakivi - dolomiit) • Vähem püsivad mineraalid muutuvad uute tingimustega paremini tasakaalus oleva struktuuriga mineraalideks. Progresseeruv katagenees - kivimite temperatuur ja rõhk kasvavad • Regresseeruv katagenees - kivimite rõhk ja temperatuur kahanevad (maakoore osade kerkimise tõttu)

20. Settekivimid ja moondekivimid • Settekivimid moodustavad vahetult 5 % kivimitest • Tardkivimid ja moondekivimid kokku 95 % • Kivimite püsivuse jaoks oluline tasakaal välistingimustega • Setendite keskmine koostis 65 % graniidi ja 35 % basaldi päritoluga • Setendite koostis tardkivimitega võrreldes mitmekesisem

21. Moondekivimid • Pidevalt vajuvates piirkondades setendite paksus kuni 10 km. Alumised kihid suure rõhu all, millele geotermaalse gradiendi tõttu lisandub kõrge temperatuur • Võivad esineda maakoorde tunginud magma mõjud • Vertikaalselt mõjuvale hüdrostaatilisele rõhule võib lisanduda maakoore tektooniliste liikumiste tekitatud horisontaalne ja kaldu suundades mõjuv rõhk • Metamorfism - sette ja tardkivimite ümberkujunemine muutunud füüsikalis-keemiliste tingimuste tõtu • Metamorfsed e. moondekivimid

22. Metamorfism • Metamorfism toimub pühjavee tsirkulatsiooni tsoonist sügavamal • Puutemoone termilise metamorfismi tõttu magmakollete lähedal, n. lubjakivi jämedateraliseks marmoriks. Temperatuuri tõustes hakkavad tekkima soojust neelavad mineraalid • Pneumaatiline metamorfism magmakoldest ümbritsevate kivimite lõhedesse tunginud gaaside ja veeauru toimel • Hüdrotermiline metamorfism kuumade mineraliseeritud vesilahuste toimel • Siirdemoone, rõhu e. dünamometamorfism

23. Moondekivimite klassifitseerimine • Moondeprotsessi läbivate kivimite struktuuri ja metamorfismiprotsesside mitmekesisuse tõttu tekivad väga erinevad moondekivimid • Ei õnnestu rekonstrueerida mis millest mil viisil tekkis • Pentti Eelis Eskola (1883-1964) 1921. A. metamorfismifaatsiestele tuginev klassifikatsioon. Need on antud metamorfismitingimustes tasakaalu saavutanud süsteemid • Sama keemilise ja mineraalse koostisega kivimist kujuneb samades moondetingimustes alati üks ja sama mineraalide kooslus

24. Endogeensed geoloogilised protsessid • Kõiki protsesse, mis kujundavad maakoore välimust nim. geoloogilisteks • Maa sisejõududest genereeritud geoloogilised protsessid endogeensed • Maa välispinnal mõjuvatest jõududest genereeritud geoloogilised protsessid eksogeensed • Kulutuse e. denudatsiooniprotsessid ja kuhjumise e. akumulatsiooniprotsessid • Biosfäär geoloogiline tegur oma tekkimisest alates • Tänapäeval ka inimkond geoloogiline tegur

25. Kaasaegne laamtektoonika

26. Kivimikihtide kurrutus

27. Kivimikihtide lainetamine

28. Tektoonilised liikumised • Neotektoonilised -kvaternaaris ja neogeenis (kuni 27 milj. a tagasi) • Kõikuvliikumised - suuri piirkondi haaravad kerkimised või vajumised. Eesti Fennoskandia jääaja järgse kerkimise tsoonis • Rannajoone taandumine - regressioon • Mere tungimine sisemaa suunas - transgressioon • Kurrutumine - kivimikihtide lainetaoline paindumine ilma nende pidevuse katkemiseta • Geosünklinaalid - kurrutuste toimumise piirkonnad

29. Kurrutused • Kumerad kurrud - antiklinaalid • Vaondid - sünklinaalid • Kurdusid tekitavaid maasiseseid horisontaaljõude tekitavad suure paksusega settekivimite massiivide kerkimised ja vajumised • Kurrutuse intensiivsus on tavaliselt ajas väga muutuv • Globaalse mastaabiga tsükliliselt toimuvad kurrutused • Tingitud vahevöö konvektsiooni ümberhäälestumistest • Faktide varal jälgitavad 5 suuremat kurrutust

30. Suuremad kurrutused • Baikali kurrutus - enne Vanaaegkonna algust. Baikalimaa mäestikud, Adelaide mäed Austraalias • Kaledoonia kurrutus -Vanaaegkonna alguspoolel. Skandinaavia, Šotimaa, Apalatši mäed, Altai, Sajaanid, Tjan-Šan • Hertsüünia kurrutus - Vanaaegkonna lõpul. Mäestike ahel Uraalist Austraaliani • Kimmeri e. Vaikse ookeani kurrutus - Keskaegkonnas, juura ja kriidi ajastul Vaikset ookeani ümbritsevad mäed • Alpi kurrutus Keskaegkonna lõpul alanud

31. Suuremad kurrutused (järg) • Alpi kurrutuse ajal tekkinud Alpid, Apenniinid, Karpaadid, Krimmi ja Kaukaasia mäed, Atlase mäed ja enamik mäestikke Väike-Aasiast kuni Malaka poolsaareni. • Iga kurrutustsükli ajal aktiviseerunud vulkaaniline tegevus ja maakoor olnud rahutum kui kurrutuste vaheaegadel • Reljeefi olulise muutmise kaudu põhjustavad kurrutused kliima muutumist

32. Rebendrikked • Rebendrikked e. disjunktiivsed dislokatsioonid on liikumised., mille puhul rikutakse lõhedega maakoore kivimite kihtide ja massiivide terviklikkust. Eelduseks kivimite jäikus • Enam-vähem paralleelsed lõhede süsteemid aluspõhja kivimites • Eestis sagedamini kirde-edela ja loode kagu suunalised • Lõhed erineva vertikaalse ja horisontaalse ulatusega. • Suurema mastaabiga lõhede süsteeme nim. Tektoonilisteks rikkevöönditeks

33. Murrangud • Rebendrikkeid, milles mööda lõhepindu toimub kivimiplokkide liikumine teineteise suhtes nim. Murranguteks • Kahele poole murrangutiivad • Kerkiv plokk - ülang, laskuv plokk - alang • Ka plokkide horisontaalne liikumine teineteise suhtes

34. Geokronoloogia meetodid • Nagu ajalooos nii ka geoloogias tähtis kronoloogia • Suurem eesmärk - kogu geoloogiliste sündmuste jada mõtteline rekonstrueerimine ja dateerimine • James Hutton (1726-1797) “Maa teooria”. Teadusliku geoloogia alusepanija. • Uniformismi printsiip - kaasajal kehtivad füüsika, keemia, bioloogia ja geoloogia seaduspärasused on samamoodi kehtinud ka minevikus ja Maad kujundavad protsessid teinud seda kaua aega sarnaselt. • Charles Lyell (1797-1875) “Geoloogia alused”

35. Maa vanuse määramise katsed minevikus • 1669 Nicolaus Steno - iga maakoore kiht on vanem kui vahetult tema peal lasuv kiht. Kihtide piknemist hea uurida sügavates kanjonites. Kihistus ei ütle kui kaua aega ühe või teise kihi ladestumiseks kulus. • Edmund Halley, 1715, üritas määrata ookeanide vanust soolsuse alusel. Eeldas, et soolad kantakse ookeani mandritelt vooluvetega. Ookeanidest aurab õhku puhas vesi. • William Thomson, 1900, arvutas Maa vanuse tema jahtumise kiiruse põhjal. Sai 40 milj. aastat

36. Fossiilid abiks dateerimisel • Suhteline dateerimine annab kihtide ajalise järjestuse. • Paleontoloogia meetodid võimaldavad sündmusi õigesti järjestada ka siis kui kihistus on deformeerunud ja ümber paiknenud. • Korrapäraselt paiknevas kihistuses leitud fossiilid võimaldasid selgitada nende Maal eksisteerimise ja domineerimise järjestuse. • J. Philips leidis 1840. A., et Maal elanud makroskoopilise elu vormid jaotuvad kolme üsna selgelt eristuvasse klassi. Praegu nimetame neid Vanaaegkonnaks, Keskaegkonnaks ja Uusaegkonnaks. Kõiki kolme Fanerosoikumiks.

37. Fossiilid • Fossiilide liigilise koostise järgi on maakoore settekivimid jaotatud kindlatele ajalõikudele vastavateks ajalis-stratigraafilisteks üksusteks. • Üksuste piirid vastavad olulistele muutustele Maa floora ja fauna liigilises koostises. • Mida nooremad kihid ja mida kontrastsemad muutused seda detailsem stratigraafiline skaala. • Säilinud on fauna koorikud ja karkassid ning taimede tüved. • Ajast enne Fanerosoikumit vähe säilinud.

38. Absoluutne ajaarvestus • Absoluutse ajaarvestuse meetodite ülesandeks on määrata geoloogiliste sündmuste toimumise aeg ja kestus ning kivimite vanus aastates. • Absoluutse ajaarvestuse aluseks radioaktiivsete isotoopide lagunemise seaduspärasustel põhinevad meetodid. • Antoine Henri Becquerel (1852-1908) avastas 1896 loodusliku radioaktiivsuse • Pierre Curie (1859-1906) ja Ernest Rutherford (1871-1937) pakkusid seda püsiva kiirusega kulgevat protsessi aja mõõtmise vahendiks

39. Primaarsed kivimite vanuse määramise meetodid • Primaarsete meetodite puhul määratakse uuritavas kivimis radioaktiivsete (lagunevate) elementide ja lagunemise lõpp-produktide sisaldused. • Statistiliselt kulgeb radioaktiivne lagunemine eksponentsiaalse seaduse kohaselt Nt = N0e-lt • l - radioaktiivse lagunemise konstant, t -aeg. Konstandi asemel kasutatakse enamasti pooliga T • Poolea väärtus määrab vanuse määramise diapasooni.

40. Kivimite absoluutne kronoloogia • Eeldus, et ei algisotoobi ega lõpp-produkti sisaldus ei muutuks muudel põhjustel peale radioaktiivse lagunemise. • Radioaktiivne kell ei näita alati “õiget aega”. • Gaasilised lõpp-produktid ei säili kivimites täielikult. • Pliimeetod U238 –> Pb206 annab häid tulemusi mineraalide puhul, milles algselt palju U ja Th ning vähe Pb. • Suhteliselt noorte kivimite ja orgaaniliste säilmete dateerimiseks sobib süsinikumeetod: C14 beeta lagunemise teel N14.

41. Süsinikumeetod • Willard F. Libby (1908-1980) süsinikumeetodi avastamise eest Nobeli preemia • C14 tekib atmosfääri ülakihtides kosmiliste kiirte toimel. Kõik süsinikuühendid oksüdeeruvad atmosfääris CO2. Biosfäär omastab radioaktiivset CO2 koos tavalisega. Pideva loodusliku ringluse käigus püsib C14 tase stabiilsena. • Surnud organismides C14 juurdevool lakkab ja elusorganismides konstantsena püsinud C14 / C12 suhe hakkab kahanema. Analoogne olukord on atmosfääris Be10 isotoobiga.

42. Geoloogiline ajaskaala • Geoloogiline ajaskaala põhijoontes 19. saj. Euroopa , eriti Suurbritannia , geoloogide töö tulemus. Hiljem täpsustatud. Praegu toimub seostamine Maa evolutsiooniga.